專利名稱：一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具。
背景技術(shù)：
使用PDC鉆頭(即Polycrystalline Diamond Compact的英文縮寫，聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭)鉆大斜度井(即鉆井斜長(zhǎng)與垂深之比大于2，井斜角在60° 86°的定向井)時(shí)，由于部分鉆柱靠在井眼的低邊，因此在鉆進(jìn)過程中，鉆 柱與井眼之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩阻和扭矩，導(dǎo)致鉆壓和扭矩?zé)o法順利地施加到鉆頭上。這種工況下通常會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)后果一是由于鉆壓無法有效地施加到鉆頭上，產(chǎn)生“拖壓”現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械鉆速極低；二是鉆柱與井壁之間巨大的摩扭使鉆柱產(chǎn)生“粘滑”現(xiàn)象，加速了鉆頭PDC切削齒的破碎。因此，在大斜度井PDC鉆頭鉆進(jìn)過程中，高摩阻導(dǎo)致的“拖壓”及高扭矩導(dǎo)致的“粘滑”成為影響鉆進(jìn)效率的重要因素。針對(duì)大斜度井鉆進(jìn)過程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象導(dǎo)致鉆進(jìn)效率低下的問題，研究表明鉆進(jìn)過程中如果鉆柱振動(dòng)將能有效減小鉆柱摩阻及扭矩。以此理論為指導(dǎo)，很有必要研制一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，通過該工具產(chǎn)生的軸向和周向的高頻復(fù)合振動(dòng)使鉆柱振動(dòng)，消除大斜度井鉆井過程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，大幅提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭壽命，降低鉆井成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，以便消除大斜度井鉆進(jìn)過程中鉆柱產(chǎn)生的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，包括一個(gè)套筒；所述套筒內(nèi)的上部安裝有振動(dòng)短節(jié)，所述振動(dòng)短節(jié)的底部安裝有振動(dòng)短節(jié)卡盤，所述振動(dòng)短節(jié)卡盤的盤底設(shè)置有通孔；所述套筒內(nèi)的中部安裝有螺桿馬達(dá)，所述螺桿馬達(dá)包括與所述套筒的內(nèi)壁固定的螺桿馬達(dá)定子，以及設(shè)置在所述螺桿馬達(dá)定子內(nèi)腔中的螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子；所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子為沿其軸向設(shè)有中空通道的螺桿，所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子與所述螺桿馬達(dá)定子之間形成螺旋形容腔；所述套筒內(nèi)的下部安裝有轉(zhuǎn)換短節(jié)，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端與所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端連接，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)沿其軸向設(shè)有中空的引流通道，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)上端的側(cè)壁上設(shè)置有至少一個(gè)與所述引流通道連通的轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔；所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端還套裝有一個(gè)與所述套筒的筒壁固定的環(huán)形盤，所述環(huán)形盤上開設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形盤導(dǎo)流孔，所述環(huán)形盤導(dǎo)流孔與所述轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔周期性連通或斷開；所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的下端安裝有液壓缸，所述液壓缸內(nèi)腔中設(shè)置有沖擊短節(jié)，所述沖擊短節(jié)的外側(cè)壁上設(shè)置有葉片，所述液壓缸的內(nèi)壁、所述沖擊短節(jié)的外側(cè)壁和所述葉片之間周期性形成多個(gè)密閉空間；所述沖擊短節(jié)的底端連接有扭矩傳遞短節(jié)。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端與所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端通過萬向軸連接，所述萬向軸沿其軸向設(shè)有中空的通道。優(yōu)選的，所述振動(dòng)短節(jié)上端的外周面呈外六方輪廓狀，所述套筒該段的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)設(shè)置為與所述振動(dòng)短節(jié)上的外六方輪廓狀相適配的內(nèi)六方輪廓狀；所述振動(dòng)短節(jié)的外六方輪廓狀的下方為階梯軸段，所述階梯軸段上套設(shè)有彈簧。優(yōu)選的，所述振動(dòng)短節(jié)卡盤的通孔內(nèi)安裝有噴嘴，所述噴嘴通過卡簧鎖緊于所述通孔內(nèi)。