一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)鉆井工程用的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具。它解決深井和超深井硬地層鉆進(jìn)困難、機(jī)械鉆速低、井身質(zhì)量差的問(wèn)題。其技術(shù)方案是：萬(wàn)向軸上端和螺桿轉(zhuǎn)子下端絲扣連接，萬(wàn)向軸下端和旋轉(zhuǎn)閥芯上端絲扣連接；推力軸承安裝在閥座內(nèi)腔上部的凸起臺(tái)階上，旋轉(zhuǎn)閥芯下部外圓和閥座上部?jī)?nèi)腔間隙配合；閥門(mén)殼體上端和萬(wàn)向軸殼體下端絲扣連接，閥門(mén)殼體下端和閥座中部絲扣連接；六個(gè)鋼球分別安裝在傳動(dòng)殼體內(nèi)腔中部的六個(gè)半球形凹槽和螺旋軸中部凸起外圓的六個(gè)螺旋凹槽內(nèi)；下軸體上端和傳動(dòng)殼體下端絲扣連接。本發(fā)明可以產(chǎn)生高頻軸向沖擊振動(dòng)，提高鉆頭破巖效率和機(jī)械鉆速；下軸體產(chǎn)生高頻微幅周向往復(fù)擺動(dòng)，可有效防止粘滑現(xiàn)象的產(chǎn)生。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)鉆井工程用的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)內(nèi)外石油天然氣行業(yè)鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井深度不斷增加，深井和超深井得到越來(lái)越多的應(yīng)用，也成為鉆井工程必然趨勢(shì)。然而隨著井深的不斷增加，地質(zhì)條件也越發(fā)復(fù)雜，地層壓力不斷升高，深部地層的強(qiáng)度和硬度都有顯著的增加，可鉆性大大降低。在深井和超深井開(kāi)發(fā)過(guò)程中，常常伴隨著橫向渦動(dòng)、重力堆積以及粘滑現(xiàn)象的產(chǎn)生，大大降低了鉆井效率，破壞了井身質(zhì)量，并且對(duì)鉆頭和鉆桿的磨損傷害也非常嚴(yán)重。
[0003]目前用于深井和超深井鉆井提速的有效方法之一是采用旋沖鉆井技術(shù)，該技術(shù)在旋轉(zhuǎn)鉆井的基礎(chǔ)上對(duì)鉆頭施加高頻軸向沖擊力，可以更加高效地破碎巖石，提高機(jī)械鉆速。另外在旋轉(zhuǎn)鉆井的同時(shí)，對(duì)鉆頭施加尚頻微幅的周向擺動(dòng)可以有效抑制粘滑現(xiàn)象的發(fā)生，防止鉆頭崩齒破壞，也可以一定程度上提高鉆頭破巖效率，完善井身質(zhì)量。基于上述技術(shù)背景，本發(fā)明特提供一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具，為鉆頭提供軸向沖擊力和周向擺動(dòng)扭矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:為了解決深井和超深井硬地層鉆進(jìn)困難、機(jī)械鉆速低、井身質(zhì)量差的問(wèn)題，特提供一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具，是由上接頭、定子殼體、螺桿定子、螺桿轉(zhuǎn)子、萬(wàn)向軸、萬(wàn)向軸殼體、旋轉(zhuǎn)閥芯、閥座、推力軸承、閥門(mén)殼體、活塞、傳動(dòng)銷(xiāo)、傳動(dòng)軸、防掉帽、螺旋軸、傳動(dòng)殼體、鋼球、碟簧和下軸體構(gòu)成;其結(jié)構(gòu)特征是:上接頭上端和上部鉆柱絲扣連接，下軸體下端和鉆頭絲扣連接;螺桿定子固定在定子殼體內(nèi)腔，螺桿轉(zhuǎn)子置入螺桿定子內(nèi)腔;定子殼體上端和上接頭下端絲扣連接，定子殼體下端和萬(wàn)向軸殼體上端絲扣連接;萬(wàn)向軸上端和螺桿轉(zhuǎn)子下端絲扣連接，萬(wàn)向軸下端和旋轉(zhuǎn)閥芯上端絲扣連接;旋轉(zhuǎn)閥芯中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔連通內(nèi)外空間，旋轉(zhuǎn)閥芯下部周向均勻設(shè)置兩個(gè)腰形通孔連通內(nèi)外空間；閥座上端設(shè)置一圈凸起外緣，閥座上部周向均勻設(shè)置兩個(gè)腰形通孔，閥座中部周向均勻設(shè)置四