连续钻进器技术领域
本发明涉及钻井工具领域，具体而言，涉及连续钻进器。
背景技术
目前的石油或其它地质钻井中，钻柱的的基本组合为钻杆+钻
铤+钻头，为了提高钻井质量和钻井速度，或者进行定向及水平井的
钻进，还要在钻铤和钻头之间增加起扶正作用的稳定器和螺杆钻具
等动力钻具。在钻井过程中，由于受人工操作的断续式送钻方式控
制，钻头对井底地层的钻进实际上是以断续式钻削的方式进行的，
而每一次送钻后，钻头的连续钻进深度主要取决于钻压力下钻柱的
弹性变形量。
由于断续式钻削的钻进效率较低，还会给钻头的钻削刃带来持
续性的冲击损伤和打滑磨损，另外组成钻柱的钻杆、钻铤和其它钻
具等均为刚性杆件，在与钻压力相近的重力下，钻柱的弹性变形量
实际上很小，即单次送钻后钻头的实际钻进深度较浅，因此目前的
钻柱组合中存在以下不足：钻进效率低；降低钻头的使用寿命；降
低钻具的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使钻头进行长距离连续钻进的
连续钻进器，以改善上述问题。
本发明是这样实现的：
本连续钻进器包括壳体和主轴，所述壳体的内壁底部螺纹连接
有第一滑动套，所述第一滑动套内设置有花键孔，所述花键孔的内
壁上设置有花键槽，所述主轴的外壁上设置有多个键槽，多个键槽
沿所述主轴的圆周方向间隔设置且每个键槽的长度方向均与主轴的
长度方向相同，所述键槽内设置有与所述花键槽匹配的滑动键，所
述壳体的内壁上还设置有环形凸台，所述主轴的外壁上还设置有防
掉螺母，所述防掉螺母的外径大于所述第一滑动套的内径，所述主
轴上套设有由多个碟形弹簧叠加而成的第一碟簧组合柱，所述第一
碟簧组合柱的顶端抵住环形凸台，底端抵住防掉螺母，所述主轴的
内部设置有用于供钻井液流通的通孔，所述通孔的长度方向与所述
主轴的长度方向相同。
作为优选的，所述主轴为阶梯轴，包括从下到上依次设置的第
一轴体、第二轴体以及第三轴体，所述第一轴体和第二轴体均呈圆
柱形，多个键槽设置于所述第一轴体的外壁上，所述防掉螺母螺纹
连接于所述第二轴体上，所述第三轴体为六方柱体结构，所述第一
碟簧组合柱套设于所述第三轴体上。
作为优选的，所述第一碟簧组合柱包括两个挡圈和若干储能碟
形弹簧，两个挡圈一个抵住环形凸台，另一个抵住防掉螺母，若干
储能碟形弹簧两两相扣且叠合于两个挡圈之间。
作为优选的，所述第一碟簧组合柱还包括若干加强碟形弹簧，
若干加强碟形弹簧两两相扣并叠合于抵住环形凸台的挡圈和靠近环
形凸台的储能碟形弹簧之间，所述加强碟形弹簧的厚度大于储能碟
形弹簧，所述加强碟形弹簧的数量小于储能碟形弹簧。
作为优选的，所述主轴的顶部螺纹连接有第二滑动套，所述主
轴上还套设有第二碟簧组合柱，所述第二碟簧组合柱的顶端抵住第
二滑动套，底端抵住环形凸台。
作为优选的，所述第二滑动套内设置有与所述主轴的通孔连通
的穿孔，所述穿孔内壁的顶部设置有安装孔，所述安装孔的孔径大
于所述穿孔，所述安装孔内设置有圆环状的助压调节套和用于固定
助压调节套的压帽，所述壳体的顶部螺纹连接有接头，所述接头内
设置有与所述第二滑动套匹配的安装腔，所述第二滑动套、助压调
节套以及接头共同构成连续钻进器的液力助压装置。
作为优选的，所述第二滑动套的外壁上套设有两个密封圈，两
个密封圈分别设置于第二滑动套的顶部和底部。
作为优选的，所述安装腔内设置有助压调节芯和用于固定所述
助压调节芯的调节芯安装座，所述助压调节芯呈长杆状且底端伸入
助压调节套的内孔中，所述调节芯安装座可拆卸连接于安装腔内。
作为优选的，所述壳体侧壁对应环形凸台的部位设置有多个供
钻井液进入壳体的流通孔，多个流通孔的轴线方向垂直于壳体的轴
线方向，所述壳体内腔对应流通孔的部位设置有用于过滤进入壳体
的钻井液的过滤器。
作为优选的，所述过滤器包括骨架、过滤网以及钢丝，所述骨
架为圆环体，所述圆环体的外壁中部设置有环形槽，所述圆环体侧
壁对应环形槽的部位设置有多个连通孔，多个连通孔与多个流通孔
一一对应，所述过滤网缠绕于所述环形槽内并由所述钢丝捆绑固定。
本发明的有益效果是：
能够显著延长单次送钻时延长钻压力的作用距离和钻头的连续
钻进深度，并能够实现钻头的长距离连续钻进，大幅度提高钻井效
率；能够缓冲甚至消除井底地层对钻头的冲击损伤，大大减小冲击
给钻具带来的扭矩波动范围，延长钻头和钻具的工作寿命，并提高
钻井质量；能够替代螺杆钻具等井下动力钻具，并能够实现大井眼