優(yōu)選的，所述沖擊短節(jié)的側(cè)壁上設(shè)置有葉片槽，所述葉片的一側(cè)安裝于所述葉片槽內(nèi)，所述葉片與所述葉片槽之間頂靠有葉片彈簧；所述液壓缸的內(nèi)壁上設(shè)置有多個(gè)沿其軸向延伸且向內(nèi)凸出的液壓缸密封條；所述葉片與所述液壓缸密封條周期性密封接觸或斷 開。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述葉片遠(yuǎn)離所述葉片槽的一側(cè)設(shè)置有沿所述葉片的長(zhǎng)度方向延伸的滾柱；所述滾柱與所述液壓缸密封條周期性密封接觸或斷開。優(yōu)選的，所述扭矩傳遞短節(jié)的上端設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽；所述套筒的下端設(shè)置有分別與所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽相適配的套筒花鍵槽和套筒花鍵齒；所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒與所述套筒花鍵槽之間或者所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽與所述套筒花鍵齒之間設(shè)置有配合間隙。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽分別均布有四個(gè)，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒的周向角度為45°，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽的周向角度為45° ;所述套筒花鍵槽和所述套筒花鍵齒分別均布有四個(gè)，所述套筒花鍵槽的周向角度為50°，所述套筒花鍵齒的周向角度為40° ;所述配合間隙為5°。優(yōu)選的，所述套筒包括上套筒、中套筒和下套筒；所述上套筒與中套筒之間連接有雙公套筒。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的套筒，以及自上而下依次設(shè)置在套筒內(nèi)的振動(dòng)短節(jié)、振動(dòng)短節(jié)卡盤、螺桿馬達(dá)、與螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端連接的轉(zhuǎn)換短節(jié)、套裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)上端的環(huán)形盤、安裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)下端的液壓缸、設(shè)置在液壓缸內(nèi)腔的沖擊短節(jié)、與沖擊短節(jié)連接的扭矩傳遞短節(jié)。在利用本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具進(jìn)行鉆井時(shí)，振動(dòng)短節(jié)的上端與上部鉆柱連接，扭矩傳遞短節(jié)與PDC鉆頭或者下部鉆柱連接，鉆井液自上而下流經(jīng)振動(dòng)短節(jié)及振動(dòng)短節(jié)卡盤后，一部分鉆井液沿螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的中空通道、轉(zhuǎn)換短節(jié)、沖擊短節(jié)及扭矩傳遞短節(jié)的通道后到達(dá)PDC鉆頭或者下部鉆柱；另一部分鉆井液流入螺桿馬達(dá)的螺旋形容納腔，具有一定壓力的該部分鉆井液在向下螺旋形流動(dòng)過程中對(duì)螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子提供驅(qū)動(dòng)力使其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與其連接的轉(zhuǎn)換短節(jié)及液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換短節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，環(huán)形盤導(dǎo)流孔與轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔周期性連通或斷開，從而周期性阻斷部分鉆井液的流通，鉆井液產(chǎn)生作用于環(huán)形盤的水力脈沖，該脈沖壓力波上傳作用于振動(dòng)短節(jié)卡盤的下端面，最終產(chǎn)生作用于振動(dòng)短節(jié)底部的水力脈沖沖擊,從而使振動(dòng)短節(jié)與上部鉆柱產(chǎn)生高頻軸向振動(dòng),擾動(dòng)巖屑床，使鉆柱與井壁的靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，顯著減小鉆柱的軸向摩阻，消除了鉆柱存在的“拖壓”現(xiàn)象；與此同時(shí)，轉(zhuǎn)換短節(jié)帶動(dòng)其下面的液壓缸旋轉(zhuǎn)，液壓缸旋轉(zhuǎn)過程中，其內(nèi)部的液壓油周期性沖擊葉片和沖擊短節(jié)，最終產(chǎn)生作用于扭矩傳遞短節(jié)及PDC鉆頭或下部鉆柱上的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊，大大減小了 PDC鉆頭或下部鉆柱的周向扭矩，從而消除了鉆柱“粘滑”現(xiàn)象。本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具可安裝在鉆井鉆柱中的任何地方，鉆柱通過工具產(chǎn)生的軸向和周向的高頻復(fù)合振動(dòng)，消除了大斜度井鉆井過程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，從而大幅提高了機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)了鉆頭壽命，降低了鉆井成本。