本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備，屬于鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著國家對(duì)煤層氣行業(yè)的重視，煤層氣的勘探開發(fā)正以前所未有的速度發(fā)展，然而以往二十余年的實(shí)踐告訴我們，煤層氣的勘探開發(fā)結(jié)果并不理想。究其原因，除客觀地質(zhì)因素外，在很大程度上也是由于鉆井效率低、成本高所致。因此，一種比常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井效率更高、成本更低的鉆井技術(shù)—沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井 在煤層氣勘探開發(fā)中被應(yīng)用。

近年來，沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)已逐漸應(yīng)用于鉆井工程，利用這一技術(shù)可以解決堅(jiān)硬巖層段、 軟硬交錯(cuò)地層段鉆速低、大斜度地層段井眼易斜等實(shí)際問題，以提高鉆井的綜合效益。在煤層氣鉆井中主要解決煤層頂板、底板鉆進(jìn)效率低的問題。旋沖鉆井技術(shù)就是在常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井工藝中,在不增加其它地面設(shè)備的情況下,在鉆頭的上面和鉆鋌的下面安裝與鉆鋌直徑大致相當(dāng)?shù)臎_擊器,并且在鉆進(jìn)過程中,跟隨上部鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)的沖擊器帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的同時(shí),利用上部鉆井液的流動(dòng)能量使沖擊器本身產(chǎn)生周期的向下作用在鉆頭上的沖擊力,從而加速破碎巖石，鉆頭在沖擊動(dòng)載和靜壓旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下破碎巖石。沖擊力不同于靜壓力,它是一種加載速度極大的動(dòng)載荷,作用力在極短的時(shí)間內(nèi)變化幅度很大，因此，這種鉆井設(shè)備的鉆井效率比較高。

但是，目前的旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本比較高，而且，由于受到?jīng)_擊器的功率的限制，如果僅僅通過提高沖擊器的功率來增強(qiáng)其鉆井效果，不僅會(huì)成倍的增加制造成本，而且容易造成鉆井設(shè)備體積增大，不易安裝與應(yīng)用，因此，如何設(shè)備輔助結(jié)構(gòu)來輔助增強(qiáng)沖擊器的沖擊效果，對(duì)于提高旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備的鉆井效率及降低制造成本，具有十分重要的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供一種旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備，目的是提高旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備的鉆井效率及降低制造成本，擬解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備，其包括鉆架和旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井組件，所述旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井組件包括殼體、主動(dòng)桿、旋轉(zhuǎn)沖擊桿、鉆頭連接接頭、蓄能彈簧鋼片和高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器，其特征在于，所述的主動(dòng)桿設(shè)置在所述殼體的上端，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿設(shè)置在所述殼體的下端，所述主動(dòng)桿與所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿之間設(shè)置有蓄能彈簧鋼片，所述主動(dòng)桿由直驅(qū)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)所述蓄能彈簧鋼片進(jìn)行蓄能，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上固定設(shè)置有高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿的下端設(shè)置有鉆頭連接接頭，鉆井鉆頭設(shè)置在所述鉆頭連接接頭上，通過所述蓄能彈簧鋼片和高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器的共同沖擊與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)沖擊旋轉(zhuǎn)式鉆井。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述殼體包括上外殼、中間外殼和下外殼，其中，所述上外殼與所述中間外殼之間采用螺紋連接，所述中間外殼與所述下外殼之間采用螺紋連接，所述上外殼的上端設(shè)置有上導(dǎo)向套，所述主動(dòng)桿設(shè)置在所述上導(dǎo)向套內(nèi)，所述上外殼的下端設(shè)置有軸承座，所述軸承座內(nèi)設(shè)置有角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，所述主動(dòng)桿通過所述角接觸球軸承和圓錐滾子軸承設(shè)置在所述上外殼內(nèi)，所述中間外殼的上端的內(nèi)壁上通過所述連接套固定設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)定子，驅(qū)動(dòng)凸輪筒的外壁上通過連接套固定設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述直驅(qū)電機(jī)定子和直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成直驅(qū)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)凸輪筒的環(huán)形內(nèi)壁上