本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)中硬地層鉆井作業(yè)用的高速?zèng)_擊鉆井工具。

背景技術(shù)：

在石油天然氣行業(yè)中，鉆井作業(yè)具有周期長、投入高、風(fēng)險(xiǎn)大、技術(shù)要求高的特點(diǎn)，而隨著資源開采的程度增加，深井和超深井的開發(fā)越加重要，對鉆井技術(shù)的要求進(jìn)一步提高。隨著鉆井深度的增加，地層硬度和強(qiáng)度明顯提高，硬地層鉆進(jìn)的效率普遍偏低，大大增加了鉆井成本。

對于硬地層鉆進(jìn)，采用沖擊鉆井的方式可以明顯提高鉆井效率，其作用機(jī)理是讓巖石受到扭轉(zhuǎn)切削的同時(shí)，承受高頻交變鉆壓，區(qū)別于常規(guī)鉆井的恒定鉆壓鉆進(jìn)，極大地提升鉆井效率，降低鉆井成本。為實(shí)現(xiàn)上述沖擊鉆井的功能，需要研制專用的沖擊鉆井工具。

基于上述技術(shù)背景，本發(fā)明特提供一種高速?zèng)_擊鉆井工具，在為鉆頭提供扭矩的同時(shí)，施加高頻交變鉆壓，提高鉆井效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為了提高硬地層鉆井效率，特提供一種高速?zèng)_擊鉆井工具。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種高速?zèng)_擊鉆井工具，是由上接頭、鎖緊帽、渦輪組件、旋轉(zhuǎn)軸、動(dòng)力殼體、推力軸承、錘體、套筒、鋼球、錘砧筒、外筒、碟簧、碟簧座、傳動(dòng)軸和防掉帽構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)特征是：上接頭上端和上部鉆柱絲扣連接，傳動(dòng)軸下端和鉆頭絲扣連接；動(dòng)力殼體內(nèi)腔中部設(shè)置一臺階面，動(dòng)力殼體內(nèi)腔下部設(shè)置一圈凸起臺階；渦輪組件是由渦輪定子葉片和渦輪轉(zhuǎn)子葉片組裝而成，渦輪組件置入動(dòng)力殼體內(nèi)腔；上接頭下端和動(dòng)力殼體上端絲扣連接，上接頭下端面和動(dòng)力殼體內(nèi)腔中部臺階面壓緊渦輪組件的渦輪定子葉片；旋轉(zhuǎn)軸上端設(shè)置為公螺紋，旋轉(zhuǎn)軸上部設(shè)置為臺階軸，旋轉(zhuǎn)軸下部外圓設(shè)置為花鍵軸，旋轉(zhuǎn)軸下部內(nèi)腔設(shè)置為盲孔，旋轉(zhuǎn)軸中部周向均勻設(shè)置三斜孔連通內(nèi)外腔空間，旋轉(zhuǎn)軸中部外圓設(shè)置凸起臺階；渦輪組件套入旋轉(zhuǎn)軸上部臺階軸，旋轉(zhuǎn)軸上端和鎖緊帽絲扣連接，鎖緊帽和旋轉(zhuǎn)軸壓緊渦輪組件的渦輪轉(zhuǎn)子葉片；推力軸承安裝在動(dòng)力殼體內(nèi)腔下部的凸起臺階上，旋轉(zhuǎn)軸中部外圓的凸起臺階和推力軸承貼合；錘體內(nèi)腔設(shè)置為花鍵，錘體外圓設(shè)置一圈圓柱凸輪凹槽，圓柱凸輪凹槽的截面形狀為半圓形；錘體套入旋轉(zhuǎn)軸下部花鍵軸上；套筒中部周向均勻設(shè)置兩個(gè)通孔，套筒內(nèi)腔套在錘體外圓上，兩個(gè)鋼球分別置入套筒中部兩個(gè)通孔內(nèi)，兩個(gè)鋼球均可在錘體外圓的圓柱凸輪凹槽內(nèi)滑動(dòng)；錘砧筒是一個(gè)圓柱筒，錘砧筒套入旋轉(zhuǎn)軸下部花鍵軸；傳動(dòng)軸下端設(shè)置為母螺紋，傳動(dòng)軸內(nèi)腔設(shè)置為通孔，傳動(dòng)軸上端內(nèi)腔設(shè)置為花鍵，傳動(dòng)軸上端外圓設(shè)置為公螺紋；碟簧座和傳動(dòng)軸上端絲扣連接，傳動(dòng)軸上部插入旋轉(zhuǎn)軸下部，碟簧座和錘砧筒之間安裝碟簧；外筒內(nèi)腔中部設(shè)置一臺階面，外筒上端和動(dòng)力殼體下端絲扣連接，外筒下端和防掉帽絲扣連接；外筒內(nèi)腔中部臺階面和動(dòng)力殼體下端面壓緊套筒。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明輸出扭矩的同時(shí)可提供高頻交變軸向力，利于硬地層破巖，提高硬地層鉆井效率；(2)本發(fā)明由鉆井液驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力可靠；(3)本發(fā)明采用渦輪組件作為動(dòng)力，轉(zhuǎn)速高，軸向力交變頻率高，利于硬地層巖石破碎；(4)純機(jī)械結(jié)構(gòu)，井下惡劣工況下性能可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種高速?zèng)_擊鉆井工具錘體下?lián)魻顟B(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種高速?zèng)_擊鉆井工具錘體上返狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2a-a截面剖視圖；