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是圖I中的I處放大示意圖；圖3是圖I中的A-A截面圖；圖4是圖I中的B-B截面圖；圖5是圖I中的C-C截面圖；圖6是圖I中的D-D截面圖；圖中1_振動(dòng)短節(jié)；2_上套筒；3_彈簧；4_雙公套筒；5_防掉螺母；6_中套筒；7-螺桿馬達(dá)定子；71_螺旋形容腔；8_螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子；9_萬向軸；10_環(huán)形盤；11_下套筒；12-轉(zhuǎn)換短節(jié)軸承；13_液壓缸；14_扭矩傳遞短節(jié)；15_噴嘴；16_振動(dòng)短節(jié)卡盤；17_滾針軸承；18_推力軸承；19_轉(zhuǎn)換短節(jié)；20_推力軸承；21_止動(dòng)套；22_密封圈；23_葉片彈簧；24-葉片；25_液壓缸端蓋；26_沖擊短節(jié)；27_環(huán)形盤導(dǎo)流孔；28_環(huán)形盤導(dǎo)流孔；29_轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔；30_轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔；31_葉片；32_滾柱；33_滾柱；34_液壓缸密封條；35_下套筒花鍵齒；36_扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒；37_高壓腔；38_低壓腔；39_高壓腔；40_低壓腔。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式中，將鉆井液進(jìn)鉆井工具處定乂為上，將鉆井液出鉆井工具處定乂為下；以下所提及的各個(gè)短節(jié)均具有供液體流動(dòng)的中空通道。如圖I和圖2所示，為本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具的一種實(shí)施方式，包括一個(gè)套筒，該套筒包括上套筒2、中套筒6和下套筒11 ;其中，上套筒2與中套筒6之間通過雙公套筒4連接。套筒采用分體式結(jié)構(gòu)，便于其內(nèi)部組件的安裝與拆卸，且容易制造。上套筒2內(nèi)安裝有振動(dòng)短節(jié)1，振動(dòng)短節(jié)I的底部螺紋連接有振動(dòng)短節(jié)卡盤16，振動(dòng)短節(jié)卡盤16的盤底設(shè)置有通孔，該通孔內(nèi)安裝有噴嘴15，噴嘴15通過卡簧鎖緊在通孔內(nèi)(圖中未具體示出)。如圖3所示，其中，振動(dòng)短節(jié)I上端的外周面呈外六方輪廓狀，上套筒2該段的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)設(shè)置為與振動(dòng)短節(jié)I上的外六方輪廓狀相適配的內(nèi)六方輪廓狀，上套筒2與振動(dòng)短節(jié)I之間通過該六方輪廓及軸肩來實(shí)現(xiàn)周向定位及軸向定位，振動(dòng)短節(jié)I的上端用于連接上部鉆柱，當(dāng)振動(dòng)短節(jié)I被驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過六方輪廓結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)上套筒2，以實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。振動(dòng)短節(jié)I的外六方輪廓狀的下方為階梯軸段，該階梯軸段上套設(shè)有彈簧3，該彈黃3為壓黃。中套筒6內(nèi)安裝有螺桿馬達(dá)，該螺桿馬達(dá)包括與中套筒6的內(nèi)壁固定的螺桿馬達(dá)定子7，本實(shí)施例中采用過盈配合來固定，當(dāng)然也可以采用其他常用的固定方式，螺桿馬達(dá)定子7的內(nèi)腔中設(shè)置有螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8，在螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8的上端安裝有防掉螺母5，與雙公套筒4內(nèi)的下部臺(tái)階配合，防止螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8掉落；該螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8為沿其軸向設(shè)有中空通道的螺桿，螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8與螺桿馬達(dá)定子7之間形成螺旋形容腔71。螺桿馬達(dá)屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳細(xì)贅述及具體結(jié)構(gòu)及工作原理。下套筒11內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)換短節(jié)19，轉(zhuǎn)換短節(jié)19沿其軸向設(shè)有中空的引流通道，轉(zhuǎn)換短節(jié)19的上 端與螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8的下端通過萬向軸9實(shí)現(xiàn)連接，萬向軸9沿其軸向設(shè)有中空的通道，其中，螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8與萬向軸9之間螺紋連接，萬向軸9通過滾針軸承17和推力軸承18與轉(zhuǎn)換短節(jié)19的引流通道連接。如圖4所示，轉(zhuǎn)換短節(jié)19上端的側(cè)壁上設(shè)置有至少一個(gè)與其引流通道連通的轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔，本實(shí)施例中設(shè)置有兩個(gè)轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔29,30 ;轉(zhuǎn)換短節(jié)19的上端還套裝有一個(gè)與下套筒11的筒壁固定的環(huán)形盤10，該環(huán)形盤10上開設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形盤導(dǎo)流孔，本實(shí)施例中設(shè)置有兩個(gè)環(huán)形盤導(dǎo)流孔27、28，隨轉(zhuǎn)換短節(jié)19的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形盤導(dǎo)流孔與轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔周期性連通或斷開，相配合形成脈沖發(fā)生器，為轉(zhuǎn)換短節(jié)19外部的鉆井液流通通道。