專利名稱：一種沖擊式螺桿鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鉆井工程液動沖擊器和井下動力工具領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種沖擊式螺桿鉆具。
背景技術(shù)：
如何提高鉆井速度是目前世界各國正在研究的技術(shù)難題，特別是，隨著井深的增力口，水力沿程損耗增大，井底鉆頭可用水能急劇下降，水力破巖和清巖能力減弱，造成深井鉆速低、鉆頭磨損快、粘卡嚴(yán)重等問題；另外，為了提高采油效率，水平井、分支井、大位移井、從式井等越來越受重視，當(dāng)前的井眼越來越不規(guī)則，摩阻和扭矩大，滑動鉆井困難，井眼延伸范圍小。提高鉆井速度的核心技術(shù)內(nèi)容是如何提高鉆頭的破巖效率，圍繞該技術(shù)內(nèi)容，除了研究鉆頭技術(shù)、水力噴射破巖技術(shù)以及其它鉆井技術(shù)以外，近幾十年又提出了旋沖鉆井 技術(shù)，并進(jìn)行了大量的技術(shù)研究和現(xiàn)場應(yīng)用，其原理是在鉆頭上部連接一個液動沖擊器(旋沖接頭)，在鉆進(jìn)過程中，鉆頭在一定鉆壓下隨鉆柱旋轉(zhuǎn)，同時還受到來自沖擊器的高頻沖擊應(yīng)力，并在旋轉(zhuǎn)和沖擊的聯(lián)合作用下破碎巖石。旋沖鉆井可以大幅度提高鉆井的機(jī)械鉆速，具有廣泛的應(yīng)用價值。實(shí)踐證明，沖擊器和扭力沖擊器能夠大幅度提高鉆井速度，其鉆進(jìn)速度比普通旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)速度提高30%以上，井斜明顯減小，鉆具損壞減小。而旋沖鉆井技術(shù)的核心內(nèi)容是在鉆具的近鉆頭上方連接一個沖擊器，鉆井過程中，鉆具一邊旋轉(zhuǎn)，沖擊器一邊產(chǎn)生一個軸向沖擊力作用于鉆頭，鉆頭對巖石產(chǎn)生一個交變的沖擊力，達(dá)到快速破巖的目的。石油旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的設(shè)想始于歐洲，該技術(shù)的核心是液動沖擊器工具。1867—1887年相繼出現(xiàn)了液動沖擊器鉆具。1887年英國曾給德國人沃·布什授予了新鉆井方法的專利。1900—1905 :俄國工程師B 沃爾斯基設(shè)計(jì)了幾種石油鉆井液動沖擊器，他是液動沖擊鉆具作用原理的第一位理論研究者。二十世紀(jì)40年代前蘇聯(lián)H ·葛莫夫研制出滑閥式正作用液動沖擊器，美國巴辛格爾研制出了活閥式正作用液動沖擊器。50年代美國艾莫雷研制出了活閥式反作用沖擊器；海灣石油公司和殼牌石油公司也研制出了各自的液動沖擊器，主要用于油氣鉆井及卡鉆事故處理。60年代美國潘美公司經(jīng)過努力改進(jìn)其液動沖擊器的材料和設(shè)計(jì)，以及與之相配套的鉆頭類型，使之日臻完善，充分顯示了液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的優(yōu)勢及潛力；匈牙利研制了直徑在48 160mm的5種雙作用液動沖擊鉆具。70年代日本也開始研制液動沖擊鉆具，比較成功的是日本立根公司研制的液動雙作用沖擊鉆具。90年代以后深井、超深井、易斜井、硬地層、水平井及大位移井在石油鉆井中所占的比例越來越大，深井中遇到的硬地層和堅(jiān)硬地層用常規(guī)單純旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法破巖效果差，鉆進(jìn)效率低，深井中的井斜問題也日益突出；在水平井和大位移鉆井中，隨著水平位移的增加，水平井的加壓更為困難，鉆具的損壞也更為嚴(yán)重，該項(xiàng)技術(shù)在石油鉆井中再次得到人們的重視。美國和德國共同投資700萬美元研究在石油鉆井特別是在超深井中應(yīng)用的旋沖鉆井技術(shù)。德國一所大學(xué)的深井研究所從1987年開始在室內(nèi)對旋沖鉆井工具做了大量的仿真和性能測試工作，目前還在加緊研究這一技術(shù)在超深井中的應(yīng)用。目前世界各國研制出的沖擊器類型較多，按動力方式不同可分為液動、氣動、電動、氣液混合及機(jī)械作用等形式。在石油鉆井或地質(zhì)勘查領(lǐng)域研究應(yīng)用最廣泛的是液動和氣動兩種，其中，液動沖擊器是以鉆井液的液力為驅(qū)動介質(zhì)，按照結(jié)構(gòu)的不同又可分為閥式正作用、閥式反作用、閥式雙作用(含活閥式和節(jié)流式)、射流式、射吸式等形式。這些沖擊器的主要結(jié)構(gòu)包括主要由活塞、彈簧、密封件、沖錘等部件構(gòu)成的換向機(jī)構(gòu)和主要由砧子、鉆頭等部件構(gòu)成的能量傳遞機(jī)構(gòu)等，而液動沖擊器的換向動作是依靠鉆井液驅(qū)動換向機(jī)構(gòu)的 閥件來實(shí)現(xiàn)的。