設(shè)置有凸輪槽，所述凸輪槽內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸，所述主動(dòng)桿上設(shè)置有徑向孔，所述驅(qū)動(dòng)軸穿過所述徑向孔設(shè)置在所述主動(dòng)桿上，通過所述直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸上下沖擊移動(dòng)，所述下外殼的上端內(nèi)壁上固定設(shè)置有連接筒，所述主動(dòng)桿的下端設(shè)置在所述連接筒內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿的上端也設(shè)置在所述連接筒內(nèi)，以便通過所述連接筒來連接所述主動(dòng)桿與旋轉(zhuǎn)沖擊桿，且所述主動(dòng)桿與所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿之間設(shè)置有所述蓄能彈簧鋼片，所述蓄能彈簧鋼片設(shè)置在所述連接筒內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上設(shè)置有軸肩，所述高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器采用固定鋼套固定設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上，且由所述軸肩進(jìn)行定位設(shè)置，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上位于高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器上端的位置設(shè)置有鎖緊螺母二，所述主動(dòng)桿上位于所述驅(qū)動(dòng)凸輪筒上端的位置設(shè)置有鎖緊螺母一，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿的下端與所述下外殼之間設(shè)置有直線軸承。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述主動(dòng)桿上的徑向孔內(nèi)設(shè)置有耐磨鋼套，所述驅(qū)動(dòng)軸固定設(shè)置在所述耐磨鋼套內(nèi)。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述下外殼的下端與所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿之間設(shè)置有下導(dǎo)向套。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述角接觸球軸承為雙列角接觸球軸承，所述圓錐滾子軸承為雙列圓錐滾子軸承。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述主動(dòng)桿和旋轉(zhuǎn)沖擊桿同軸心設(shè)置，且所述主動(dòng)桿和旋轉(zhuǎn)沖擊桿的中心設(shè)置有鉆液孔。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述下外殼上位于所述直線軸承與所述下導(dǎo)向套之間的位置設(shè)置有定位凸起。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，驅(qū)動(dòng)凸輪筒上的凸輪槽的展開形狀為正弦、余弦或不規(guī)則曲線結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過設(shè)置蓄能彈簧鋼片，能夠很好的對(duì)能量進(jìn)行存儲(chǔ)，并釋放給高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器，提高高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器的沖擊效果，同時(shí)，本發(fā)明采用直驅(qū)電機(jī)，不僅能夠降低能耗，而且，能夠有效的縮小鉆井設(shè)備的體積，便于鉆井設(shè)備的安裝與固定，通過驅(qū)動(dòng)凸輪筒來實(shí)現(xiàn)蓄能彈簧片的蓄能，其蓄能頻率可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)凸輪筒的凸輪槽曲線結(jié)構(gòu)即可，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)凸輪筒與高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器的反向共振，最大化的提高沖擊效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備的驅(qū)動(dòng)凸輪筒的展開結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、上外殼，2、中間外殼，3、下外殼，4、主動(dòng)桿，5、旋轉(zhuǎn)沖擊桿，6、鉆頭連接接頭，7、上導(dǎo)向套，8、角接觸球軸承，9、圓錐滾子軸承，10、鎖緊螺母一，11、直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，12、驅(qū)動(dòng)軸，13、耐磨鋼套，14、直驅(qū)電機(jī)定子，15、連接套，16、蓄能彈簧鋼片，17、連接筒，18、鎖緊螺母二，19、高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器，20、軸肩，21、直線軸承，22、下導(dǎo)向套，23、固定鋼套，24、驅(qū)動(dòng)凸輪筒。