小排量或小井眼大排量的钻进，能耗小、钻井周期短，并显著降低
钻具和钻井成本；能够和螺杆钻具等井下动力钻具组合使用，弥补
井下动力钻具单次送钻钻压下钻进行程短的不足，并解决较高转速
下钻头受到冲击力大的、损伤快的难题，大幅度提高钻井效率；能
够在超高温井中正常工作；长度短、零件少、结构简单、易于制造，
成本低、维护方便；助压调节套更换方便，使用专用工具从该连续
钻进器上端内孔即可进行更换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例
中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了
本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领
域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的连续钻进器的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的主轴的结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的第一轴体的剖视图；
图4为本发明第一实施例提供的第三轴体的剖视图；
图5为本发明第一实施例提供的壳体的结构示意图；
图6为本发明第一实施例提供的第一碟簧组合柱的结构示意
图；
图7为本发明第一实施例提供的第二碟簧组合柱的结构示意
图；
图8为本发明第一实施例提供的过滤器的剖视图；
图9为本发明第二实施例提供的连续钻进器的结构示意图；
图10为图9的A部放大图。
附图标记汇总：
主轴100；通孔110；键槽120；第一轴体130；
第二轴体140；第三轴体150；滑动键200；
第一滑动套300；壳体400；防掉螺母500；
储能碟形弹簧600；加强碟形弹簧610；挡圈620；
过滤器700；骨架710；过滤网720；钢丝730；
第二滑动套800；助压调节套850；接头900；
助压调节芯910；调节芯安装座920。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将
结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清
楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，
而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附
图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本
发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的
实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得
的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、
“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系
为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常
摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的
方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第
一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示
相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和
限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，
可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机
械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介
间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人