環(huán)形盤導(dǎo)流孔與轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔的具體數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況而設(shè)定，可以分別設(shè)置一個(gè)，也可以分別對(duì)應(yīng)設(shè)置更多個(gè)。轉(zhuǎn)換短節(jié)19的外周上安裝有轉(zhuǎn)換短節(jié)軸承12，轉(zhuǎn)換短節(jié)19下端的內(nèi)孔中安置有推力軸承20，在轉(zhuǎn)換短節(jié)19的下端螺紋連接有液壓缸13，兩者之間由軸肩定位；液壓缸13的下端設(shè)置液壓缸端蓋25，液壓缸13的上端安置止動(dòng)套21，在液壓缸13的內(nèi)腔中設(shè)置有沖擊短節(jié)26，沖擊短節(jié)26的上端與止動(dòng)套21螺紋連接，沖擊短節(jié)26的底端連接有扭矩傳遞短節(jié)14。如圖5所示，在沖擊短節(jié)26的外側(cè)壁上設(shè)置有葉片槽，葉片24、31的一側(cè)安裝于葉片槽內(nèi)，葉片24、31與葉片槽之間頂靠有葉片彈簧23，葉片24、31的另一側(cè)設(shè)置有沿其長(zhǎng)度方向延伸的滾柱33、32，防止液壓缸13轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磨損葉片24、31 ;液壓缸13的內(nèi)壁上設(shè)置有沿其軸向延伸且向內(nèi)凸出的凸部，凸部處設(shè)有進(jìn)一步向內(nèi)凸出的液壓缸密封條34 ；葉片24、31通過滾柱33、32與液壓缸密封條34周期性密封接觸或斷開，從而使液壓缸13的內(nèi)壁、沖擊短節(jié)26的外側(cè)壁和葉片24、32之間在液壓缸13轉(zhuǎn)動(dòng)過程中周期性形成多個(gè)密閉的空間。如圖6所示，扭矩傳遞短節(jié)14的上端分別均布有四個(gè)間隔設(shè)置的扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒36和扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽；其中，扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒36及扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽的周向角度均為45°。下套筒11的下端分別均布有四個(gè)與扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒36和扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽相適配的下套筒花鍵槽和下套筒花鍵齒35 ;其中，下套筒花鍵槽的周向角度為50°，下套筒花鍵齒的周向角度為40°。因此，在扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒36與下套筒花鍵槽之間以及在扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽與下套筒花鍵齒35之間均形成有5°的配合間隙。當(dāng)然，扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒36、扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽、下套筒花鍵槽和下套筒花鍵齒35的周向角度可以根據(jù)實(shí)際情況有所調(diào)整，配合間隙的角度相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。工作過程在利用本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具進(jìn)行鉆井時(shí)，振動(dòng)短節(jié)I的上端與上部鉆柱連接，上部鉆柱由設(shè)置在井口處的頂驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，扭矩傳遞短節(jié)14與PDC鉆頭或者下部鉆柱連接。鉆井液(壓力通常在IOMpa以上)自上而下流經(jīng)振動(dòng)短節(jié)I及安裝在振動(dòng)短節(jié)卡盤16上的噴嘴15后，一部分鉆井液沿螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8的中空通道、萬向軸9的中空通道、轉(zhuǎn)換短節(jié)19的引流通道、沖擊短節(jié)26及扭矩傳遞短節(jié)14的通道后到達(dá)I3DC鉆頭或者下部鉆柱，實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)；另一部分鉆井液流入螺桿馬達(dá)的螺旋形容納腔71，具有一定壓力的該部分鉆井液在向下螺旋形流動(dòng)過程中對(duì)螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子8提供驅(qū)動(dòng)力使其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與其連接的轉(zhuǎn)換短節(jié)19及液壓缸13轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換短節(jié)19轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，環(huán)形盤導(dǎo)流孔27、28與轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔29、30周期性重合或斷開，從而周期性阻斷部分鉆井液的流通，當(dāng)導(dǎo)流孔從部分重合到完全不重合時(shí)，鉆井液產(chǎn)生作用于環(huán)形盤10的液力脈沖，該脈沖壓力波上傳作用于振動(dòng)短節(jié)卡盤16的下端面，該向上的作用力與作用于噴嘴15上的向下的鉆井液壓力平衡，彈簧3由被壓縮狀態(tài)轉(zhuǎn)換為自由狀態(tài)，振動(dòng)短節(jié)I在彈簧3的作用下上行，完成一次軸向振動(dòng)，從而使上部鉆柱完成一次軸向振動(dòng)。