一種鉆頭螺旋沖擊裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沖擊裝置，具體涉及一種鉆井用的螺旋沖擊裝置，屬于巖心鉆探領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]深部取心鉆探常遇各種復(fù)雜地層，特別是在遇到堅(jiān)硬地層時(shí)，采用常規(guī)回轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖效果差，使得鉆進(jìn)效率低下、回次進(jìn)尺長(zhǎng)度短，影響工程施工進(jìn)度且增加了生產(chǎn)成本。
[0003]為解決上述問(wèn)題，鉆井工程中出現(xiàn)一種沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)，即在常規(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(guò)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(或壓縮空氣)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；如采用液動(dòng)沖擊技術(shù)的中國(guó)專利“ CN201110226398- 一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具”、采用氣動(dòng)沖擊技術(shù)的中國(guó)專利“CN03138063-用于鉆機(jī)中的鉆頭沖擊裝置”。
[0004]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(wèn)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(wèn)題。然而，實(shí)踐表明:隨著井深的增加，鉆井循環(huán)介質(zhì)壓耗增大，當(dāng)井深很大時(shí)，可能出現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)僅能滿足循環(huán)攜巖的要求，上述裝置工作狀態(tài)會(huì)大受影響，極可能出現(xiàn)無(wú)法正常工作甚至影響鉆井作業(yè)進(jìn)行的可能；當(dāng)鉆井循環(huán)介質(zhì)為空氣或者充氣鉆井液等可壓縮系數(shù)較大的介質(zhì)時(shí)，上述裝置均難以正常工作。因此，研發(fā)出一種不依托鉆井循環(huán)介質(zhì)作為能量來(lái)源的鉆頭沖擊裝置對(duì)于深井、超深井的沖擊鉆井提速非常有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種利用回轉(zhuǎn)力產(chǎn)生一定頻率垂直運(yùn)動(dòng)力的鉆頭螺旋沖擊裝置，裝置中無(wú)彈簧類易損件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)取心孔深及水柱壓力不敏感，具有工作效率高、維修方便的特點(diǎn)；裝置所產(chǎn)生的沖擊力施加于鉆頭上，可增加破巖效果、提高回次進(jìn)尺長(zhǎng)度。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種鉆頭螺旋沖擊裝置，至少包括外套管、沿豎直方向依次安裝于外套管中的沖擊錘和連接鉆頭的下接頭，所述外套管包括上套管和位于上套管下方的下套管，上套管和下套管通過(guò)位于二者之間的導(dǎo)向套連接，導(dǎo)向套的兩端分別與上套管和下套管螺紋連接，沖擊錘的中心處設(shè)有動(dòng)力輸入軸，動(dòng)力輸入軸與沖擊錘活動(dòng)連接并且驅(qū)動(dòng)沖擊錘轉(zhuǎn)動(dòng)，沖擊錘的中心處開(kāi)設(shè)有與動(dòng)力輸入軸下端橫截面形狀相同的盲孔，動(dòng)力輸入軸的下端位于盲孔中，沖擊錘中開(kāi)設(shè)有與盲孔連通的排液孔，排液孔的出液口位于沖擊錘的外表面上，沖擊錘與外套管之間通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接，沖擊錘在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用下沿動(dòng)力輸入軸上下移動(dòng)；所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括由螺旋線槽和豎直槽交替構(gòu)成的鋸齒形環(huán)槽以及位于鋸齒形環(huán)槽中的2個(gè)以上導(dǎo)向塊，螺旋線槽和豎直槽的數(shù)量相同并且相互連通，螺旋線槽構(gòu)成鋸齒形環(huán)槽的上升段，豎直槽構(gòu)成鋸齒形環(huán)槽的下降段，導(dǎo)向塊的數(shù)量不大于與螺旋線槽的數(shù)量，豎直槽的長(zhǎng)度不大于動(dòng)力輸入軸的底面距盲孔孔底的距離，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向塊均布于導(dǎo)向套的內(nèi)壁上、鋸齒形環(huán)槽開(kāi)設(shè)于沖擊錘的側(cè)面上。
[0007]該裝置也可逆向?qū)嵤?，即?dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向塊均布于沖擊錘的側(cè)面上、鋸齒形環(huán)槽開(kāi)設(shè)于導(dǎo)向套的內(nèi)壁上，鋸齒形環(huán)槽開(kāi)設(shè)于導(dǎo)向套的內(nèi)壁上時(shí)，其螺旋線槽的旋向與鋸齒形環(huán)槽開(kāi)設(shè)于沖擊錘的側(cè)面上時(shí)的旋向相反。
