專(zhuān)利名稱(chēng)：一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井工程中井下工具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉆頭在使用過(guò)程存在以下幾方面的問(wèn)題(1)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭通常有粘-滑、卡鉆現(xiàn)象，鉆柱總是像發(fā)條一樣擰緊，待扭矩積聚，又快速釋放，這種工程問(wèn)題較為嚴(yán)重，鉆柱扭轉(zhuǎn)震蕩，使整個(gè)鉆井過(guò)程不穩(wěn)定，對(duì)鉆頭、鉆柱配套部件的使用壽命產(chǎn)生不利影響。(2)對(duì)于較硬地層或研磨性地層，鉆頭的吃入深度不夠，機(jī)械鉆速有待提高。目前鉆井作業(yè)中使用的各類(lèi)旋沖或沖旋工具只能產(chǎn)生軸向沖擊力，不但不會(huì)解決鉆頭粘-滑、卡鉆現(xiàn)象，加劇的不穩(wěn)定鉆進(jìn)反而會(huì)縮短鉆頭壽命。美國(guó)的TorkBuster扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器(專(zhuān)利號(hào)US 6742609B2)采用渦輪驅(qū)動(dòng)沖擊錘產(chǎn)生高頻扭轉(zhuǎn)沖擊，西南石油大學(xué)的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910058083. 9)利用螺桿鉆具驅(qū)動(dòng)沖擊錘，這兩種鉆井工具易損件多、消耗的壓降大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，目前旋轉(zhuǎn)鉆井中， 一方面，對(duì)于較硬地層或研磨性地層的機(jī)械鉆速有待提高；另一方面，作為石油鉆井的鉆頭——鉆頭的粘-滑現(xiàn)象亟待解決。因此，迫切需要一種能夠提高較硬或研磨性地層的機(jī)械鉆速、解決PDC鉆頭粘-滑現(xiàn)象的井下工具。在現(xiàn)有鉆井體系工況下，該工具巧妙地將部分鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換成高頻的、周向扭轉(zhuǎn)的、沖擊型的井底機(jī)械破巖功率并直接作用鉆頭上，這種能夠產(chǎn)生高頻小幅度扭轉(zhuǎn)沖擊的鉆井工具能夠使鉆頭穩(wěn)定的鉆進(jìn)，工具內(nèi)部無(wú)渦輪或螺桿等其它鉆具，易損件少，消耗的壓降少，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明的目的就是為了提高較硬地層或研磨性地層的機(jī)械鉆速，消除鉆頭的粘-滑現(xiàn)象提供一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具。為達(dá)到上述目的，該發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，主要由鉆鋌短節(jié)、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體組成，其特征在于所述扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器主要由導(dǎo)流蓋、 軸環(huán)、沖擊錘、定位套、扶正圈、截流噴嘴、篩管、錘座、支撐環(huán)和封蓋環(huán)組成；鉆鋌短節(jié)在外， 扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器在內(nèi)，二者以聯(lián)接體間隙聯(lián)接，以花鍵定位；導(dǎo)流蓋在上，錘座在下，二者固定后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由內(nèi)到外依次為截流噴嘴、篩管、定位套、沖擊錘；沖擊錘、定位套、篩管和錘座圓周方向有通孔；沖擊錘上加工有沖擊錘頭和啟動(dòng)錘頭，沖擊錘頭封閉在主要由錘座、沖擊錘和導(dǎo)流蓋組成的沖擊倉(cāng)內(nèi)并能轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)錘頭封閉在主要由沖擊錘、定位套和封蓋環(huán)組成的啟動(dòng)倉(cāng)中并能轉(zhuǎn)動(dòng)；沖擊錘上、下安裝有軸環(huán)；定位套由安裝于篩管上的支撐環(huán)支撐，定位套與篩管之間安裝有扶正圈；鉆鋌短節(jié)為圓管狀，上端有螺紋，下端與錘座外側(cè)有花鍵相互扣合形成的環(huán)狀間隙；錘座外形為圓柱狀，上部有錘座導(dǎo)流道，下部有與鉆鋌短節(jié)扣合的花鍵，錘座內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘外形相應(yīng)的空腔，下部有內(nèi)螺紋；定位套中空結(jié)構(gòu)，外側(cè)有U形結(jié)構(gòu)，與啟動(dòng)錘頭外形相應(yīng)，沿圓周方向有通孔；篩管為圓管狀，與錘座固定，篩管上部圓周方向有過(guò)流槽，下部圓周方向有泄流通道； 