[实用新型]一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井中的气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置，特别适合于振动和冲击较强易引起空气锤连接螺纹失效的气体钻井施工中。

背景技术

气体钻井最初探索于上个世纪50年代，受配套技术与装备的限制，该技术一度被搁置，直至上世纪90年代，气体钻井技术才真正开始起步和发展，尽管其发展时间短，但已成为发现与保护油气层、大幅提高机械钻速和治理恶性井漏等问题的最有效方法之一。同样，由于发展时间短，也暴露了许多亟需解决的技术问题，如：钻具失效、钻头掉落(空气锤空气钻头连接螺纹失效)等问题，其中钻头掉落问题不仅发生频率高，而且处理难度大，严重限制了气体钻井技术优势发挥和推广应用。

空气锤破岩速度快，其核心原因有两点：其一是循环介质压持力低于井底岩石内压力，其二是空气锤产生的高频冲击波促使微裂纹扩展。根据分析可知，空气锤工作时产生的下行冲击波将有部分反射到空气锤和空气钻头的连接螺纹上，同时钻头与岩石互作用产生的冲击能量也将传递到空气锤和空气钻头的连接螺纹上，大量的主动冲击能量能用于破碎岩石，部分反射的冲击能量也对螺纹的产生破坏作用，这是空气锤螺纹异常失效的主要原因。基于此，设计了一种用于石油天然气钻井中的气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置，以延长连接螺纹的使用寿命，防止或减缓气体钻井中空气钻头掉落事故。

发明内容

本实用新型的目的是：为了防止和减缓由于冲击或强振动引起气体钻井中空气锤与空气钻头连接螺纹失效，缩短钻进时间，减少钻进成本，特提出一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置。

为了达到上述目的，本实用新型解决此问题所采用的技术方案是，一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置，用于连接空气锤和空气钻头，是由上承压缓冲组合片、卡环、卡盘键槽、卡盘、空气锤外壳、下承压缓冲组合片、钻头密封槽组成，其结构特征是：卡盘5外圆加工有螺纹17，连接在空气锤外壳6上；卡盘5内边与钻头2之间设置有卡盘键槽4，与钻头2的花键连接；卡盘5和钻头2之间设置有钻头密封槽8和密封圈18；钻头2上加工有环槽安放卡环3；上承压缓冲组合片1中设置有上垫片11、高强度橡胶环12和下垫片13，分别与空气锤外壳6、卡盘5相应端面配合；下承压缓冲组合片7中设置有上垫片14、高强度橡胶环15和下垫片16，分别与卡盘5、钻头2的相应端面配合。钻头2下端布置有钻齿10，内部设置有钻头气体通道9。上承压缓冲组合片1与下承压缓冲组合片7中的上垫片11、14和下垫片13、16均为环形合金钢片，其厚度为1～3mm，高强度橡胶环12、15的厚度为2～5mm。

本实用新型的有益效果是：(1)可以防止内环空气进入螺纹和卡盘与钻头的配合间隙中，减小气体漏失，密封效果好；(2)能有效降低作用在连接螺纹上的冲击能量强度，从而起到保护连接螺纹的作用；(3)本装置结构简单，工作可靠性高，特别适用于振动和冲击较强且易引起空气锤连接螺纹试销的气体钻井施工中。

附图说明

图1是本实用新型气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的结构示意图；

图2是本实用新型气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的上承压缓冲组合片1的结构示意图；

图3是本实用新型气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的下承压缓冲组合片7的结构示意图；

图中：1上承压缓冲组合片，2钻头，3卡环，4卡盘键槽，5卡盘，6空气锤外壳，7下承压缓冲组合片，8钻头密封槽，9钻头气体通道，10钻齿，11上垫片，12高强度橡胶环，13下垫片，14上垫片，15高强度橡胶环，16下垫片，17螺纹，18密封圈。

具体实施方式

按照图1所示，钻头与岩石的互作用将对空气钻头2和钻头2与空气锤外壳6的连接螺纹17产生冲击；同时空气锤工作时产生的下行冲击能量中有部分通过钻头反射到钻头与空气锤连接螺纹上，这两种冲击载荷将集中作用在空气锤连接螺纹上，尽管其总体强度不大，但可加速其疲劳裂纹的产生和扩展，降低使用寿命。

卡盘5用于防止钻头落井；钻头和卡盘之间有卡盘键槽4，用于传递扭矩。

按照图2所示，上承压缓冲组合片1包括上垫片11、高强度橡胶环12以及下垫片13，它安装在钻头2、卡盘5及空气锤外壳6之间，垫片与高强度橡胶环之间紧密贴合。

上承压缓冲组合片1主要起到密封作用，防止内环空气体进入螺纹17和卡盘5与钻头2的配合间隙中。

按照图3做示，下承压缓冲组合片7包括上垫片14、高强度橡胶环15以及下垫片16，它安装在钻头2与卡盘5的下端面，垫片与高强度橡胶环之间也是紧密贴合。

在钻头2与卡盘5之间使用下承压缓冲组合片7后，组合片7中的高强度橡胶环15可有效吸收和阻尼该上行冲击能量，有效降低作用在连接螺纹上的冲击能量强度，从而起到保护该连接螺纹的作用。组合中的橡胶环15强度很高，可保证传递钻压的需要，组合片中的上下垫片11和14可起到保护高强度橡胶环15的作用。密封槽8内安有密封圈18，可防止外环气体进入卡盘5和钻头2的间隙，保护下承压缓冲组合片7。