圖4是圖2b-b截面剖視圖；

圖5是錘體的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.上接頭、2.鎖緊帽、3.渦輪組件、4.旋轉(zhuǎn)軸、5.動(dòng)力殼體、6.推力軸承、7.錘體、8.套筒、9.鋼球、10.錘砧筒、11.外筒、12.碟簧、13.碟簧座、14.傳動(dòng)軸、15.防掉帽。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，一種高速?zèng)_擊鉆井工具，是由上接頭1、鎖緊帽2、渦輪組件3、旋轉(zhuǎn)軸4、動(dòng)力殼體5、推力軸承6、錘體7、套筒8、鋼球9、錘砧筒10、外筒11、碟簧12、碟簧座13、傳動(dòng)軸14和防掉帽15構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)特征是：上接頭1上端和上部鉆柱絲扣連接，傳動(dòng)軸14下端和鉆頭絲扣連接；動(dòng)力殼體5內(nèi)腔中部設(shè)置一臺階面，動(dòng)力殼體5內(nèi)腔下部設(shè)置一圈凸起臺階；渦輪組件3是由渦輪定子葉片和渦輪轉(zhuǎn)子葉片組裝而成，渦輪組件3置入動(dòng)力殼體5內(nèi)腔；上接頭1下端和動(dòng)力殼體5上端絲扣連接，上接頭1下端面和動(dòng)力殼體5內(nèi)腔中部臺階面壓緊渦輪組件3的渦輪定子葉片；旋轉(zhuǎn)軸4上端設(shè)置為公螺紋，旋轉(zhuǎn)軸4上部設(shè)置為臺階軸，旋轉(zhuǎn)軸4下部外圓設(shè)置為花鍵軸，旋轉(zhuǎn)軸4下部內(nèi)腔設(shè)置為盲孔，旋轉(zhuǎn)軸4中部周向均勻設(shè)置三斜孔連通內(nèi)外腔空間，旋轉(zhuǎn)軸4中部外圓設(shè)置一圈凸起臺階；渦輪組件3套入旋轉(zhuǎn)軸4上部臺階軸，旋轉(zhuǎn)軸4上端和鎖緊帽2絲扣連接，鎖緊帽2和旋轉(zhuǎn)軸4壓緊渦輪組件3的渦輪轉(zhuǎn)子葉片；推力軸承6安裝在動(dòng)力殼體5內(nèi)腔下部的凸起臺階上，旋轉(zhuǎn)軸4中部外圓的凸起臺階和推力軸承6貼合；如圖5所示，錘體7內(nèi)腔設(shè)置為花鍵，錘體7外圓設(shè)置一圈圓柱凸輪凹槽，圓柱凸輪凹槽的截面形狀為半圓形；如圖3所示，錘體7套入旋轉(zhuǎn)軸4下部花鍵軸上，套筒8中部周向均勻設(shè)置兩個(gè)通孔，套筒8內(nèi)腔套在錘體7外圓上，兩個(gè)鋼球9分別置入套筒8中部兩個(gè)通孔內(nèi)，兩個(gè)鋼球9均可在錘體7外圓的圓柱凸輪凹槽內(nèi)滑動(dòng)；錘砧筒10是一個(gè)圓柱筒，錘砧筒10套入旋轉(zhuǎn)軸4下部花鍵軸；傳動(dòng)軸14下端設(shè)置為母螺紋，傳動(dòng)軸14內(nèi)腔設(shè)置為通孔，傳動(dòng)軸14上端內(nèi)腔設(shè)置為花鍵，傳動(dòng)軸14上端外圓設(shè)置為公螺紋；如圖4所示，碟簧座13和傳動(dòng)軸14上端絲扣連接，傳動(dòng)軸14上部插入旋轉(zhuǎn)軸4下部；碟簧座13和錘砧筒10之間安裝碟簧12；外筒11內(nèi)腔中部設(shè)置一臺階面，外筒11上端和動(dòng)力殼體5下端絲扣連接，外筒11下端和防掉帽15絲扣連接；外筒11內(nèi)腔中部臺階面和動(dòng)力殼體5下端面壓緊套筒8。

本發(fā)明本發(fā)明一種高速?zèng)_擊鉆井工具的工作原理是：開泵循環(huán)鉆井液，渦輪組件3驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸4高速旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸4下部花鍵軸驅(qū)動(dòng)錘體7旋轉(zhuǎn)，錘體7在鋼球9的作用下做軸向高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，反復(fù)錘擊錘砧筒10；錘砧筒10利用碟簧12、碟簧座13把高頻交變軸向力傳遞給傳動(dòng)軸14，最終作用于鉆頭上；同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸4驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸14高速旋轉(zhuǎn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)中硬地層鉆井作業(yè)用的高速?zèng)_擊鉆井工具。它解決硬地層鉆井效率低的問題。其技術(shù)方案是：上接頭上端和上部鉆柱絲扣連接，傳動(dòng)軸下端和鉆頭絲扣連接；渦輪組件置入動(dòng)力殼體內(nèi)腔；推力軸承安裝在動(dòng)力殼體內(nèi)腔下部的凸起臺階上，旋轉(zhuǎn)軸中部外圓的凸起臺階和推力軸承貼合；錘體套入旋轉(zhuǎn)軸下部花鍵軸上；套筒內(nèi)腔套在錘體外圓上，兩個(gè)鋼球分別置入套筒中部兩個(gè)通孔內(nèi)，兩個(gè)鋼球均可在錘體外圓的圓柱凸輪凹槽內(nèi)滑動(dòng)；碟簧座和錘砧筒之間安裝碟簧；外筒上端和動(dòng)力殼體下端絲扣連接，外筒下端和防掉帽絲扣連接。本發(fā)明輸出扭矩的同時(shí)可提供高頻交變軸向力，利于硬地層破巖，提高硬地層鉆井效率，降低鉆井成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張梁;周加偉;李镕成;梁政;趙勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.13
技術(shù)公布日：2017.09.01