截流噴嘴為圓管狀，下部有螺紋，固定在篩管內(nèi)過(guò)流槽與泄流通道之間；封蓋環(huán)位于定位套與沖擊錘之間，并在導(dǎo)流蓋下面；導(dǎo)流蓋上分流槽；聯(lián)接體、軸環(huán)、扶正圈、支撐環(huán)、封蓋環(huán)為滾動(dòng)體組合，或?yàn)榄h(huán)狀體或環(huán)狀體組合；該發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)利用流體驅(qū)動(dòng)能夠產(chǎn)生高頻扭轉(zhuǎn)沖擊能使鉆柱的扭矩保持基本穩(wěn)定和平衡，減少鉆柱扭轉(zhuǎn)震蕩、延長(zhǎng)鉆頭、鉆柱等配套部件的使用壽命。該鉆井工具產(chǎn)生的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊直接作用在鉆頭上，提高機(jī)械鉆速的同時(shí)，消除了鉆頭的粘-滑、卡鉆現(xiàn)象，使鉆頭穩(wěn)定的鉆進(jìn)。該鉆井工具內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件少，易損件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可打撈。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1為扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具結(jié)構(gòu)剖面2為扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具結(jié)構(gòu)剖面3為圖1、2中的A-A截面4為圖1、2中的B-B沖擊錘順時(shí)針敲擊截面5為圖1、2中的B-B沖擊錘逆時(shí)針敲擊截面6為圖1、2中的C-C截面圖1-鉆鋌短節(jié)；2-導(dǎo)流蓋；3-軸環(huán)；4-沖擊錘；5-定位套；6_扶正圈；7_截流噴嘴； 8-聯(lián)接體；9-篩管；10-錘座；11-支撐環(huán)；12-封蓋環(huán)；13-導(dǎo)流通孔；14-分流槽；15-花鍵；16-泄流通道；17-過(guò)流槽；18-環(huán)狀間隙；19-沖擊倉(cāng)；20-沖擊倉(cāng)出口流道；21-沖擊錘頭；22-沖擊倉(cāng)入口流道；23-正敲擊面；24-啟動(dòng)倉(cāng)出口流道；25-反定位面；26-啟動(dòng)錘頭；27-啟動(dòng)倉(cāng)入口流道；28-啟動(dòng)倉(cāng)；29-反敲擊面；30-正定位面；31-錘座導(dǎo)流道
具體實(shí)施例方式圖1所示，扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具主要由鉆鋌短節(jié)1、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體8組成， 所述扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器主要由導(dǎo)流蓋2、軸環(huán)3、沖擊錘4、定位套5、扶正圈6、截流噴嘴7、篩管9、錘座10、支撐環(huán)11和封蓋環(huán)12組成；圖1、2所示，鉆鋌短節(jié)1在外，扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器在內(nèi)，二者以聯(lián)接體8間隙聯(lián)接，以花鍵15定位；聯(lián)接體8由20個(gè)滾珠組成；參見(jiàn)圖1、2、 4、5、6，鉆鋌短節(jié)1為圓管狀，上端有螺紋，下端與錘座10外側(cè)有花鍵15相互扣合形成的環(huán)狀間隙18 ；錘座10外形為圓柱狀，上部有錘座導(dǎo)流道31，下部有與鉆鋌短節(jié)1扣合的花鍵 15，錘座10內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘4外形相應(yīng)的空腔，下部有內(nèi)螺紋；導(dǎo)流蓋2在上，錘座10在下，二者固定后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由內(nèi)到外依次為截流噴嘴7、篩管9、定位套5、沖擊錘4 ；沖擊錘4、定位套5、篩管9和錘座10圓周方向有通孔；沖擊錘4上加工有1個(gè)沖擊錘頭21和1個(gè)啟動(dòng)錘頭沈，沖擊錘頭21封閉在主要由錘座10、沖擊錘4和導(dǎo)流蓋2組成的沖擊倉(cāng)19內(nèi)并能轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)錘頭沈封閉在主要由沖擊錘4、定位套5和封蓋環(huán)2組成的啟動(dòng)倉(cāng)觀中并能轉(zhuǎn)動(dòng)；沖擊錘4上、下安裝有1個(gè)軸環(huán)3 ；定位套5由安裝于篩管9上的支撐環(huán)11支撐，定位套5與篩管9之間上、下各安裝有1個(gè)扶正圈6 ； 定位套5中空結(jié)構(gòu)，外側(cè)有1個(gè)U形結(jié)構(gòu)，與啟動(dòng)錘頭沈外形相應(yīng)，沿圓周方向2個(gè)通孔； 篩管9為圓管狀，與錘座10固定，篩管9上部圓周方向有過(guò)流槽17，下部圓周方向有8個(gè)泄流通道16 ；截流噴嘴7為圓管狀，下部有螺紋，固定在篩管9內(nèi)過(guò)流槽17與泄流通道16之間；封蓋環(huán)12位于定位套5與沖擊錘4之間，并在導(dǎo)流蓋2下面；導(dǎo)流蓋2上分流槽14 ；軸環(huán)3、扶正圈6、支撐環(huán)11、封蓋環(huán)12都為環(huán)狀體。鉆鋌短節(jié)1上部螺紋連接鉆柱；錘座10 下部?jī)?nèi)螺紋連接鉆頭。工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆柱驅(qū)動(dòng)鉆鋌短節(jié)1轉(zhuǎn)動(dòng)，由扣合的花鍵15帶動(dòng)與錘座10相連的鉆頭旋轉(zhuǎn)；流體由導(dǎo)流通孔13經(jīng)截流噴嘴7分流成三部分一部分直接到達(dá)鉆頭；一部分流體經(jīng)分流槽14到錘座導(dǎo)流道31，由啟動(dòng)倉(cāng)入口流道27流入啟動(dòng)倉(cāng)觀，推動(dòng)啟動(dòng)錘頭沈貼合反定位面25，使沖擊錘4和定位套5以相同角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)沖擊錘頭21由正敲擊面23到達(dá)反敲擊面四時(shí)，沖擊錘4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，定位套5仍繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直至啟動(dòng)錘頭 26與正定位面30貼合，使啟動(dòng)倉(cāng)28中的流體由啟動(dòng)倉(cāng)出口流道M流出，經(jīng)泄流通道16到達(dá)鉆頭；就在沖擊錘4和定位套5—同逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使沖擊錘頭21剛剛離開(kāi)正敲擊面23時(shí)， 另一部分流體經(jīng)篩管9上開(kāi)有的過(guò)流槽17，由沖擊倉(cāng)入口流道22流入沖擊倉(cāng)19，此時(shí)沖擊倉(cāng)19由沖擊錘頭21分隔成兩個(gè)空間，與正敲擊面23相鄰的空間因沖擊倉(cāng)入口流道22涌入流體而不斷擴(kuò)大，與反敲擊面四相鄰的空間流體因沖擊倉(cāng)出口流道20流出而不斷縮小， 沖擊錘頭21兩邊產(chǎn)生壓差，推動(dòng)沖擊錘頭21繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到反敲擊面29，由沖擊倉(cāng)出口流道20流出的流體經(jīng)泄流通道16，最后也到達(dá)鉆頭。每當(dāng)沖擊錘頭21與反敲擊面四貼合、啟動(dòng)錘頭26與正定位面30貼合時(shí)，啟動(dòng)倉(cāng)入口流道27和沖擊倉(cāng)入口流道22開(kāi)啟， 流體驅(qū)動(dòng)沖擊錘4與定位套5順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直至沖擊錘4與正敲擊面23貼合、定位套5與反定位面25貼合，而此時(shí)啟動(dòng)倉(cāng)入口流道27和沖擊倉(cāng)入口流道22又開(kāi)啟，沖擊錘4與定位套5又開(kāi)始進(jìn)行上述的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的過(guò)程，這樣在流體驅(qū)動(dòng)下，沖擊錘4順時(shí)針沖擊過(guò)程與逆時(shí)針沖擊過(guò)程交替進(jìn)行。