员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例，参照图1-8，本连续钻进器包括壳体400和主轴
100，所述壳体400的内壁底部螺纹连接有第一滑动套300，所述第
一滑动套300内设置有花键孔，所述花键孔的内壁上设置有花键槽
120，所述主轴100的外壁上设置有多个键槽120，多个键槽120沿
所述主轴100的圆周方向间隔设置且每个键槽120的长度方向均与
主轴100的长度方向相同，所述键槽120内设置有与所述花键槽120
匹配的滑动键200，所述壳体400的内壁上还设置有环形凸台，所
述主轴100的外壁上还设置有防掉螺母500，所述防掉螺母500的
外径大于所述第一滑动套300的内径，所述主轴100上套设有由多
个碟形弹簧叠加而成的第一碟簧组合柱，所述第一碟簧组合柱的顶
端抵住环形凸台，底端抵住防掉螺母500，所述主轴100的内部设
置有用于供钻井液流通的通孔110，所述通孔110的长度方向与所
述主轴100的长度方向相同。
其中，所述壳体400整体呈圆柱管状，其内孔呈台阶状，所述
主轴100的主体结构位于所述壳体400内；所述壳体400的内壁底
部设置有内螺纹，所述第一滑动套300的外壁上设置有与上述内螺
纹匹配的外螺纹；所述花键槽120包括多个沿所述花键孔圆周方向
均匀间隔设置的通槽；所述滑动件为平键，其与所述花键槽120间
隙配合，以保证滑动的流畅性；所述环形凸台一体成型于所述壳体
400内壁的上部；所述主轴100上设置有外螺纹，所述防掉螺丝的
内孔为阶梯孔，包括大孔段和小孔段，所述大孔段上设置有与上述
外螺纹匹配的内螺纹；所述防掉螺母500的外径大于所述第一滑动
套300的内径，以便使防掉螺母500的底部抵住第一滑动套300，
从而形成本连续钻进器的下防掉结构；所述通孔110为圆柱孔且贯
穿整根主轴100。
本实施例中，所述主轴100为阶梯轴，包括从下到上依次设置
的第一轴体130、第二轴体140以及第三轴体150，所述第一轴体
130和第二轴体140均呈圆柱形，多个键槽120设置于所述第一轴
体130的外壁上，所述防掉螺母500螺纹连接于所述第二轴体140
上，所述第三轴体150为六方柱体结构，所述第一碟簧组合柱套设
于所述第三轴体150上。
其中，所述第一轴体130的底部连接有底部轴体，第三轴体150
的顶部设置有顶部轴体；所述底部轴体、第一轴体130、第二轴体
140、第三轴体150以及顶部轴体一体成型且直径大小依次减小。
这样设置主轴100的目的在于其具有结构简单，加工容易，装
配方便的特点。
本实施例中，所述第一碟簧组合柱包括两个挡圈620和若干储
能碟形弹簧600，两个挡圈620一个抵住环形凸台，另一个抵住防
掉螺母500，若干储能碟形弹簧600两两相扣且叠合于两个挡圈620
之间。
其中，两个挡圈620和若干储能碟形弹簧600的内孔与采用六
方柱体结构的第三轴体150匹配，以保证装配的稳定性；两个挡圈
620向外的端面上均布有若干道径向槽，以便钻井液在壳体400内
的流通，而向里的端面则为平面，以便稳定地抵住第一碟簧组合柱；
多对两两相扣的储能碟形弹簧600沿所述主轴100的长度方向连续
设置从而呈柱状；所述“两两相扣”的含义是两个碟形弹簧的外边
缘相互接触且共同形成环形的缓冲腔，所述缓冲腔被主轴100穿过。
这样设置第一碟簧组合柱的目的在于其结构简单，组装方便，
可以通过压缩和释放弹性能来加深钻头的连续钻进深度和延长钻压
作用距离。
本实施例中，所述第一碟簧组合柱还包括若干加强碟形弹簧
610，若干加强碟形弹簧610两两相扣并叠合于抵住环形凸台的挡圈
620和靠近环形凸台的储能碟形弹簧600之间，所述加强碟形弹簧
610的厚度大于储能碟形弹簧600，所述加强碟形弹簧610的数量小
于储能碟形弹簧600。
其中，所述若干加强碟形弹簧610的设置方式与若干储能碟形
弹簧600相同；位于最高处的加强碟形弹簧610抵住靠近环形凸台
的挡圈620，位于最低处的加强碟形弹簧610抵住位于最高处的储
能碟形弹簧600。
设置加强碟形弹簧610的目的在于在钻压超过许用工作钻压后
起过载保护作用，因此，储能碟形弹簧600的数量大于加强碟形弹
簧610的数量，但是厚度小于加强碟形弹簧610的厚度。
本实施例中，所述主轴100的顶部螺纹连接有第二滑动套800，
所述主轴100上还套设有第二碟簧组合柱，所述第二碟簧组合柱的