本實(shí)施例中，由于分別設(shè)置有兩個(gè)環(huán)形盤導(dǎo)流孔27、28和轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔29、30，因此，轉(zhuǎn)換短節(jié)19每相對(duì)環(huán)形盤10轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就會(huì)廣生兩次完全沖擊，振動(dòng)短節(jié)I完成兩次軸向振動(dòng)，上部鉆柱也完成兩次軸向振動(dòng)。振動(dòng)短節(jié)I及上部鉆柱的高頻軸向振動(dòng)擾動(dòng)巖屑床，使鉆柱與井壁的靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，顯著減小鉆柱的軸向摩阻，消除了鉆柱存在的“拖壓”現(xiàn)象。當(dāng)然，環(huán)形盤導(dǎo)流孔與轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況而具體設(shè)定，振動(dòng)短節(jié)I在轉(zhuǎn)換短節(jié)19每相對(duì)環(huán)形盤10轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)所受到的沖擊次數(shù)相應(yīng)變化。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)換短節(jié)19帶動(dòng)其下面的液壓缸13順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)液壓缸13旋轉(zhuǎn)到 圖5所示的位置時(shí)，葉片24、31在葉片彈簧23的推力下完全伸出，液壓缸13的內(nèi)部腔體被葉片24和31、沖擊短節(jié)26、滾柱32和33分隔成四個(gè)密閉的腔室，隨著液壓缸13繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，腔室37和39的體積減少、壓力升高，成為高壓腔；腔室38和40的體積增大、壓力變小，成為低壓腔；液壓缸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，高壓腔37、39壓力繼續(xù)升高，當(dāng)高壓腔37、39壓力達(dá)到最高值時(shí)，完成對(duì)葉片24、31的一次沖擊，葉片24、31將沖擊傳遞給沖擊短節(jié)26，沖擊短節(jié)26將沖擊傳遞給扭矩傳遞短節(jié)14 ;由于扭矩傳遞短節(jié)14與下套筒11的下端花鍵連接，扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒36轉(zhuǎn)過一定的角度(本實(shí)施例中為5° )后，扭矩傳遞短節(jié)14將這個(gè)沖擊傳遞給其下部連接的PDC鉆頭、鉆柱或其它鉆井工具，實(shí)現(xiàn)周期性的扭轉(zhuǎn)沖擊，有利于減小roc鉆頭或下部鉆柱的周向扭矩，從而消除鉆柱“粘滑”現(xiàn)象。本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具可安裝在鉆井鉆柱中的不同位置，鉆柱通過該工具產(chǎn)生軸向和周向的高頻復(fù)合振動(dòng)，消除了大斜度井鉆井過程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，從而大幅提高了機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)了鉆頭壽命，降低了鉆井成本。本實(shí)用新型的復(fù)合振動(dòng)鉆井工具也適用于頂驅(qū)-泥漿馬達(dá)復(fù)合鉆井及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井?？稍谥本靶本惺褂茫绕溥m合在大斜度井、水平井的造斜及穩(wěn)斜段使用。以上所述僅是本實(shí)用新型最佳實(shí)施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本實(shí)用新型的技術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，包括一個(gè)套筒，其特征在于 所述套筒內(nèi)的上部安裝有振動(dòng)短節(jié)，所述振動(dòng)短節(jié)的底部安裝有振動(dòng)短節(jié)卡盤，所述振動(dòng)短節(jié)卡盤的盤底設(shè)置有通孔； 所述套筒內(nèi)的中部安裝有螺桿馬達(dá)，所述螺桿馬達(dá)包括與所述套筒的內(nèi)壁固定的螺桿馬達(dá)定子，以及設(shè)置在所述螺桿馬達(dá)定子內(nèi)腔中的螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子；所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子為沿其軸向設(shè)有中空通道的螺桿，所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子與所述螺桿馬達(dá)定子之間形成螺旋形容腔； 所述套筒內(nèi)的下部安裝有轉(zhuǎn)換短節(jié)，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端與所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端連接，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)沿其軸向設(shè)有中空的引流通道，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)上端的側(cè)壁上設(shè)置有至少一個(gè)與所述引流通道連通的轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔；所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端還套裝有一個(gè)與所述套筒的筒壁固定的環(huán)形盤，所述環(huán)形盤上開設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形盤導(dǎo)流孔，所述環(huán)形盤導(dǎo)流孔與所述轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔周期性連通或斷開； 