利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于石油天然氣鉆探工程領域的一種旋轉破巖工具，特別是利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具。
【背景技術】
[0002]旋沖方式作用的新型鉆具可以旋轉鉆進的同時對鉆頭施加一個軸向或周向沖擊力，提高破巖效果，可有效應用于深井、超深井以及硬質地層等。當鉆頭鉆進過程中，遇到硬質地層或軟硬交替的地層時，經常會出現(xiàn)粘滑、斷齒等問題，不僅會減緩鉆進速度，而且不利于控制井眼質量，也不利于后期的固井、完井等工作。所以提高鉆頭的破巖效果可以減少油氣開發(fā)的成本、提高鉆井效率、保證油氣產量以及有利于鉆井后期的相關工作。

【發(fā)明內容】

[0003]為了解決【背景技術】中存在的問題，本發(fā)明提供了利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，本發(fā)明的旋沖作用方式主要依靠滾子凸輪機構的運動實現(xiàn)，即凸輪的運動帶動沖擊軸產生上下往復運動。鉆具所需的鉆壓更小，破巖效率更高，井眼質量更好，適應于深井、超深井以及硬地層或軟硬交互地層。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:本發(fā)明的具有旋沖方式作用的新型鉆具下部連接鉆頭，上部連接多級渦輪機構。高速鉆井液流進渦輪機構，液流沖擊渦輪葉片驅使渦輪轉子轉動，渦輪定子與上部傳動軸固定連接，渦輪轉子的轉動帶動上部傳動軸的轉動，上部軸的轉動帶動中間沖擊軸的轉動，中間沖擊軸上連接有可隨軸旋轉的凸輪機構。凸輪通過在下部的不可旋轉的圓珠滾子凸輪機構上的旋轉帶動沖擊軸做上下往復運動，使沖擊軸可以連續(xù)沖擊砧子進而給鉆頭施加高頻率的沖擊力，從而使鉆具實現(xiàn)了旋沖功能。
[0005]所述渦輪級數(shù)為40級，蝸輪機構的轉子和定子的葉片安裝方向是相反的，定子安裝在轉子上部，當有液流通過定子時，液流方向就會發(fā)生改變流入轉子。
[0006]所述上部軸和沖擊軸采用活動連接，可以采用花鍵或方形鍵連接，既能傳遞了扭矩而且也能相對軸向滑動。
[0007]所述凸輪安裝在沖擊軸上，隨沖擊軸一起旋轉，凸輪在圓珠滾子凸輪上滾動就會形成沖擊軸上下的往復運動。
[0008]所述鉆具外筒壁通過八方與下接頭活動連接，既能傳遞扭矩又能相對運動。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
[0010]1、本發(fā)明的旋沖方式作用的新型鉆具以振蕩剪切方式破巖，可以大幅度提高鉆進速度，尤其是在硬質地層和超深井中效果更為明顯。
[0011]2、本發(fā)明的旋沖方式作用的新型鉆具能夠縮短與地層的接觸時間，可降低鉆頭的磨損程度，增加鉆頭的使用壽命。
[0012]3、本發(fā)明的旋沖方式作用的新型鉆具鉆進時產生的井斜小，井眼質量易于控制，從而達到優(yōu)化井眼狀況的目的。
[0013]4、當以相同的機械鉆速鉆進時，旋沖方式作用的新型鉆具所需的鉆壓更小，緩和了鉆柱的受載情況。
[0014]5、由于破巖效率高，旋沖方式作用的新型鉆具能降低鉆井成本，即使在井下沖擊工具損壞，旋沖方式作用的新型鉆具仍可以只在剪切力作用下破巖，而不會影響鉆進過程。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0016]圖2是上部凸輪結構示意圖；
[0017]圖3是下部凸輪結構示意圖；
[0018]圖4是禍輪結構示意圖；
[0019]圖5是站子結構示意圖。
[0020]圖中1-上殼體，2-雙頭螺柱，3-六角防松螺母，4-渦輪轉子，5-渦輪定子，6-上部軸，7-0型密封圈，8-中間殼體，9-0型密封圈，10-推力球軸承組，11-矩形密封圈，12-下部軸，13-沖擊軸凸輪，14-六角頭螺母，15-墊圈，16-圓珠滾子凸輪，17-雙頭螺柱，18-0型密封圈，19-下殼體，20-砧子，21-定位塊，22-0型密封圈，23-緩沖彈性體，24-八方
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0022]參見圖1，利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，該鉆具安裝在鉆頭上部，給鉆頭施加旋沖方式作用的沖擊力。所述新型鉆具包括動力端、沖擊軸總成和下部工具總成。所述動力端為上殼體1、渦輪轉子4、渦輪定子5、上部軸6推力球軸承組10等，渦輪轉子4與渦輪定子5的葉片反向安裝，通過雙頭螺栓2和六角防松螺母3將渦輪定子5固定安裝在上部軸6上，利用螺紋將上殼體1和中間殼體8相連接，安裝0型密封圈7密封上殼體1與中間殼體8之間的間隙，安裝推力球軸承組10緩和上部軸6與中間殼體8之間的摩擦。在泥漿壓力作用下，渦輪轉子4旋轉，帶動渦輪定子5與上部軸6轉動。
