[实用新型]钻头动态稳定装置

说明书

本实用新型公开了一种钻头动态稳定装置，主要由钻头体、导流罩、定子、转子、弹簧、定位销、齿架、限位齿组成。定子固定安装在钻头体内壁上，转子安装在定子中间，转子上部安装导流罩，齿架安装在转子内部，齿架与转子之间安装弹簧，定位销安装在转子上，齿架上加工有导向槽，定位销与导向槽配合，限位齿安装在齿架上。钻头动态稳定装置安装在钻头内部，利用液动力驱动稳定齿规律性的往复运动，动态控制钻头的切削深度，达到以稳定齿的规律性运动，降低岩石、工程参数等因素无规律影响的目的，从而使钻头处于有规律的动态稳定破岩状态，既保护了钻头，延长使用寿命，又进一步提高了钻井破岩效率。

技术领域

本实用新型属于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探装置领域，主要涉及一种钻井井下工具中的一种钻头动态稳定装置。

背景技术

在深井超深井及复杂地质条件下，经常会遇到诸如花岗岩、硬砂岩、砾岩难钻岩石，其普遍具有硬度大、非均质强、可钻性差、研磨性高等特点。现在常用的破岩钻头在破碎这类岩石时往往出现破岩速度慢、钻头寿命短、破岩成本高的问题，给钻井带来新的风险和挑战。钻井过程中，钻头需要钻穿不同地层。当地层岩性发生变化时，钻进速度会随之变化，容易引起钻头的粘滑振动，甚至引起钻头和井下钻具组合组件的失效，导致由于井底复杂事故造成的钻井成本增加和效率降低。通常情况下，钻井速度主要通过控制钻压和旋转速度来实现，或者控制井底马达转速来实现，但这些控制手段对于井底钻头都具有一定的滞后性。随着钻头技术突飞猛进的发展，为了避免在较低钻压和较高转速条件下引起的钻头破坏，逐渐趋于采用较高的钻压和较低的转速相结合的参数组合来提高钻进性能。但是这样，却难以避免在较高的钻压和较低的转速下引起的扭转失稳，进而造成粘滑振动。钻头切入深度控制技术可以有效消除钻头的粘滑振动，但这一技术在扩大钻头应用范围的同时，也限制了钻头的切削能力的发挥，即在相对较软的岩层钻进时，需要增大钻头的切入深度，以提高钻头的破岩体积量。在相对较硬的岩层钻进时，则需要减小钻头的切入深度，防止坚硬岩石损伤钻头切削齿，但是常规钻头切入深度控制装置不能实时调节，难以适应井底岩性的变化，因此使用范围受限。钻头的粘滑振动是随机的、无规律性的，其原因是由于岩石的不均质性、工程参数的不规律性的因素造成的，现有技术中，常规钻头无法根据岩性的变化，自动适应控制钻头的切入深度，钻头破岩效率和钻头使用寿命低。

实用新型内容

为了解决以上问题，最大限度发挥钻头的破岩优势，同时减少钻头切深状态不稳定、岩石不均质及井下振动因素造成钻头切削齿过早崩损，钻头破岩效率和钻头使用寿命低的问题，进一步提高井下安全性，本实用新型提供了一种钻头动态稳定装置。

本实用新型的目的是为石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探领域提供一种钻头动态稳定装置，能够控制钻头处于有规律性的动稳定状态的装置，最大限度降低岩石不均质性、工程参数波动等因素造成的无规律不利影响，进一步提高钻头破岩效率，延长钻头使用寿命，同时还要满足现有钻井工艺的技术要求和设备要求，并且结构简单、成本低廉、维护方便的钻头动态稳定装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

钻头动态稳定装置，包括钻头体1和设置在钻头体1上的切削齿、中空流道，在钻头体1的中空流道内还设置有定子3、转子4、齿架7和限位齿8；其中，所述定子3固定安装在钻头体1内壁上；所述转子4安装在定子3中间；所述齿架7安装在转子4下部，且与转子4构成轴向滑动旋转限位配合；所述限位齿8安装在齿架7下端外周边凸肩上，并与钻头体1底部的限位孔插接配合，限位齿8沿钻头体1限位孔往下往复运动。

上述方案进一步包括：

所述转子4和齿架7之间通过定位销6和连续的“W”形的导向槽9进行配合。

所述齿架7外圆表面上设有连续的“W”形的导向槽9，定位销6安装在转子4上，定位销6与导向槽9滑动配合。

在齿架7与转子4之间安装弹簧5。