[0008]上述兩種實(shí)施方式中，螺旋線槽的旋向與沖擊錘的轉(zhuǎn)動(dòng)方向均相同，動(dòng)力輸入軸的下端與沖擊錘的盲孔配合，二者通過(guò)鍵連接傳遞回轉(zhuǎn)力，或?qū)?dòng)力輸入軸的下端設(shè)置為棱柱型傳遞回轉(zhuǎn)力。
[0009]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的鉆頭螺旋沖擊裝置，通過(guò)動(dòng)力輸入軸將螺桿馬達(dá)、渦輪馬達(dá)等動(dòng)力元件產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力傳給沖擊錘，帶動(dòng)沖擊錘旋轉(zhuǎn)，由于裝置的外套管固定，鋸齒形環(huán)槽與導(dǎo)向塊之間的作用力迫使沖擊錘沿鋸齒形環(huán)槽的螺旋線槽向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到螺旋線槽(上升段)的上止點(diǎn)時(shí)，由于螺旋線槽和豎直槽相互連通，導(dǎo)向塊進(jìn)入豎直槽(下降段)中并且位于豎直槽的上起點(diǎn)，沖擊錘在自重的作用下沿豎直槽自由下降，沖擊連接鉆頭的下接頭，將沖擊力傳給鉆頭，動(dòng)力輸入軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，沖擊錘在鋸齒形環(huán)槽及導(dǎo)向塊作用下再次隨動(dòng)升高和自由下降，循環(huán)往復(fù)沖擊鉆頭，以此增加鉆頭碎巖效果。
[0010]由于鉆井時(shí)鉆孔內(nèi)充滿著帶有一定壓力和流速的鉆井液，裝置在充滿鉆井液的鉆孔內(nèi)工作時(shí)，沖擊錘的盲孔中不可避免地充填鉆井液，由于沖擊錘中開(kāi)設(shè)有與盲孔連通的排液孔，盲孔中的鉆井液可通過(guò)排液孔排出盲孔，避免動(dòng)力輸入軸與盲孔構(gòu)成的空腔在沖擊錘沿動(dòng)力輸入軸上下移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)瞬間容積變化，產(chǎn)生阻礙沖擊錘移動(dòng)。
[0011]動(dòng)力輸入軸與沖擊錘的盲孔配合，二者之間采用鍵連接或?qū)?dòng)力輸入軸的下端設(shè)置為棱柱型，此種結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)傳遞回轉(zhuǎn)力的同時(shí)對(duì)沖擊錘的移動(dòng)起導(dǎo)向作用。
[0012]本發(fā)明提供的鉆頭螺旋沖擊裝置包括兩種實(shí)施結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況及現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械選擇合適的實(shí)施結(jié)構(gòu)，并且可通過(guò)選擇螺旋線槽的不同數(shù)量改變裝置的沖擊頻率；由于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)位于外套管上的部分均設(shè)置于導(dǎo)向套上，因此更換實(shí)施結(jié)構(gòu)時(shí)可保留外套管，由于導(dǎo)向套的兩端分別與上套管和下套管螺紋連接，因此裝置易于拆裝。
[0013]本發(fā)明提供的鉆頭螺旋沖擊裝置，通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中特殊的鋸齒形環(huán)槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沖擊錘的隨動(dòng)上升和自由下降，并以此產(chǎn)生沖擊力，從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)以鉆井循環(huán)介質(zhì)為能量來(lái)源的沖擊裝置的弊端；該裝置無(wú)彈簧類易損件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、成本低廉，適應(yīng)于各深度孔段取心，不受孔深水柱壓力變化的影響，較好解決了硬巖取心鉆孔破巖效率低下、回次進(jìn)尺長(zhǎng)度短的問(wèn)題，能有效降低輔助作業(yè)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明提供的鉆頭螺旋沖擊裝置的實(shí)施結(jié)構(gòu)一。
[0015]圖2為圖1的沖擊錘的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為圖1的鋸齒形環(huán)槽的展開(kāi)示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明提供的鉆頭螺旋沖擊裝置的實(shí)施結(jié)構(gòu)二。
[0018]圖5為圖2的鋸齒形環(huán)槽的展開(kāi)示意圖。
[0019]其中，1-外套管，2-動(dòng)力輸入軸，3-沖擊錘，4-導(dǎo)向套，5-下接頭，6-盲孔，7_排液孔，8-鋸齒形環(huán)槽，81-螺旋線槽，82-豎直槽，9-導(dǎo)向塊。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)具體說(shuō)明，本發(fā)明的內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例1:一種鉆頭螺旋沖擊裝置，如圖1