我國早在1958年就開始研究和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，八十年代后，旋沖鉆井技術(shù)在地質(zhì)巖芯鉆探領(lǐng)域日趨成熟，已研制出射流式、射吸式、正作用式、雙作用式和繩索取芯液動沖擊器等五類二十余種沖擊器，總進(jìn)尺超過百萬米，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，鉆進(jìn)效率大幅提高，特別在硬地層鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速比旋轉(zhuǎn)鉆井鉆速提高50% 100%。自1995年以來，德州石油鉆井研究所通過近幾年的研究和反復(fù)實(shí)踐，取得了一定的成果，其設(shè)計(jì)制造的YSC-178型液動射流式?jīng)_擊器在國內(nèi)許多油田和地區(qū)進(jìn)行了十余次入井試驗(yàn)，進(jìn)尺1000多米，機(jī)械鉆速平均提高30% 50%，最高達(dá)160%，首次將沖擊器應(yīng)用到4000米深的石油鉆井深井中，沖擊器易損件的壽命有了較大的提高。長慶石油管理局鉆采工藝研究院設(shè)計(jì)了 CQS型液動正作用沖擊器，在八口淺井中進(jìn)行了試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了旋沖鉆井在硬地層中提高機(jī)械鉆速的優(yōu)越性，但由于該種結(jié)構(gòu)的沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有彈簧部件，彈簧的壽命決定了沖擊器的壽命，其使用壽命較短，給推廣應(yīng)用造成了困難。1995年至今石油大學(xué)(北京)一直在研制新型液動沖擊器，并在新疆塔里木盆地山前構(gòu)造帶上進(jìn)行了多次試驗(yàn)，與旋轉(zhuǎn)鉆井相比機(jī)械鉆速提高了 20% 60%。沖擊器鉆井技術(shù)不能廣泛推廣的重要原因之一是沖擊器質(zhì)量不過關(guān)，壽命還達(dá)不到所需要的時間，無法滿足實(shí)際鉆井的需要，幾十年來該技術(shù)尚未進(jìn)行普及性推廣應(yīng)用。現(xiàn)場應(yīng)用證明，液動沖擊器普遍存在兩個無法克服的缺陷一是鉆井液的沖蝕或其中的固相顆粒，使得開關(guān)閥件不能正常地實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，要么工作不正常，要么不工作，且閥件壽命短，從而造成了整個沖擊器性能不穩(wěn)定，壽命短；二是振動頻率和沖擊力隨著鉆井液排量和泵壓等因素的變化而變化，是一個隨機(jī)變量，這種變化，無論對鉆頭設(shè)計(jì)(或選型)還是對巖層破碎做功的求解都很難做到與實(shí)際情況相符，沖擊破巖效果不理想。氣動沖擊器是以空氣為循環(huán)介質(zhì)，工作原理與液動沖擊器大同小異，因其無液體的沖蝕或固相顆粒的破壞，設(shè)計(jì)相對容易，且壽命和應(yīng)用效果都優(yōu)于液動沖擊器，但僅限于空氣鉆井使用，應(yīng)用范圍局限太大。其它方式?jīng)_擊器不能應(yīng)用于石油鉆井。中國專利授權(quán)公告號CN101581196B，授權(quán)公告日2012年I月11日，發(fā)明名稱為“具有沖擊功能的螺桿鉆具傳動軸總成”的專利，公開了 “一種具有沖擊功能的螺桿鉆具傳動軸總成，它具有傳動軸及外體，外體與傳動軸之間設(shè)有雙向限位軸承，特點(diǎn)是，傳動軸分為上傳動軸和下傳動軸兩部分，對應(yīng)于傳動軸的外體也分為上外體和下外體兩部分，在下外體與下傳動軸之間的環(huán)形空腔內(nèi)活動設(shè)有環(huán)形剛體沖擊套和上啟振座，環(huán)形剛體沖擊套與上啟振座連接為一體，在上啟振座的頂端設(shè)有彈簧，彈簧的另一端與下外體的內(nèi)頂壁相接，在環(huán)形剛體沖擊套的下端設(shè)有沖擊座，沖擊座固定連接在下傳動軸上，在上啟振座與下傳動軸之間、環(huán)形剛體沖擊套與下傳動軸之間設(shè)有啟振裝置，下傳動軸的上端設(shè)有與其內(nèi)腔相通的傳壓孔，傳壓孔的位置設(shè)在上啟振座上方，間設(shè)有啟振裝置，其不僅保持了螺桿鉆具原有的功能，還具有使用壽命長、可控頻率、可控沖擊力大小的液動沖擊器功能，可以在任何井型的鉆井施工中，大幅度提高鉆頭破巖效率，提高鉆井機(jī)械鉆速，降低鉆井施工成本?！痹摪l(fā)明產(chǎn)生的沖擊力仍然為瞬間產(chǎn)生，容易破壞鉆頭的切削齒，故對鉆頭和其他鉆具的性能要求均較高。