[发明专利]一种超深井小尺寸钻杆扭矩过载保护方法及装置

权利要求书

1.一种超深井小尺寸钻杆扭矩过载保护装置，其特征在于，包括上接头（1）、电池（2）、环形电磁铁（3）、非导磁圆盘Ⅰ（4）、永磁环（5）、非导磁圆盘Ⅱ（6）、下接头（8）、固定齿垫（9）、活动齿垫（10）、空心圆盘（11）、电阻箱（12）、信号接收器（13）、外壳（14）；

所述非导磁圆盘Ⅰ（4）、非导磁圆盘Ⅱ（6）分别安装在所述环形电磁铁（3）、永磁环（5）的内壁上；所述电池（2）、电阻箱（12）均安装在所述空心圆盘（11）上；

所述空心圆盘（11）螺纹连接在所述上接头（1）上；所述非导磁圆盘Ⅰ（4）、非导磁圆盘Ⅱ（6）依次套设在所述上接头（1）上，所述上接头（1）上设有用于带动非导磁圆盘Ⅱ（6）旋转的径向齿，所述非导磁圆盘Ⅱ（6）的内壁上设有与径向齿配合的齿槽，所述环形电磁铁（3）、电池（2）、电阻箱（12）串联形成一个电路；

所述固定齿垫（9）、活动齿垫（10）分别固定在所述下接头（8）上端端面、非导磁圆盘Ⅱ（6）的下端端面上；

所述信号接收器（13）安装在上接头（1）上，所述下接头（8）安装在所述外壳（14）内，其下接头（8）下端延长至外壳（14）外，所述上接头（1）螺纹连接在所述外壳（14）内，所述固定齿垫（9）、活动齿垫（10）的齿面接合。

2.根据权利要求1所述的一种超深井小尺寸钻杆扭矩过载保护装置，其特征在于，所述上接头（1）与外壳（14）、下接头（8）之间均设有密封圈（7）。

3.根据权利要求2所述的一种超深井小尺寸钻杆扭矩过载保护装置，其特征在于，所述信号接收器（13）、空心圆盘（11）、非导磁圆盘Ⅰ（4）、非导磁圆盘Ⅱ（6）依次从上到下布置。

4.一种超深井小尺寸钻杆扭矩过载保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10、将权利要求3所述的超深井小尺寸钻杆扭矩过载保护装置安装在钻柱上，并深入井下进行作业；

步骤S20、根据井口扭矩判断井下是否发生阻卡事故，当发生阻卡事故时则进行下一步骤；

步骤S30、根据遇阻卡后的不同工况进行不同的处理；

当遇阻卡后的工况为：钻柱卡住但钻具能够活动，则保持钻杆扭矩过载保护装置以上连接钻柱静止；永磁环（5）受到来自电磁铁（3）的斥力，受到的合力方向向下，使得永磁环（5）及非导磁圆盘Ⅱ（6）沿上接头（1）向下位移，带动活动齿垫（10）向下位移，直至活动齿垫（10）与固定齿垫（9）重新接合，继续进行钻进作业；

当遇阻卡后的工况为：钻柱卡住且钻具不能活动，则保持钻杆扭矩过载保护装置以上连接钻柱静止；通过电磁铁（3）对永磁环（5）的排斥力使活动齿垫（10）和固定齿垫（9）重新接合；然后井口通过信号发射器发射无线电信号至井下，待井下的信号接收器（13）接收识别后，减小电阻箱（12）的电阻值，增大流经电磁铁（3）的电流，增大了电磁铁（3）对永磁环（5）的斥力，达到增大本工具过载保护扭矩的目的，然后继续钻进作业；

所述步骤S20的具体过程为：

步骤S21、预设本保护装置处于活动齿垫（10）和固定齿垫（9）处于分离状态，下入井中；

步骤S22、将整个钻柱提离井底进行空转，由于本保护装置的两个齿垫处于分离状态，仅有保护装置以上的钻柱仍在旋转，计算保护装置以上钻柱扭矩M₁；

以为时间间隔，以为周期，记录一个周期内的n组井口扭矩，并计算其均值为保护装置以上钻柱扭矩M₁；

式中：M₁为保护装置以上钻柱扭矩；

步骤S23、井口通过信号发射器发射无线电信号至井下，待井下的信号接收器（13）接收识别后，减小电阻箱（12）的电阻值，增大流经电磁铁（3）的电流，增大了电磁铁（3）对永磁环（5）的斥力；通过电磁铁（3）对永磁环（5）的排斥力使活动齿垫（10）和固定齿垫（9）重新接合；此时设置本保护装置的过载保护扭矩为下接头连接钻柱的上扣扭矩的90%；

步骤S24、再将整个钻柱提离井底进行空转，即钻头处不施加钻头扭矩时，计算保护装置以上钻柱扭矩+保护装置以下钻柱扭矩M₂；

记录一个周期内的n组井口扭矩，并计算其均值为保护装置以上钻柱扭矩+保护装置以下钻柱扭矩M₂；

式中：M₂为保护装置以上钻柱扭矩+保护装置以下钻柱扭矩；

步骤S25、将整个钻柱放置在井底，进行正常钻进作业，并计算保护装置以上钻柱扭矩+保护装置以下钻柱扭矩+钻头扭矩M₃和钻头扭矩、保护装置以下钻柱扭矩；

记录一个周期内的n组井口扭矩，并计算其均值为保护装置以上钻柱扭矩+保护装置以下钻柱扭矩+钻头扭矩M₃；

钻头扭矩：

保护装置以下钻柱扭矩：

式中：M₃为保护装置以上钻柱扭矩+保护装置以下钻柱扭矩+钻头扭矩；为钻头扭矩；为保护装置以下钻柱扭矩；

步骤S26、在钻进作业过程中，随着井深的增加，保护装置以上钻柱的长度也在不断增加，故保护装置以上钻柱的扭矩在不断发生变化，从而计算平均井口扭矩M_钻；

以为时间间隔，实时记录井口扭矩；以为一个周期，计算其平均井口扭矩M_钻；

式中：M_钻为平均井口扭矩；

步骤S27、根据上述参数判断井下是否发生阻卡事故；

当时，即判断井下未发生阻卡事故，继续进行钻进作业即可；

当时，即判断井下发生阻卡事故。