個(gè)通孔連通內(nèi)外空間，閥座內(nèi)腔上部設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，閥座內(nèi)腔下部周向均勻設(shè)置有銷(xiāo)子槽;推力軸承安裝在閥座內(nèi)腔上部的凸起臺(tái)階上，旋轉(zhuǎn)閥芯下部外圓和閥座上部?jī)?nèi)腔間隙配合；閥門(mén)殼體上端和萬(wàn)向軸殼體下端絲扣連接，閥門(mén)殼體下端和閥座中部絲扣連接;活塞中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，活塞上部設(shè)置為凸起臺(tái)階;活塞上部凸起臺(tái)階置入閥座內(nèi)腔中部，活塞下端和傳動(dòng)軸上端絲扣連接;傳動(dòng)軸上部外圓周向均勻設(shè)置有銷(xiāo)子槽，傳動(dòng)銷(xiāo)安裝在傳動(dòng)軸上部外圓的銷(xiāo)子槽和閥座內(nèi)腔下部的銷(xiāo)子槽內(nèi)；防掉帽和閥座下端絲扣連接;螺旋軸中部凸起外圓上均勻設(shè)置六個(gè)螺旋凹槽，螺旋凹槽的螺旋升角為15°?25°;螺旋軸上端和傳動(dòng)軸下端絲扣連接;傳動(dòng)殼體上端設(shè)置一圈凸起內(nèi)緣，傳動(dòng)殼體內(nèi)腔中部周向均勻設(shè)置六個(gè)半球形凹槽;螺旋軸置入傳動(dòng)殼體內(nèi)腔，六個(gè)鋼球分別安裝在傳動(dòng)殼體內(nèi)腔中部的六個(gè)半球形凹槽和螺旋軸中部凸起外圓的六個(gè)螺旋凹槽內(nèi)；下軸體內(nèi)腔中部設(shè)置一臺(tái)階，碟簧安裝在下軸體內(nèi)腔中部的臺(tái)階上，下軸體上端和傳動(dòng)殼體下端絲扣連接。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:(I)本發(fā)明可以產(chǎn)生高頻軸向沖擊振動(dòng)，提高鉆頭破巖效率和機(jī)械鉆速；(2)本發(fā)明的下軸體產(chǎn)生高頻微幅周向往復(fù)擺動(dòng)，可有效防止粘滑現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高鉆頭壽命；(3)本發(fā)明利用鉆井液作為動(dòng)力，控制簡(jiǎn)單有效；(4)本發(fā)明利用連續(xù)水擊壓力驅(qū)動(dòng)，屬于柔性振動(dòng)，避免了機(jī)械構(gòu)件剛性損壞。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具活塞下行狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是本發(fā)明一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具活塞上行狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖3是圖2A-A截面剖視圖；
[0010]圖4是圖2B-B截面剖視圖；
[0011]圖5是圖2C-C截面剖視圖；
[0012]圖6是本發(fā)明一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具螺旋軸的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖中:1.上接頭、2.定子殼體、3.螺桿定子、4.螺桿轉(zhuǎn)子、5.萬(wàn)向軸、6.萬(wàn)向軸殼體、
7.旋轉(zhuǎn)閥芯、8.閥座、9.推力軸承、10.閥門(mén)殼體、11.活塞、12.傳動(dòng)銷(xiāo)、13.傳動(dòng)軸、14.防掉帽、15.螺旋軸、16.傳動(dòng)殼體、17.鋼球、18.碟簧、19.下軸體。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具，是由上接頭1、定子殼體2、螺桿定子3、螺桿轉(zhuǎn)子4、萬(wàn)向軸5、萬(wàn)向軸殼體6、旋轉(zhuǎn)閥芯7、閥座8、推力軸承9、閥門(mén)殼體10、活塞