綜上所述，旋沖鉆井技術(shù)能顯著提高破巖效率，但沖擊器工作原理嚴(yán)重制約了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，限制了沖擊破巖技術(shù)在鉆井中的應(yīng)用，有必要根據(jù)旋沖鉆井提高破巖·效率的原理，設(shè)計(jì)其他類工具替代目前的沖擊器?！熬哂袥_擊功能的螺桿鉆具傳動軸總成”專利為拓寬螺桿鉆具的應(yīng)用范圍，開辟沖擊器研究新領(lǐng)域，提供了一種新的方向，但其仍然具有一定的不足，有必要進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種沖擊式螺桿鉆具，解決現(xiàn)有技術(shù)中螺桿鉆具瞬間產(chǎn)生沖擊力使鉆頭的切削齒容易損壞導(dǎo)致使用壽命短的問題。為了解決上述問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種沖擊式螺桿鉆具，包括依次連接的旁通閥總成，馬達(dá)總成，萬向軸總成和傳動軸總成，其中，旁通閥總成主要由閥體、閥芯、彈簧、篩板組成，馬達(dá)總成主要由定子殼體和轉(zhuǎn)子組成，萬向軸總成主要由萬向軸殼體和萬向軸組成，傳動軸總成主要由傳動軸殼體、中空的傳動軸、推力軸承組和徑向軸承組構(gòu)成；所述傳動軸總成和萬向軸總成之間設(shè)有流量調(diào)節(jié)總成，該流量調(diào)節(jié)總成的上端與萬向軸連接，下端與傳動軸連接。進(jìn)一步地，所述流量調(diào)節(jié)總成主要由與萬向軸連接的導(dǎo)流水帽和與傳動軸連接的流量調(diào)節(jié)筒組成，其中，導(dǎo)流水帽位于流量調(diào)節(jié)筒內(nèi)且與之活動連接；流量調(diào)節(jié)筒一端面為平整面，另一端面為凹凸面，導(dǎo)流水帽上設(shè)有導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔的最低處與流量調(diào)節(jié)筒的凹凸端面的最低處平齊，導(dǎo)流孔的最高處高于流量調(diào)節(jié)筒的凹凸端面的最高處，保證兩者之間存在一定間距，使導(dǎo)流孔有效面積最小值不為零，通過導(dǎo)流孔的鉆井液流量最小值不為零。所述流量調(diào)節(jié)筒的凹凸端面的投影為呈周期性變化的曲線形狀，如正弦曲線或擬正弦曲線，其中擬正弦曲線指形狀類似于正弦曲線的曲線，作為一種優(yōu)選，所述流量調(diào)節(jié)筒的凹凸端面為正弦端面，即流量調(diào)節(jié)筒展開后該正弦端面的投影呈正弦曲線狀。為了增加沖擊力，在所述旁通閥總成的上端或者旁通閥總成與馬達(dá)總成之間設(shè)有水力加壓總成。為了拓寬應(yīng)用范圍，所述旁通閥總成和水力加壓總成之間設(shè)置中空的鉆桿，或者，在旁通閥總成的上端設(shè)置兩個以上依次連接的水力加壓總成，并在旁通閥總成和水力加壓總成之間或者兩個水力加壓總成之間設(shè)置中空的鉆桿。更進(jìn)一步地，所述水力加壓總成包括兩種運(yùn)動形式，其分別對應(yīng)的結(jié)構(gòu)如下活塞向上運(yùn)動形式該水力加壓總成主要由中空的芯軸、上下相通的外殼、密封環(huán)、碟形彈簧組和管塞組成；所述芯軸上端設(shè)有螺紋，下部位于外殼內(nèi)且中部與外殼的上部內(nèi)側(cè)配合連接，芯軸外側(cè)的下部和中部之間設(shè)有臺肩且下部壁厚為中部壁厚的1/3 1/2，下端通過螺紋與管塞連接，碟形彈簧組套接于管塞與臺肩之間的芯軸下部，一組密封環(huán)位于芯軸中部和外殼之間，另一組密封環(huán)位于管塞和外殼之間且與管塞和芯軸共同構(gòu)成活塞，外殼下端設(shè)有螺紋；當(dāng)水力加壓總成位于旁通閥總成的上端時，外殼下端與旁通閥總成上端通過螺紋 連接；當(dāng)水力加壓總成位于旁通閥總成與馬達(dá)總成之間時，芯軸上端與旁通閥總成下端通過螺紋連接，外殼下端與馬達(dá)總成上端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成依次連接時，位于下部的水力加壓總成的芯軸上端與位于上部的水力加壓總成的外殼下端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成位于鉆桿的上端時，外殼下端與鉆桿上端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成位于鉆桿的下端時，芯軸上端與鉆桿下端通過螺紋連接；活塞向下運(yùn)動形式該水力加壓總成主要由中空的芯軸、上下相通的外殼、密封環(huán)和碟形彈簧組組成；所述芯軸位于外殼下部，芯軸下端設(shè)有螺紋，上部和中部均位于外殼內(nèi)且中部與設(shè)置于外殼下端的臺肩的內(nèi)側(cè)配合連接，