本發(fā)明涉及鉆井工具技術領域，尤其是涉及一種鉆井用旋沖螺桿鉆具。

背景技術：

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷發(fā)展，油氣田當中深井、超深井的比例占整個油氣井的比例不斷增加。但深井的地層巖石強度大、研磨性高、可鉆性差，使鉆具跳動嚴重，最終導致鉆速慢、鉆井周期長、鉆井成本增加。另外，當鉆頭破巖能力不足時，吃入巖石的鉆頭瞬間停止轉動，鉆柱旋轉直到鉆頭處積蓄的能量達到剪切破碎地層的臨界值，此時鉆頭瞬間高速轉動并釋放鉆柱能量，隨后整個鉆柱進入“卡-滑”循環(huán)?！翱?滑”現象的出現，直接引起無規(guī)律的震動，在PDC(Polycrystalline Diamond Compact bit)鉆頭齒上施加比平時高很多的沖擊載荷，導致鉆頭過早失效，也會縮短BHA(bottom hole assembly)底部鉆具組合的使用壽命，最終也會影響井身質量。

研究表明可通過在進鉆頭端周期性的施加小幅高頻的扭轉沖擊來輔助鉆頭提高破巖效率，能夠有效緩解鉆進過程中由于鉆頭或BHA的“卡-滑”現象造成的一系列問題。由此可見，如何研究出一種鉆井用旋沖螺桿鉆具，具有能夠為PDC鉆頭提供穩(wěn)定破巖動力并同時施加高頻低幅扭轉沖擊震動的特點，從而顯著降低鉆頭的“卡-滑”現象的發(fā)生概率，大幅提高機械鉆速，延長鉆頭壽命，降低鉆進成本，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種能夠為PDC鉆頭提供穩(wěn)定破巖動力同時施加高頻低幅扭轉沖擊震動的鉆井用旋沖螺桿鉆具。

本發(fā)明一種鉆井用旋沖螺桿鉆具，包括由上至下依次相連的旁通閥總成、防掉總成、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成。所述萬向軸總成包括萬向軸總成殼體和位于所述萬向軸總成殼體內部并與其共軸線設置的萬向軸，所述傳動軸總成包括水帽和傳動軸，所述萬向軸、所述水帽和所述傳動軸依次通過絲扣連接固定。

所述水帽中心設有主輸液孔，所述水帽側面設有多個呈圓形陣列均勻分布并與所述主輸液孔相貫通的水帽進液孔，所述水帽進液孔構成的圓形陣列、所述主進液孔均與所述水帽共軸線設置，所述傳動軸中心開設有與所述主輸液孔下端相連通的液體輸送通道；工作時輔助鉆井設備泥漿泵輸出的泥漿由所述旁通閥總成進入再流經所述馬達總成和所述萬向軸總成并通過所述水帽進液孔進入到所述液體輸送通道再到達鉆具的鉆頭水眼內。

所述萬向軸總成殼體內側安裝有阻流擋板，所述阻流擋板與所述水帽進液孔的外端口位于同一水平高度，當所述水帽進液孔轉動到所述阻流擋板處時會被所述阻流擋板遮蓋住，使所述水帽的總進液面積變小。

進一步地，所述水帽進液孔的數量為四個；所述阻流擋板寬度大于所述水帽進液孔的孔徑且小于二倍孔徑。

進一步地，所述水帽的側面為圓柱狀，所述阻流擋板為一塊帶弧度的鋼板，所述阻流擋板內側弧面與所述水帽外側邊緣緊密貼合。

進一步地，所述水帽進液孔沿所述主輸液孔中心軸線向上傾斜設置，所述主輸液孔與所述水帽進液孔之間的夾角為40-60°。

進一步地，所述阻流擋板與所述水帽進液孔的接觸面上涂有抗沖蝕磨損的防護涂層。

本發(fā)明一種鉆井用旋沖螺桿鉆具，與現有技術相比具有以下優(yōu)點：

第一，該鉆井用旋沖螺桿鉆具中通過將水帽進液孔的數量設計為多個并呈圓形陣列均勻分布，水帽進液孔構成的圓形陣列、主進液孔均與水帽共軸線設置，傳動軸中心開設有與主輸液孔下端相連通的液體輸送通道，可使阻流擋板周期性改變水帽的進液面積。由于鉆具在工作時，泥漿等鉆井液流經旁通閥進入馬達總成中的馬達，在馬達進出口形成一定壓差推動馬達的轉子旋轉，并將扭矩和轉速通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，因此利用這種周期性的改變可使馬達壓降和流經馬達總成鉆井液如泥漿等流速也發(fā)生相應周期性改變，進而周期性改變馬達總成產生的扭力和轉速。在鉆進過程中利用這種有頻率的扭力和轉速改變使馬達能夠產生持續(xù)扭力并伴隨高頻低幅扭轉沖擊震動傳遞給鉆頭，從而大大降低鉆頭的“卡-滑”現象的發(fā)生概率，大幅提高機械鉆速，延長鉆頭壽命，降低鉆進成本。