11、傳動(dòng)銷(xiāo)12、傳動(dòng)軸13、防掉帽14、螺旋軸15、傳動(dòng)殼體16、鋼球17、碟簧18和下軸體19構(gòu)成;其結(jié)構(gòu)特征是:上接頭I上端和上部鉆柱絲扣連接，下軸體19下端和鉆頭絲扣連接;螺桿定子3固定在定子殼體2內(nèi)腔，螺桿轉(zhuǎn)子4置入螺桿定子3內(nèi)腔;定子殼體2上端和上接頭I下端絲扣連接，定子殼體2下端和萬(wàn)向軸殼體6上端絲扣連接;萬(wàn)向軸5上端和螺桿轉(zhuǎn)子4下端絲扣連接，萬(wàn)向軸5下端和旋轉(zhuǎn)閥芯7上端絲扣連接;旋轉(zhuǎn)閥芯7中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔連通內(nèi)外空間，旋轉(zhuǎn)閥芯7下部周向均勻設(shè)置兩個(gè)腰形通孔連通內(nèi)外空間；閥座8上端設(shè)置一圈凸起外緣，閥座8上部周向均勻設(shè)置兩個(gè)腰形通孔，閥座8中部周向均勻設(shè)置四個(gè)通孔連通內(nèi)外空間，閥座8內(nèi)腔上部設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，閥座8內(nèi)腔下部周向均勻設(shè)置有銷(xiāo)子槽；推力軸承9安裝在閥座8內(nèi)腔上部的凸起臺(tái)階上，旋轉(zhuǎn)閥芯8下部外圓和閥座8上部?jī)?nèi)腔間隙配合；閥門(mén)殼體10上端和萬(wàn)向軸殼體6下端絲扣連接，閥門(mén)殼體10下端和閥座8中部絲扣連接;活塞11中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，活塞11上部設(shè)置為凸起臺(tái)階;活塞11上部凸起臺(tái)階置入閥座8內(nèi)腔中部，活塞11下端和傳動(dòng)軸13上端絲扣連接;傳動(dòng)軸13上部外圓周向均勻設(shè)置有銷(xiāo)子槽，傳動(dòng)銷(xiāo)12安裝在傳動(dòng)軸13上部外圓的銷(xiāo)子槽和閥座8內(nèi)腔下部的銷(xiāo)子槽內(nèi)；防掉帽14和閥座8下端絲扣連接;螺旋軸15中部凸起外圓上均勻設(shè)置六個(gè)螺旋凹槽，螺旋凹槽的螺旋升角為15°?25°;螺旋軸15上端和傳動(dòng)軸13下端絲扣連接;傳動(dòng)殼體16上端設(shè)置一圈凸起內(nèi)緣，傳動(dòng)殼體16內(nèi)腔中部周向均勻設(shè)置六個(gè)半球形凹槽;螺旋軸15置入傳動(dòng)殼體16內(nèi)腔，六個(gè)鋼球17分別安裝在傳動(dòng)殼體16內(nèi)腔中部的六個(gè)半球形凹槽和螺旋軸15中部凸起外圓的六個(gè)螺旋凹槽內(nèi)；下軸體19內(nèi)腔中部設(shè)置一臺(tái)階，碟簧18安裝在下軸體19內(nèi)腔中部的臺(tái)階上，下軸體19上端和傳動(dòng)殼體16下端絲扣連接。
[0015]如圖3所示，旋轉(zhuǎn)閥芯7的兩個(gè)腰形通孔和閥座8的兩個(gè)腰形通孔處在同一軸向截面位置上。
[0016]如圖4所示，傳動(dòng)銷(xiāo)12安裝在傳動(dòng)軸13上部外圓的銷(xiāo)子槽和閥座8內(nèi)腔下部的銷(xiāo)子槽內(nèi)。
[0017]如圖5所示，六個(gè)鋼球17分別安裝在傳動(dòng)殼體16內(nèi)腔中部的六個(gè)半球形凹槽和螺旋軸15中部凸起外圓的六個(gè)螺旋凹槽內(nèi)。
[0018]如圖6所示，螺旋軸15中部凸起外圓上均勻設(shè)置六個(gè)螺旋凹槽，螺旋凹槽的螺旋升角為15°?25°。
[0019]本發(fā)明一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具的工作原理是:下入本發(fā)明至井底，施加鉆壓至碟簧18預(yù)緊壓力以上;開(kāi)栗循環(huán)鉆井液，螺桿轉(zhuǎn)子4驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向軸5和旋轉(zhuǎn)閥芯7旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)閥芯7腰型通孔和閥座8腰形通孔形成的鉆井液過(guò)流面積發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生連續(xù)水擊壓力;在連續(xù)水擊壓力和碟簧18作用力的變化合力作用下，活塞11軸向高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)螺旋軸15高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)下軸體19周向高頻微幅擺動(dòng)。