芯軸外側(cè)的上部與中部之間設(shè)有臺肩且上部的壁厚大于中部的壁厚，碟形彈簧組套接于芯軸的臺肩與外殼下端的臺肩之間的芯軸中部，一組密封環(huán)位于芯軸上部與外殼之間且與芯軸構(gòu)成活塞，另一組密封環(huán)位于外殼下端的臺肩與芯軸之間，外殼上端設(shè)有螺紋；當(dāng)水力加壓總成位于旁通閥總成的上端時，芯軸下端與旁通閥總成上端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成位于旁通閥總成與馬達(dá)總成之間時，外殼上端與旁通閥總成下端通過螺紋連接，芯軸下端與馬達(dá)總成上端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成依次連接時，位于下部的水力加壓總成的外殼上端與位于上部的水力加壓總成的芯軸下端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成位于鉆桿的上端時，芯軸下端與鉆桿上端通過螺紋連接；當(dāng)水力加壓總成位于鉆桿的下端時，外殼上端與鉆桿下端通過螺紋連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下( I)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)巧妙，實(shí)現(xiàn)方便，適合推廣應(yīng)用。(2)根據(jù)水力學(xué)計(jì)算得知，在一定鉆井深度，近鉆頭附近安裝一個閥門，以一定速度關(guān)閉時，由于鉆井液的慣性作用，閥門以上的鉆具內(nèi)液壓會逐漸增加，能夠產(chǎn)生相當(dāng)于數(shù)噸重物壓力的水壓沖擊力，故本實(shí)用新型在馬達(dá)總成和傳動軸總成之間設(shè)計(jì)流量調(diào)節(jié)總成，用于控制螺桿鉆具內(nèi)的鉆井液流量，以利用其產(chǎn)生的水壓對傳動軸及下部連接的鉆頭產(chǎn)生沖擊力，從而實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)破巖技術(shù)和沖擊破巖技術(shù)結(jié)合而成的旋沖鉆井技術(shù)在鉆井中的應(yīng)用，提聞了鉆井破巖的效率。(3)本實(shí)用新型利用流量調(diào)節(jié)筒與導(dǎo)流水帽相對運(yùn)動，而流量調(diào)節(jié)筒的凹凸不平整端面采用正弦端面形狀或者擬正弦端面形狀，使之與導(dǎo)流水帽的導(dǎo)流孔相對運(yùn)動，通過導(dǎo)流孔處的流量沿正弦曲線狀或擬正弦曲線狀的周期性變化，將螺桿鉆具內(nèi)的流量改變?yōu)檠卣仪€狀或擬正弦曲線狀的周期性變化，從而產(chǎn)生沿正弦曲線狀或擬正弦曲線變化的柔和的沖擊力，避免了沖擊力瞬間產(chǎn)生會破壞鉆頭切削齒的問題，提高了螺桿鉆具的使用壽命。(4)本實(shí)用新型的流量調(diào)節(jié)總成中無需使用密封件，通過流量調(diào)節(jié)筒與導(dǎo)流水帽的相對運(yùn)動來控制流量，保證了運(yùn)動動作的連續(xù)性，從而增加了螺桿鉆具整體的可靠性，進(jìn)而提高了本實(shí)用新型的使用壽命，解決了現(xiàn)有沖擊器使用壽命短的難題。(5)本實(shí)用新型既為井下鉆頭提供旋轉(zhuǎn)動力，又為其提供沖擊鉆壓，二者相結(jié)合的旋沖技術(shù)顯著提高了破巖效率，從而延長了鉆頭使用壽命，提高了機(jī)械鉆速，在保證原有性能的基礎(chǔ)上，增加了現(xiàn)有螺桿鉆具的功能，并且拓寬了螺桿鉆具的應(yīng)用范圍。 (6)本實(shí)用新型在流量調(diào)節(jié)總成的作用下，流經(jīng)馬達(dá)的鉆井液流量發(fā)生呈正弦曲線狀或擬正弦曲線狀的連續(xù)周期性變化，而螺桿鉆具的輸出扭矩與流量成正比，從而造成扭矩呈正弦曲線狀或擬正弦曲線狀的周期性變化，為井下鉆頭提供沖擊扭力，進(jìn)一步提高了破巖效率，進(jìn)而延長了鉆頭使用壽命，增加了機(jī)械鉆速。(7)為了配合流量調(diào)節(jié)總成調(diào)節(jié)水量產(chǎn)生連續(xù)柔和的水擊壓力實(shí)現(xiàn)旋沖鉆井，本實(shí)用新型在其上部設(shè)置水力加壓總成，將因水擊產(chǎn)生的增壓波轉(zhuǎn)換為推力，進(jìn)一步提高了整個螺桿鉆具的沖擊力。(8)本實(shí)用新型不僅可以將水力加壓總成安裝于旁通閥總成上端或下端不同的位置，還可以根據(jù)需要增加鉆桿或者增加多個水力加壓總成，滿足了不同型號鉆頭和地層對沖擊力大小的要求，而且還能夠?qū)α髁空{(diào)節(jié)總成和水力加壓總成結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的要求，從而拓寬了本實(shí)用新型的應(yīng)用范圍，為旋沖鉆井技術(shù)的普及性應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。(9)本實(shí)用新型通過對鉆井液在井下工具內(nèi)產(chǎn)生水擊形成的沖擊力進(jìn)行柔和改良，推動了螺桿鉆具向大扭矩、長壽命、多功能方向發(fā)展，開辟液動沖擊器研究新領(lǐng)域，將旋沖鉆井技術(shù)普及性應(yīng)用推向了新的階段，促進(jìn)了旋沖破巖原理的深層次研究，對鉆井技術(shù)具有劃時代的意義。