顶端抵住第二滑动套800，底端抵住环形凸台。
其中，所述顶部轴体的外壁上设置有外螺纹，所述第二滑动套
800的内孔底部设置有与上述外螺纹匹配的内螺纹；所述第二碟簧
组合柱的构成与所述第一碟簧组合柱相似，也包括两个挡圈620、
若干储能碟形弹簧600、若干加强碟形弹簧610，只是储能碟形弹簧
600和加强碟形弹簧610的数量较少；两个挡圈620向外的端面上
也设置有径向槽，以便主轴100在壳体400内伸缩时，壳体400内
外的钻井液能够流通。
设置第二碟簧组合柱的目的在于作为本连续钻进器在开泵、空
载时主轴100和壳体400之间的缓冲部件，并与第一碟簧组合柱配
合实现钻头与井底之间的缓冲。
本实施例中，所述第二滑动套800内设置有与所述主轴100的
通孔110连通的穿孔，所述穿孔内壁的顶部设置有安装孔，所述安
装孔的孔径大于所述穿孔，所述安装孔内设置有圆环状的助压调节
套850和用于固定助压调节套850的压帽，所述壳体400的顶部螺
纹连接有接头900，所述接头900内设置有与所述第二滑动套800
匹配的安装腔，所述第二滑动套800、助压调节套850以及接头900
共同构成连续钻进器的液力助压装置。
其中，所述第二滑动套800的外壁和内壁均呈台阶状，包括下
部的大直径外圆和上部的小直径外圆；所述穿孔的形状大小与通孔
110相同，且位置与通孔110正对，从而保证钻井液的无碍流通；
所述助压调节套850内孔的顶端和底端均采用圆弧过渡，以便钻井
液的通过；所述压帽为带有外螺纹的中空柱体，所述安装孔内壁的
上部设置有与上述外螺纹匹配的内螺纹，向下旋拧压帽即可紧固助
压调节套850。
设置助压调节套850的目的在于使得钻井液在其两端形成压
差，并在第二滑动套800的小直径外圆一端端面形成持续性的液压
力，该液压力由主轴100传递到钻头上，起到辅助延长钻头对井底
地层钻压力的有效作用距离的作用。
本实施例中，所述第二滑动套800的外壁上套设有两个密封圈，
两个密封圈分别设置于第二滑动套800的顶部和底部。
其中，所述第二滑动套800的外壁上设置有环形的密封槽，所
述密封圈为O型密封圈并套设于所述密封槽内。
设置密封圈的目的在于对第二滑动套800的外壁和安装腔的内
壁之间的间隙进行密封。
本实施例中，所述壳体400侧壁对应环形凸台的部位设置有多
个供钻井液进入壳体400的流通孔110，多个流通孔110的轴线方
向垂直于壳体400的轴线方向，所述壳体400内腔对应流通孔110
的部位设置有用于过滤进入壳体400的钻井液的过滤器700。
设置流通孔110的目的在于使得壳体400内外的钻井液可以循
环流通，从而提高钻井液的冷却和润滑效果；设置过滤器700的目
的在于取出浸入壳体400内的钻井液中的杂质，有效防止杂质进入
壳体400而对内部结构产生破坏。
本实施例中，所述过滤器700包括骨架710、过滤网720以及
钢丝730，所述骨架710为圆环体，所述圆环体的外壁中部设置有
环形槽，所述圆环体侧壁对应环形槽的部位设置有多个连通孔110，
多个连通孔110与多个流通孔110一一对应，所述过滤网720缠绕
于所述环形槽内并由所述钢丝730捆绑固定。
这样设置过滤器700的目的在于其结构简单，制作方便，可以
有效实现钻井液的过滤。
本实施例中，为了提高所述连续钻进器的工作寿命，所述第一
滑动套300内孔及与该内孔配合处的所述主轴100的外圆表面、所
述滑动键200表面、所述第二滑动套800与接头900配合轴内孔表
面、所述主轴100上作为两个碟簧组合柱导柱的第三轴体150的外
表面、所述助压调节套850内孔表面均采用表面硬化的工艺方法进
行处理。
本技术方案提供的连续钻进器的工作原理是：当送钻时，在钻
压力作用下，所述第一碟簧组合柱被压缩并蓄储弹性能，所述主轴
100将随之缩入所述主轴100壳体400中一部分，当一次送钻完成
后，被压缩的第一碟簧组合柱开始释放弹性能，并迫使缩入壳体400
中的一部分主轴100从壳体400中伸出，此过程中，作用于所述第
二滑动套800上端的液压力始终保持着对钻头的助压作用，因为助
压调节套850两端的压差变化很小，使得作用于第二滑动套800上
端的液压力基本保持恒定，碟形弹簧的弹性力和钻井液的液压力共
同作用为钻头提供了有效的钻压力，使主轴100从壳体400中的伸
出的同时钻头的连续钻进深度得以加深，合理有效的解决了以往钻
井中钻压有效作用距离短、钻头连续钻进行程短的难题。另外，由