在此過(guò)程中，本發(fā)明為鉆頭提供連續(xù)軸向沖擊力和往復(fù)擺動(dòng)的扭矩。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具，是由上接頭(I)、定子殼體(2)、螺桿定子(3)、螺桿轉(zhuǎn)子(4)、萬(wàn)向軸(5)、萬(wàn)向軸殼體(6)、旋轉(zhuǎn)閥芯(7)、閥座(8)、推力軸承(9)、閥門(mén)殼體(10)、活塞(11)、傳動(dòng)銷(xiāo)(12)、傳動(dòng)軸(13)、防掉帽(14)、螺旋軸(15)、傳動(dòng)殼體(16)、鋼球(17)、碟簧(18)和下軸體(19)構(gòu)成；其特征在于:上接頭(I)上端和上部鉆柱絲扣連接，下軸體(19)下端和鉆頭絲扣連接;螺桿定子(3)固定在定子殼體(2)內(nèi)腔，螺桿轉(zhuǎn)子(4)置入螺桿定子(3)內(nèi)腔;定子殼體(2)上端和上接頭(I)下端絲扣連接，定子殼體(2)下端和萬(wàn)向軸殼體(6)上端絲扣連接;萬(wàn)向軸(5)上端和螺桿轉(zhuǎn)子(4)下端絲扣連接，萬(wàn)向軸(5)下端和旋轉(zhuǎn)閥芯(7)上端絲扣連接;旋轉(zhuǎn)閥芯(7)中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔連通內(nèi)外空間，旋轉(zhuǎn)閥芯(7)下部周向均勻設(shè)置兩個(gè)腰形通孔連通內(nèi)外空間;推力軸承(9)安裝在閥座(8)內(nèi)腔上部的凸起臺(tái)階上，旋轉(zhuǎn)閥芯(8)下部外圓和閥座(8)上部?jī)?nèi)腔間隙配合；閥門(mén)殼體(10)上端和萬(wàn)向軸殼體(6)下端絲扣連接，閥門(mén)殼體(10)下端和閥座(8)中部絲扣連接;活塞(11)中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，活塞(11)上部設(shè)置為凸起臺(tái)階;活塞(11)上部凸起臺(tái)階置入閥座(8)內(nèi)腔中部，活塞(11)下端和傳動(dòng)軸(13)上端絲扣連接;傳動(dòng)軸(13)上部外圓周向均勻設(shè)置有銷(xiāo)子槽，傳動(dòng)銷(xiāo)(12)安裝在傳動(dòng)軸(13)上部外圓的銷(xiāo)子槽和閥座(8)內(nèi)腔下部的銷(xiāo)子槽內(nèi)；防掉帽(14)和閥座(8)下端絲扣連接;螺旋軸(15)上端和傳動(dòng)軸(I3)下端絲扣連接;傳動(dòng)殼體(16)上端設(shè)置一圈凸起內(nèi)緣，傳動(dòng)殼體(16)內(nèi)腔中部周向均勻設(shè)置六個(gè)半球形凹槽;螺旋軸(15)置入傳動(dòng)殼體(16)內(nèi)腔，六個(gè)鋼球(17)分別安裝在傳動(dòng)殼體(16)內(nèi)腔中部的六個(gè)半球形凹槽和螺旋軸(15)中部凸起外圓的六個(gè)螺旋凹槽內(nèi)；下軸體(19)內(nèi)腔中部設(shè)置一臺(tái)階，碟簧(18)安裝在下軸體(19)內(nèi)腔中部的臺(tái)階上，下軸體(19)上端和傳動(dòng)殼體(16)下端絲扣連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具，其特征是:所述閥座(8)上端設(shè)置一圈凸起外緣，閥座(8)上部周向均勻設(shè)置兩個(gè)腰形通孔，閥座(8)中部周向均勻設(shè)置四個(gè)通孔連通內(nèi)外空間，閥座(8)內(nèi)腔上部設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，閥座(8)內(nèi)腔下部周向均勻設(shè)置有銷(xiāo)子槽。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具，其特征是:所述螺旋軸(15)中部凸起外圓上均勻設(shè)置六個(gè)螺旋凹槽，螺旋凹槽的螺旋升角為15°?25°。
【文檔編號(hào)】E21B1/26GK106089018SQ201610430458
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張梁, 梁政, 趙勇
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)