圖I為本實(shí)用新型中流量調(diào)節(jié)筒的展開結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型中流量調(diào)節(jié)總成的展開結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型-實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型中的活塞向上運(yùn)動形式的水力加壓總成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型-實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型-實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型-實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型-實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。[0063]圖9為本實(shí)用新型中的活塞向下運(yùn)動形式的水力加壓總成的結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中，附圖標(biāo)記對應(yīng)名稱為I-旁通閥總成，2-水力加壓總成，3-馬達(dá)總成，4-萬向軸總成，5-流量調(diào)節(jié)總成，6-傳動軸總成，7-鉆桿；21-芯軸，22-外殼，23-密封環(huán)，24-碟形彈簧組，25-管塞；51-導(dǎo)流水帽，52-導(dǎo)流孔，53-流量調(diào)節(jié)筒。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例?！0069]實(shí)施例I如圖I所示，該沖擊式螺桿鉆具，包括依次連接的旁通閥總成1，馬達(dá)總成3，萬向軸總成4和傳動軸總成6，其中，旁通閥總成主要由閥體、閥芯、彈簧、篩板組成，馬達(dá)總成主要由定子殼體和轉(zhuǎn)子組成，萬向軸總成主要由萬向軸殼體和萬向軸組成，傳動軸總成主要由傳動軸殼體、中空的傳動軸、推力軸承組和徑向軸承組構(gòu)成；所述傳動軸總成6和萬向軸總成4之間設(shè)有流量調(diào)節(jié)總成5，該流量調(diào)節(jié)總成的上端與萬向軸連接，下端與傳動軸連接。如圖2和圖3所示，該流量調(diào)節(jié)總成5主要由與萬向軸連接的導(dǎo)流水帽51和與傳動軸連接的流量調(diào)節(jié)筒53組成，其中，導(dǎo)流水帽位于流量調(diào)節(jié)筒內(nèi)且與之活動連接；流量調(diào)節(jié)筒一端面為平整面，另一端面為凹凸不平整面，導(dǎo)流水帽51上設(shè)有導(dǎo)流孔52，該導(dǎo)流孔的最低處與流量調(diào)節(jié)筒的凹凸端面的最低處平齊，導(dǎo)流孔的最高處高于流量調(diào)節(jié)筒的凹凸端面的最高處，保證兩者之間存在一定間距，使導(dǎo)流孔有效面積最小值不為零，通過導(dǎo)流孔的鉆井液流量最小值不為零。流量調(diào)節(jié)筒的該凹凸不平整端面的投影為呈周期性變化的曲線形狀，例如正弦曲線或擬正弦曲線，其中擬正弦曲線指形狀類似于正弦曲線的曲線，作為一種優(yōu)選，該凹凸不平端面為正弦端面，即流量調(diào)節(jié)筒展開后該正弦端面的投影呈正弦曲線狀。當(dāng)螺桿鉆具工作時，流量調(diào)節(jié)筒與導(dǎo)流水帽相對運(yùn)動，使流量調(diào)節(jié)筒的正弦端面與導(dǎo)流水帽的導(dǎo)流孔相對運(yùn)動，從而將經(jīng)過導(dǎo)流孔的鉆井液流量發(fā)生呈正弦曲線狀的周期性變化，進(jìn)而使螺桿鉆具內(nèi)及其以上鉆具內(nèi)產(chǎn)生水擊，造成螺桿鉆具下端連接的鉆頭對井底產(chǎn)生的鉆壓產(chǎn)生呈正弦曲線狀的周期性變化，同時使螺桿鉆具輸出的扭矩也發(fā)生周期性變化，既提供沖擊力又提供扭旋力，形成一種復(fù)合鉆井破巖方式，即旋沖破巖方式，由于鉆壓呈正弦曲線狀的周期性變化，而正弦曲線的變化柔和，這使沖擊力變化柔和，從而避免沖擊力瞬間產(chǎn)生會破壞鉆頭切削齒的問題，進(jìn)而提高了螺桿鉆具的使用壽命。