以上僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方法，基于此發(fā)明原理的其它實(shí)現(xiàn)形式在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，主要由鉆鋌短節(jié)(1)、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體(8)組成， 其特征在于所述扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器主要由導(dǎo)流蓋O)、軸環(huán)(3)、沖擊錘G)、定位套(5)、扶正圈(6)、截流噴嘴(7)、篩管(9)、錘座(10)、支撐環(huán)(11)和封蓋環(huán)(1 組成；鉆鋌短節(jié) (1)在外，扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器在內(nèi)，二者以聯(lián)接體(8)間隙聯(lián)接，以花鍵(1 定位；導(dǎo)流蓋O) 在上，錘座(10)在下，二者固定后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由內(nèi)到外依次為截流噴嘴(7)、篩管(9)、定位套(5)、沖擊錘(4)；沖擊錘(4)、定位套(5)、篩管(9)和錘座(10)圓周方向有通孔；沖擊錘(4)上加工有沖擊錘頭和啟動(dòng)錘頭( )，沖擊錘頭封閉在主要由錘座(10)、沖擊錘(4)和導(dǎo)流蓋( 組成的沖擊倉(cāng)(19)內(nèi)并能轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)錘頭06)封閉在主要由沖擊錘G)、定位套( 和封蓋環(huán)( 組成的啟動(dòng)倉(cāng)08)中并能轉(zhuǎn)動(dòng)；沖擊錘上、下安裝有軸環(huán)(3)；定位套(5)由安裝于篩管(9)上的支撐環(huán)(11)支撐，定位套(5)與篩管(9)之間安裝有扶正圈(6)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為鉆鋌短節(jié)(1)為圓管狀， 上端有螺紋，下端與錘座(10)外側(cè)有花鍵(1 相互扣合形成的環(huán)狀間隙(18)；錘座(10) 外形為圓柱狀，上部有錘座導(dǎo)流道(31)，下部有與鉆鋌短節(jié)(1)扣合的花鍵(15)，錘座(10) 內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘(4)外形相應(yīng)的空腔，下部有內(nèi)螺紋；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為定位套(5)中空結(jié)構(gòu)，夕卜側(cè)有U形結(jié)構(gòu)，與啟動(dòng)錘頭06)外形相應(yīng)，沿圓周方向有通孔；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為篩管(9)為圓管狀，與錘座(10)固定，篩管(9)上部圓周方向有過(guò)流槽(17)，下部圓周方向有泄流通道(16)；截流噴嘴(7)為圓管狀，下部有螺紋，固定在篩管(9)內(nèi)過(guò)流槽(17)與泄流通道(16)之間；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為封蓋環(huán)(1 位于定位套 (5)與沖擊錘⑷之間，并在導(dǎo)流蓋(2)下面；導(dǎo)流蓋(2)上分流槽(14)；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為聯(lián)接體⑶、軸環(huán)⑶、扶正圈(6)、支撐環(huán)(11)、封蓋環(huán)(1 為滾動(dòng)體組合，或?yàn)榄h(huán)狀體或環(huán)狀體組合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，鉆井工程中能給鉆頭施加高頻扭轉(zhuǎn)沖擊。其技術(shù)方案主要由鉆鋌短節(jié)、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體組成；鉆鋌短節(jié)與扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器間以聯(lián)接體間隙聯(lián)接，花鍵定位；導(dǎo)流蓋固定在錘座上，內(nèi)部形成空腔由內(nèi)到外依次為截流噴嘴、篩管、定位套、沖擊錘；篩管與錘座固定；沖擊錘、定位套、篩管和錘座圓周方向有通孔；沖擊錘上加工有沖擊錘頭和啟動(dòng)錘頭。該工具安裝于鉆鋌與鉆頭間，鉆頭接收鉆柱旋轉(zhuǎn)扭矩同時(shí)，接收沖擊錘在流體驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊。本發(fā)明與其它鉆井工具相比，能產(chǎn)生高頻扭轉(zhuǎn)沖擊，消除鉆頭粘-滑現(xiàn)象，提高較硬或研磨性地層機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭等鉆柱配套部件使用壽命，提高鉆井效率，降低鉆井成本。
文檔編號(hào)E21B7/24GK102454364SQ20101051142
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者周燕, 安慶寶, 梁錦民, 王新峰, 羅熙, 董懷榮, 蔡文軍, 謝慧 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司