所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的下端安裝有液壓缸，所述液壓缸內(nèi)腔中設(shè)置有沖擊短節(jié)，所述沖擊短節(jié)的外側(cè)壁上設(shè)置有葉片，所述液壓缸的內(nèi)壁、所述沖擊短節(jié)的外側(cè)壁和所述葉片之間周期性形成多個(gè)密閉空間；所述沖擊短節(jié)的底端連接有扭矩傳遞短節(jié)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端與所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端通過萬向軸連接，所述萬向軸沿其軸向設(shè)有中空的通道。
3.如權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述振動(dòng)短節(jié)上端的外周面呈外六方輪廓狀，所述套筒該段的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)設(shè)置為與所述振動(dòng)短節(jié)上的外六方輪廓狀相適配的內(nèi)六方輪廓狀；所述振動(dòng)短節(jié)的外六方輪廓狀的下方為階梯軸段，所述階梯軸段上套設(shè)有彈簧。
4.如權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述振動(dòng)短節(jié)卡盤的通孔內(nèi)安裝有噴嘴，所述噴嘴通過卡簧鎖緊于所述通孔內(nèi)。
5.如權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述沖擊短節(jié)的側(cè)壁上設(shè)置有葉片槽，所述葉片的一側(cè)安裝于所述葉片槽內(nèi)，所述葉片與所述葉片槽之間頂靠有葉片彈簧；所述液壓缸的內(nèi)壁上設(shè)置有多個(gè)沿其軸向延伸且向內(nèi)凸出的液壓缸密封條；所述葉片與所述液壓缸密封條周期性密封接觸或斷開。
6.如權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述葉片遠(yuǎn)離所述葉片槽的一側(cè)設(shè)置有沿所述葉片的長(zhǎng)度方向延伸的滾柱；所述滾柱與所述液壓缸密封條周期性密封接觸或斷開。
7.如權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述扭矩傳遞短節(jié)的上端設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽；所述套筒的下端設(shè)置有分別與所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽相適配的套筒花鍵槽和套筒花鍵齒；所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒與所述套筒花鍵槽之間或者所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽與所述套筒花鍵齒之間設(shè)置有配合間隙。
8.如權(quán)利要求7所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽分別均布有四個(gè)，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒的周向角度為45°，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽的周向角度為45° ;所述套筒花鍵槽和所述套筒花鍵齒分別均布有四個(gè)，所述套筒花鍵槽的周向角度為50°，所述套筒花鍵齒的周向角度為40° ;所述配合間隙為5°。
9.如權(quán)利要求I至8任一項(xiàng)所述的一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，其特征在于所述套筒包括上套筒、中套筒和下套筒；所述上套筒與中套筒之間連接有雙公套筒。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，包括一個(gè)套筒；以及自上而下依次設(shè)置在套筒內(nèi)的振動(dòng)短節(jié)、振動(dòng)短節(jié)卡盤、螺桿馬達(dá)、與螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端連接的轉(zhuǎn)換短節(jié)、套裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)上端的環(huán)形盤、安裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)下端的液壓缸、設(shè)置在液壓缸內(nèi)腔的沖擊短節(jié)、與沖擊短節(jié)連接的扭矩傳遞短節(jié)。本鉆井工具可安裝在鉆井鉆柱中的不同位置，鉆柱通過該工具產(chǎn)生的軸向和周向的高頻復(fù)合振動(dòng)，消除大斜度井鉆井過程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，從而大幅提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭壽命，降低鉆井成本。
文檔編號(hào)E21B7/24GK202731752SQ201220358719
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者王瑞和, 王鵬, 倪紅堅(jiān) 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)