實(shí)施例2如圖4和圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別在于旁通閥總成I與馬達(dá)總成3之間設(shè)有水力加壓總成2，該水力加壓總成為活塞向上運(yùn)動形式，主要由中空的芯軸21、上下相通的外殼22、密封環(huán)23、碟形彈簧組24和管塞25組成；所述芯軸上端設(shè)有螺紋與旁通閥總成下端通過螺紋連接，下部位于外殼內(nèi)且中部與外殼的上部內(nèi)側(cè)配合連接，芯軸外側(cè)的下部和中部之間設(shè)有臺肩且下部壁厚為中部壁厚的1/3 1/2，下端通過螺紋與管塞連接，碟形彈簧組套接于管塞與臺肩之間的芯軸下部，一組密封環(huán)位于芯軸中部和外殼之間，另一組密封環(huán)位于管塞和外殼之間與之構(gòu)成活塞，外殼下端設(shè)有螺紋與馬達(dá)總成上端通過螺紋連接。 流量調(diào)節(jié)總成使螺桿鉆具內(nèi)的流量發(fā)生變化，造成水擊增壓或者水擊降壓，由此引起的水擊增壓波或者水擊降壓波傳遞到水力加壓總成。當(dāng)水力加壓總成的外殼內(nèi)壓力增加時，鉆井液的壓力作用于活塞端面，推動活塞相對外殼向上運(yùn)動，并壓縮碟形彈簧組，同時與流量調(diào)節(jié)筒配合，共同增加鉆壓；當(dāng)水力加壓總成的外殼內(nèi)壓力降低時，碟形彈簧組帶動活塞逐漸復(fù)位，作用壓力逐漸消失，對鉆壓影響也逐漸減小。顯然，水力加壓總成產(chǎn)生的壓力與水擊力方向一致，增強(qiáng)了沖擊式螺桿的沖擊效果。而當(dāng)螺桿鉆具使鉆井液流量呈正弦曲線狀的周期性變化時，活塞相對于外殼往返運(yùn)動，從而增加了螺桿鉆具沖擊力變化的幅度，由此產(chǎn)生顯著的震蕩位移，進(jìn)而產(chǎn)生顯著的沖擊鉆壓，提高了破巖效果，延長了鉆頭使用壽命，增加了機(jī)械鉆速。實(shí)施例3如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別僅在于水力加壓總成2設(shè)置于旁通閥總成I上端，外殼下端與旁通閥總成上端通過螺紋連接，芯軸上端的螺紋用于連接外部機(jī)構(gòu)。該設(shè)置方式用于深度較深的鉆井，由于水力加壓總成的位置較高，能夠減小被破壞的巖層對其產(chǎn)生的影響，并且增加螺桿鉆具內(nèi)的鉆井液產(chǎn)生的沖擊力，進(jìn)而提高破巖效果，延長使用壽命。實(shí)施例4如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于旁通閥總成和水力加壓總成之間還設(shè)有中空的鉆桿7，鉆桿的下端與旁通閥總成上端通過螺紋連接，水力加壓總成的外殼下端與鉆桿上端通過螺紋連接。該設(shè)置方式用于深度更深的鉆井，由于水力加壓總成的位置更高，一方面減小了被破壞的巖層對其產(chǎn)生的影響，另一方面增加了螺桿鉆具內(nèi)的鉆井液產(chǎn)生的沖擊力，從而提高破巖效果，延長使用壽命。實(shí)施例5如圖8所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于水力加壓總成上端還依次設(shè)有鉆桿7和另一個水力加壓總成2，位于下部的水力加壓總成的芯軸上端與鉆桿下端通過螺紋連接，鉆桿上端與位于上部的水力加壓總成的外殼下端通過螺紋連接，位于上部的水力加壓總成的芯軸上端的螺紋用于連接外部機(jī)構(gòu)。該設(shè)置方式采用兩個水力加壓總成進(jìn)一步增加了螺桿鉆具內(nèi)部鉆井液的壓力，從而大大地提高了沖擊力，更加增強(qiáng)了沖擊式螺桿的沖擊效果，并更加提高了破巖效果，尤其適用于部分較為堅(jiān)硬的地層巖層。實(shí)施例6如圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于所述水力加壓總成為活塞向下運(yùn)動形式，主要由中空的芯軸21、上下相通的外殼22、密封環(huán)23和碟形彈簧組24組成；所述芯軸位于外殼下部，芯軸下端設(shè)有螺紋與馬達(dá)總成上端通過螺紋連接，上部和中部均位于外殼內(nèi)且中部與設(shè)置于外殼下端的臺肩的內(nèi)側(cè)配合連接，芯軸外側(cè)的上部與中部之間設(shè)有臺肩且上部的壁厚大于中部的壁厚，碟形彈簧組套接于芯軸的臺肩與外殼下端的臺肩之間的芯軸中部，一組密封環(huán)位于芯軸上部與外殼之間與之構(gòu)成活塞，另一組密封環(huán)位于外殼下端的臺肩與芯軸之間，外殼上端設(shè)有螺紋與旁通閥總成下端通過螺紋連接。