于单次送钻后钻头的连续钻井深度被加深很多，很容易做到根据钻
头的连续钻进行程以及钻压力减小程度合理的进行下一次送钻，使
钻头保持长距离的连续钻进。
由于本连续钻进器中的两个碟簧组合柱具有缓冲作用，因此无
论是下钻、送钻或遇到井底地层硬度不均匀时，钻头与井底的接触
力都能得到有效的缓冲，并显著减小钻具扭矩的波动范围，起到保
护钻头的钻削刃(或齿)和稳定钻具的动力性能的作用，并提高钻
井效率和钻井质量。
所述的连续钻进器使用方法多样，可直接连接于钻头之上由钻
柱直接驱动，也可连接于动力钻具之上，和动力钻具等组合使用。
前者具有增效、节能的效果，钻具成本也较低；后者即保持了钻头
的高转速钻削，又大大延长了钻头的连续钻进距离，具有极高的钻
进效率，特别在解决硬地层和定向井钻进效率低的问题上能够获得
理想的钻进效果。
具体地，本连续钻进器的使用方法是：
1、在钻直井时可替代其它井下动力钻具，直接连接于钻头和钻
铤之间，也可以与其它井下动力钻具组合使用，在定向井中可连接
于螺杆钻具之上的两个钻杆之间。
2、送钻时，施加的钻压力控制在许用工作钻压力的范围内，许
用工作钻压力的上限为所述第一碟簧组合柱中储能碟形弹簧600的
压平力，下限为该压平力的一半。
3、送钻距离不低于述主轴100最大伸缩距离的一半。
4、第二次送钻时间控制在钻压力减小到与所述第二滑动套800
上端的液压力基本接近时进行。
5、第二滑动套800上端液压力的大小根据井底地层硬度、钻井
液排量和钻井液密度进行调整，调整方法是：通过计算选择合适内
径的助压调节套850更换。其中，助压调节套850选择原则是：井
底地层较硬时选择压差较大的助压调节套850，压差较小时选择压
差较小的助压调节套850，与螺杆钻具组合时，选择压差不超过
1MPa助压调节套850。
本发明所述的连续钻进器的有益效果是：
1、能够显著延长单次送钻时钻压力的作用距离和钻头的连续钻
进深度，并能够实现钻头的长距离连续钻进，大幅度提高钻井效率。
2、能够缓冲甚至消除井底地层对钻头的冲击损伤，大大减小冲
击给钻具带来的扭矩波动范围，延长钻头和钻具的工作寿命，并提
高钻井质量。
3、能够替代螺杆钻具等井下动力钻具，并能够实现大井眼小排
量或小井眼大排量的钻进，能耗小、钻井周期短，并显著降低钻具
和钻井成本。
4、能够和螺杆钻具等井下动力钻具组合使用，弥补井下动力钻
具单次送钻钻压下钻进行程短的不足，并解决较高转速下钻头受到
冲击力大的、损伤快的难题，大幅度提高钻井效率。
5、能够在超高温井中正常工作。
6、长度短、零件少、结构简单、易于制造，成本低、维护方便。
7、助压调节套850更换方便，使用专用工具从该连续钻进器上
端内孔即可进行更换。
第二实施例，参照图9-10，本发明实施例所提供的装置，其实
现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实
施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
本实施例中，所述安装腔内设置有助压调节芯910和用于固定
所述助压调节芯910的调节芯安装座920，所述助压调节芯910呈
长杆状且底端伸入助压调节套850的内孔中，所述调节芯安装座920
可拆卸连接于安装腔内。
其中，所述安装腔的内壁上设置有台阶面，所述调节芯安装座
920的底部边缘支撑于所述台阶面上，顶部采用卡簧抵紧，从而保
证调节芯安装座920的稳定性；所述调节芯安装座920上设置有多
个轴向孔，多个轴向孔沿圆周方向均匀间隔设置，以便钻井液的通
过流通；所述助压调节芯910的顶端穿过调节芯安装座920的中心
并通过螺母锁紧；所述助压调节芯910的底端可以采用圆柱杆和倒
锥型两种结构，其中，倒锥形的结构能够在主轴100伸出的过程中，
改变助压调节套850与助压调节芯910之间的过流面积，使第二滑
动套800上端液压力不断增加，并对第一碟簧组合柱的弹性力的不
断减小产生有效的补充。
设置助压调节芯910的目的在于使助压调节套850的过流面积
可以随着主轴100的伸缩而改变，提高钻井液对第一碟簧组合柱的
辅助效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在
本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，
均应包含在本发明的保护范围之内。