第二，該鉆井用旋沖螺桿鉆具中阻流擋板與水帽進液孔設于同一高度，則當阻流擋板的長度略大于水帽進液孔孔徑即可滿足遮蔽水帽進液孔、改變鉆井液流速的目的，這樣不僅使阻流擋板更為小巧從而降低其占用空間，還為鉆具的安裝與運行提供便利。為了進一步減小阻流擋板的體積，所以將水帽進液孔的數量設為四個，阻流擋板寬度大于水帽進液孔的孔徑且小于二倍孔徑。與此同時，這一設計還使得阻流擋板每次恰好遮蔽一個水帽進液孔，從而使鉆井液流速周期性的減少四分之一，該減少量所產生的馬達壓降和鉆井液流速較為明顯，且這種變化周期更易于滿足高頻低幅扭轉的要求，進而利于達到頻率振幅大小更為合適的扭轉沖擊震動效果。

第三，該鉆井用旋沖螺桿鉆具中為了降低阻流擋板對水帽旋轉造成加大的阻力，所以將阻流擋板設為帶弧度的鋼板，并與板內側弧面與水帽外側圓柱面緊密貼合，由于所述兩者曲率相同所以該設計能夠降低相互之間磨損程度，同時因為接觸面更加契合還可以強化阻流擋板的阻流能力。另外，通過在所述兩者的接觸面上涂覆抗沖蝕磨損的防護涂層可達到進一步降低磨損程度的目的，從而使水帽以及阻流擋板的使用壽命得以顯著延長。

第四，該鉆井用旋沖螺桿鉆具中為了使鉆井液更加順利的由萬向軸總成進入水帽進液孔內，所以將水帽進液孔設計為沿主輸液孔中心軸線向上傾斜的結構。將主輸液孔與水帽進液孔之間的夾角為40-60°則是為了使更多數量的鉆井液以更快的速度涌入水帽進液孔，從而提高鉆井液的輸送效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明沿自身中心軸線的縱向剖視意圖；

圖2為本發(fā)明沿A-A線的橫向剖視圖。

圖中：1、旁通閥總成，2、防掉總成，3、馬達總成，4、萬向軸總成，5、傳動總成，401、阻流擋板，402、萬向軸總成殼體，501、水帽，502、水帽進液孔，503、傳動軸。

具體實施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明進行進一步的描述。

圖1中包括該鉆具上半部分結構圖a和下半部分結構圖b。如圖1-2所示，本發(fā)明為一種鉆井用旋沖螺桿鉆具，它由旁通閥總成1、防掉總成2、馬達總成3、萬向軸總成4、傳動軸總成5組成。萬向軸總成4中的萬向軸與水帽501和傳動軸503依次用絲扣連接。采用絲扣連接的目的是實現可拆卸連接并簡化安裝步驟，從而提高組裝拆卸效率。

在萬向軸總成殼體402內側安裝有阻流擋板401與水帽進液孔502位置相對應。阻流擋板401與水帽進液孔502所接觸面積有抗沖蝕磨損防護涂層，能夠提高阻流擋板401的工作壽命。

工作時，由鉆井輔助設備泥漿泵輸出作為鉆井液的泥漿，這些泥漿流經旁通閥進入馬達總成3中的馬達，在馬達進出口形成一定壓差推動馬達的轉子旋轉，并將扭矩和轉速通過萬向軸和傳動軸503傳遞給鉆頭。泥漿流經馬達總成3和萬向軸總成4通過水帽進液孔502進入到傳動軸503內部從而到達鉆頭水眼進行循環(huán)。之所以選用泥漿作為鉆井液是因為泥漿具有適用于松散、裂隙發(fā)育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩(wěn)定巖層的特點。

當每個水帽進液孔502轉動到阻流擋板401處時會被遮蓋住，此時水帽501的總進液面積會變小。利用阻流擋板401能夠周期性的改變水帽501的進液面積，使馬達壓降和流經馬達總成3鉆井液流速改變，進而改變馬達總成3產生的扭力和轉速。在鉆進過程中利用這種有頻率的扭力和轉速改變使馬達能夠產生持續(xù)扭力并伴隨高頻低幅扭轉沖擊震動傳遞給鉆頭。

以上對本發(fā)明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內。