[0084]當(dāng)水力加壓總成的外殼內(nèi)壓力增加時，鉆井液的壓力作用于活塞端面，推動活塞相對外殼向下運(yùn)動，并壓縮碟形彈簧組，同時與流量調(diào)節(jié)筒配合，共同增加鉆壓；當(dāng)水力加壓總成的外殼內(nèi)壓力降低時，碟形彈簧組帶動活塞逐漸復(fù)位，作用壓力逐漸消失，對鉆壓影響也逐漸減小。顯然，水力加壓總成產(chǎn)生的壓力與水擊力方向一致，增強(qiáng)了沖擊式螺桿的沖擊效果。而當(dāng)螺桿鉆具使鉆井液流量呈正弦曲線狀的周期性變化時，活塞相對于外殼往返運(yùn)動，從而增加了螺桿鉆具沖擊力變化的幅度，由此產(chǎn)生震蕩位移，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊鉆壓，提高了破巖效果，延長了鉆頭使用壽命，增加了機(jī)械鉆速。但是值得注意的是，該活塞向下運(yùn)動的水力加壓總成的芯軸下端與下部的鉆具連接組合，當(dāng)鉆進(jìn)時，芯軸上的壓力通過鉆具傳遞給鉆頭，可以產(chǎn)生振蕩的鉆壓，但產(chǎn)生的震蕩位移不夠顯著。按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，但是上述實(shí)施例僅是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，基于調(diào)節(jié)經(jīng)過馬達(dá)總成下端鉆具內(nèi)的鉆井液流量，使其內(nèi)部產(chǎn)生水擊增壓或水擊降壓，造成鉆壓周期性變化，或者壓力波傳遞給水力加壓總成，增強(qiáng)鉆壓變化
效果的原理的其它形式均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種沖擊式螺桿鉆具，包括依次連接的旁通閥總成(1)，馬達(dá)總成(3)，萬向軸總成(4)和傳動軸總成(6 )，其中，旁通閥總成(I)主要由閥體、閥芯、彈簧、篩板組成，馬達(dá)總成(3)主要由定子殼體和轉(zhuǎn)子組成，萬向軸總成(4)主要由萬向軸殼體和萬向軸組成，傳動軸總成(6)主要由傳動軸殼體、中空的傳動軸、推力軸承組和徑向軸承組構(gòu)成，其特征在于，所述傳動軸總成(6)和萬向軸總成(4)之間設(shè)有流量調(diào)節(jié)總成(5)，該流量調(diào)節(jié)總成(5)的上端與萬向軸連接，下端與傳動軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)總成(5)主要由與萬向軸連接的導(dǎo)流水帽(51)和與傳動軸連接的流量調(diào)節(jié)筒(53)組成，其中，導(dǎo)流水帽(51)位于流量調(diào)節(jié)筒(53)內(nèi)且與之活動連接；流量調(diào)節(jié)筒(53)—端面為平整面，另一端面為凹凸面，導(dǎo)流水帽(51)上設(shè)有導(dǎo)流孔(52)，該導(dǎo)流孔(52)的最低處與流量調(diào)節(jié)筒(53)的凹凸端面的最低處平齊，導(dǎo)流孔(52)的最高處高于流量調(diào)節(jié)筒(53)的凹凸端面的最高處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)筒(53)的 凹凸端面為正弦端面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，在所述旁通閥總成(I)的上端或者旁通閥總成(I)與馬達(dá)總成(3)之間設(shè)有水力加壓總成(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述旁通閥總成(I)和水力加壓總成(2)之間還設(shè)有中空的鉆桿(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述旁通閥總成(I)的上端設(shè)有兩個以上依次連接的水力加壓總成(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述旁通閥總成(I)和水力加壓總成(2)之間或者兩個水力加壓總成(2)之間還設(shè)有中空的鉆桿(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4 7中任意一項(xiàng)所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述水力加壓總成(2)主要由中空的芯軸(21)、上下相通的外殼(22)、密封環(huán)(23)、碟形彈簧組(24)和管塞(25)組成；所述芯軸(21)上端設(shè)有螺紋，下部位于外殼(22)內(nèi)且中部與外殼(22)的上部內(nèi)側(cè)配合連接，芯軸(21)外側(cè)的下部和中部之間設(shè)有臺肩且下部壁厚為中部壁厚的1/3 