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-2，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆井設(shè)備，其包括鉆架和旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井組件，所述旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井組件包括殼體、主動(dòng)桿4、旋轉(zhuǎn)沖擊桿5、鉆頭連接接頭6、蓄能彈簧鋼片16和高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器19，其特征在于，所述的主動(dòng)桿4設(shè)置在所述殼體的上端，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿5設(shè)置在所述殼體的下端，所述主動(dòng)桿4與所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿5之間設(shè)置有蓄能彈簧鋼片16，所述主動(dòng)桿4由直驅(qū)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)所述蓄能彈簧鋼片16進(jìn)行蓄能，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿5上固定設(shè)置有高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器19，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿的下端設(shè)置有鉆頭連接接頭6，鉆井鉆頭設(shè)置在所述鉆頭連接接頭6上，通過所述蓄能彈簧鋼片和高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器的共同沖擊與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)沖擊旋轉(zhuǎn)式鉆井。

在本實(shí)施例中，所述殼體包括上外殼1、中間外殼2和下外殼3，其中，所述上外殼1與所述中間外殼2之間采用螺紋連接，所述中間外殼2與所述下外殼3之間采用螺紋連接，所述上外殼1的上端設(shè)置有上導(dǎo)向套7，所述主動(dòng)桿4設(shè)置在所述上導(dǎo)向套7內(nèi)，所述上外殼1的下端設(shè)置有軸承座，所述軸承座內(nèi)設(shè)置有角接觸球軸承8和圓錐滾子軸承9，所述主動(dòng)桿4通過所述角接觸球軸承和圓錐滾子軸承設(shè)置在所述上外殼1內(nèi)，所述中間外殼5的上端的內(nèi)壁上通過所述連接套固定設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)定子14，驅(qū)動(dòng)凸輪筒24的外壁上通過連接套固定設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子12，所述直驅(qū)電機(jī)定子14和直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子12構(gòu)成直驅(qū)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)凸輪筒24的環(huán)形內(nèi)壁上設(shè)置有凸輪槽，所述凸輪槽內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸12，所述主動(dòng)桿4上設(shè)置有徑向孔，所述驅(qū)動(dòng)軸12穿過所述徑向孔設(shè)置在所述主動(dòng)桿4上，通過所述直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸上下沖擊移動(dòng)，所述下外殼的上端內(nèi)壁上固定設(shè)置有連接筒17，所述主動(dòng)桿的下端設(shè)置在所述連接筒17內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿的上端也設(shè)置在所述連接筒內(nèi)，以便通過所述連接筒來連接所述主動(dòng)桿與旋轉(zhuǎn)沖擊桿，且所述主動(dòng)桿與所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿之間設(shè)置有所述蓄能彈簧鋼片16，所述蓄能彈簧鋼片16設(shè)置在所述連接筒17內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上設(shè)置有軸肩20，所述高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器19采用固定鋼套固定設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上，且由所述軸肩進(jìn)行定位設(shè)置，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿上位于高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器上端的位置設(shè)置有鎖緊螺母二18，所述主動(dòng)桿上位于所述驅(qū)動(dòng)凸輪筒上端的位置設(shè)置有鎖緊螺母一10，所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿的下端與所述下外殼之間設(shè)置有直線軸承21。

其中，所述主動(dòng)桿上的徑向孔內(nèi)設(shè)置有耐磨鋼套13，所述驅(qū)動(dòng)軸固定設(shè)置在所述耐磨鋼套13內(nèi)。所述下外殼的下端與所述旋轉(zhuǎn)沖擊桿之間設(shè)置有下導(dǎo)向套22。所述角接觸球軸承為雙列角接觸球軸承，所述圓錐滾子軸承為雙列圓錐滾子軸承。所述主動(dòng)桿和旋轉(zhuǎn)沖擊桿同軸心設(shè)置，且所述主動(dòng)桿和旋轉(zhuǎn)沖擊桿的中心設(shè)置有鉆液孔。所述下外殼上位于所述直線軸承與所述下導(dǎo)向套之間的位置設(shè)置有定位凸起。驅(qū)動(dòng)凸輪筒上的凸輪槽的展開形狀為正弦、余弦或不規(guī)則曲線結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過設(shè)置蓄能彈簧鋼片，能夠很好的對(duì)能量進(jìn)行存儲(chǔ)，并釋放給高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器，提高高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器的沖擊效果，同時(shí)，本發(fā)明采用直驅(qū)電機(jī)，不僅能夠降低能耗，而且，能夠有效的縮小鉆井設(shè)備的體積，便于鉆井設(shè)備的安裝與固定，通過驅(qū)動(dòng)凸輪筒來實(shí)現(xiàn)蓄能彈簧片的蓄能，其蓄能頻率可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)凸輪筒的凸輪槽曲線結(jié)構(gòu)即可，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)凸輪筒與高頻旋轉(zhuǎn)振蕩沖擊器的反向共振，最大化的提高沖擊效果。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。