[0023]所述沖擊軸總成包括沖擊軸12、沖擊軸凸輪13、中間殼體8和矩形密封圈11，采用方形活動連接將沖擊軸12與上部軸6相連接，使用螺紋連接將沖擊軸凸輪固定連接在沖擊軸上，安裝矩形密封圈密封上部軸6和沖擊軸12之間的間隙，使用螺紋連接將中間殼體和下殼體相連接。沖擊軸12在上部軸6帶動下旋轉，使沖擊軸凸輪13—起旋轉。
[0024]所述下部工具總成包括圓珠滾子凸輪16、下殼體19、砧子20、緩沖彈性體23、八方24、雙頭螺柱17、六角頭螺母14、墊片15、0型密封圈18、定位塊21、0型密封圈22，利用雙頭螺柱17、六角頭螺母14與墊片15將圓柱滾子凸輪16固定安裝在下殼體19上，安裝0型密封圈18密封下殼體19與沖擊軸12之間的間隙，安裝0型密封圈22密封定位塊21與下殼體19之間的間隙，利用定位塊21、緩沖彈性體23和八方24將砧子20固定連接在下殼體19上。圓珠滾子凸輪16與沖擊軸凸輪13相互作用，使沖擊軸12產生上下往復運動，沖擊軸13沖擊砧子20，從而給鉆頭產生一個旋沖方式的沖擊力。
【主權項】
1.利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，其固定安裝在鉆頭上部，增加鉆頭破巖效率，其特征在于:所述旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具包括動力端、沖擊軸總成和下部工具總成;所述沖擊軸總成后端與動力端相連接，前端連接下部工具總成;所述動力端包括上殼體(1)、渦輪轉子(4)、渦輪定子(5)、上部軸(6)、推力球軸承組(10)、雙頭螺柱(2)、六角防松螺母(3)，在上部軸(6)上安裝渦輪定子(5)，在上部軸(6)后端安裝雙頭螺柱(2)，并利用兩個六角防松螺母(3)鎖緊渦輪定子(5)，在上部軸(6)前端安裝推力球軸承組(10)，渦輪轉子(4)在泥漿壓力下旋轉，帶動上部軸(6)轉動;所述沖擊軸總成包括沖擊軸(12)、沖擊軸凸輪(13)、中間殼體(8)、矩形密封圈(11)，在沖擊軸(12)前端采用螺紋連接沖擊軸凸輪(13)，將矩形密封圈(11)安裝在中間殼體(8)內，采用螺紋連接將中間殼體(8)連接在上殼體(1)后端，沖擊軸(12)在上部軸帶動下旋轉，使沖擊軸凸輪(13) —起旋轉;所述下部工具總成包括圓珠滾子凸輪(16)、下殼體(19)、砧子(20)、緩沖彈性體(23)、八方(24)、六角頭螺母(14)、墊片(15)、雙頭螺柱(17)、0型密封圈(18)、定位塊(21)、0型密封圈(22)，利用六角頭螺母(14)、墊片(15)和雙頭螺柱(17)將圓珠滾子凸輪(16)固定連接在下殼體(19)上，圓珠滾子凸輪(16)與沖擊軸凸輪(13)相互作用，使沖擊軸(12)產生上下往復運動，使沖擊軸(13)周期性沖擊砧子(20)，從而給鉆頭產生一個沖擊作用力。2.根據(jù)權利要求1所述的利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，其特征在于:所述的凸輪機構由沖擊軸凸輪(13)由圓柱體和兩個對稱的凸緣部分構成，通過螺紋連接在沖擊軸上，沖擊軸旋轉驅動沖擊軸凸輪(13)旋轉；圓珠滾子凸輪(16)的滾子球體數(shù)量為6個，直徑分別為38?40mm和28?30mm，直徑為38?40mm滾子球體有2個，呈對稱布置，兩種滾子球體之間的中心夾角為45°，每側直徑28?30mm的滾球中心夾角為60度。3.根據(jù)權利要求4述的利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，其特征在于:沖擊軸(12)后端斷面形狀為正方形。4.根據(jù)權利要求1所述的利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，其特征在于:所述渦輪級數(shù)為20級。
【專利摘要】本發(fā)明涉及利用旋沖方式產生復合作用破巖的鉆井工具，其固定安裝在鉆頭上部，其包括動力端、沖擊軸總成和下部工具總成；所述沖擊軸總成后端連接動力端，前端連接下部工具總成；所述動力端在泥漿壓力下使渦輪工作，帶動上部軸轉動，通過方形活動連接將轉矩和扭矩傳遞給沖擊軸，沖擊軸再沖擊砧子，給鉆頭施加一個旋沖方式作用的沖擊力。本發(fā)明的新型鉆具的作用方式為旋沖作用方式，依靠凸輪機構相互作用實現(xiàn)沖擊軸的上下往復運動，該新型鉆具以震蕩剪切方式破巖，能夠縮短與底層的接觸時間，可降低鉆頭的磨損程度，從而增加鉆頭的使用壽命，同時能夠優(yōu)化井眼質量。
【IPC分類】E21B4/16
【公開號】CN105421996
【申請?zhí)枴緾N201510818806
【發(fā)明人】田家林, 楊應林, 楊琳, 周韜, 胡書輝, 杜凡, 蔡旭東
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月23日