1/2，下端通過螺紋與管塞(25)連接，碟形彈簧組(24)套接于管塞(25)與臺肩之間的芯軸(21)下部，一組密封環(huán)(23 )位于芯軸(21)中部和外殼(22 )之間，另一組密封環(huán)(23 )位于管塞(25)和外殼(22)之間且與管塞(25)和芯軸(21)共同構(gòu)成活塞，外殼(22)下端設(shè)有螺紋； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于旁通閥總成(I)的上端時，外殼(22)下端與旁通閥總成(I)上端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于旁通閥總成(I)與馬達(dá)總成(3)之間時，芯軸(21)上端與旁通閥總成(I)下端通過螺紋連接，外殼(22)下端與馬達(dá)總成(3)上端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)依次連接時，位于下部的水力加壓總成(2)的芯軸(21)上端與位于上部的水力加壓總成(2)的外殼(22)下端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于鉆桿(7)的上端時，外殼(22)下端與鉆桿(7)上端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于鉆桿(7)的下端時，芯軸(21)上端與鉆桿(7)下端通過螺紋連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 7中任意一項(xiàng)所述的一種沖擊式螺桿鉆具，其特征在于，所述水力加壓總成(2)主要由中空的芯軸(21)、上下相通的外殼(22)、密封環(huán)(23)和碟形彈簧組(24)組成；所述芯軸(21)位于外殼(22)下部，芯軸(21)下端設(shè)有螺紋，上部和中部均位于外殼(22)內(nèi)且中部與設(shè)置于外殼(22)下端的臺肩的內(nèi)側(cè)配合連接，芯軸(21)外側(cè)的上部與中部之間設(shè)有臺肩且上部的壁厚大于中部的壁厚，碟形彈簧組(24)套接于芯軸(21)的臺肩與外殼(22 )下端的臺肩之間的芯軸(21)中部，一組密封環(huán)(23 )位于芯軸(21)上部與外殼(22 )之間且與芯軸(21)構(gòu)成活塞，另一組密封環(huán)(23 )位于外殼(22 )下端的臺肩與芯軸(21)之間，外殼(22 )上端設(shè)有螺紋； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于旁通閥總成(I)的上端時，芯軸(21)下端與旁通閥總成(I)上端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于旁通閥總成(I)與馬達(dá)總成(3)之間時，外殼(22)上端與旁通閥總成(I)下端通過螺紋連接，芯軸(21)下端與馬達(dá)總成(3)上端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)依次連接時，位于下部的水力加壓總成(2)的外殼(22)上端與位于上部的水力加壓總成(2)的芯軸(21)下端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于鉆桿(7)的上端時，芯軸(21)下端與鉆桿(7)上端通過螺紋連接； 當(dāng)水力加壓總成(2)位于鉆桿(7)的下端時，外殼(22)上端與鉆桿(7)下端通過螺紋連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種沖擊式螺桿鉆具，屬于鉆井技術(shù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中螺桿鉆具瞬間產(chǎn)生沖擊力使鉆頭的切削齒容易損壞的問題，包括依次連接的旁通閥總成，馬達(dá)總成，萬向軸總成和傳動軸總成，其中，旁通閥總成主要由閥體、閥芯、彈簧、篩板組成，馬達(dá)總成主要由定子殼體和轉(zhuǎn)子組成，萬向軸總成主要由萬向軸殼體和萬向軸組成，傳動軸總成主要由傳動軸殼體、中空的傳動軸、推力軸承組和徑向軸承組構(gòu)成；所述傳動軸總成和萬向軸總成之間設(shè)有流量調(diào)節(jié)總成。本實(shí)用新型在螺桿鉆具原有性能的基礎(chǔ)上，通過流量控制總成產(chǎn)生柔和的沖擊力，提高了鉆頭破巖效率，提高了機(jī)械鉆速，極大地提高了使用壽命，并利用在不同位置的水力加壓總成拓寬了應(yīng)用范圍。
文檔編號E21B11/00GK202745686SQ20122040639
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者董學(xué)成, 熊繼有, 魏小梅, 王國華 申請人:熊繼有, 魏小梅