扭力旋沖鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種扭力旋沖鉆具，屬于石油鉆井領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PDC是靠鑲嵌在鉆頭上面的roc復(fù)合片來破碎巖石的，在理想狀態(tài)下PDC鉆頭在井下應(yīng)該是均勻的剪切破碎巖石，而現(xiàn)實(shí)中鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng)是極其無序的、這種運(yùn)動(dòng)包括橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)、扭向振動(dòng)和這幾種振動(dòng)的組合。這些振動(dòng)和渦動(dòng)的沖擊載荷極易使鉆頭上的PDC復(fù)合片崩齒，使鉆頭過早的失去切削能力，而引起鉆頭振動(dòng)的原因大部分來自于過長的鉆桿組合導(dǎo)致不足以為PDC鉆頭提供切削時(shí)所需要的均勻的扭力。當(dāng)PDC鉆在切削巖石時(shí)由于扭力的不足鉆頭暫時(shí)停頓，鉆頭不動(dòng)而鉆盤仍在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，扭矩的能量就積蓄在整個(gè)鉆桿上，這時(shí)的鉆桿處于扭曲狀態(tài)，當(dāng)鉆桿積蓄的扭力足以達(dá)到鉆頭切削所需要的扭力時(shí)鉆桿上積蓄的扭力應(yīng)力突然釋放鉆頭會(huì)突然加速而導(dǎo)致鉆頭損壞和加快鉆桿的疲勞損壞。因此如果能為PDC鉆頭額外提供一個(gè)高頻的、均勻的扭向的力很有必要。
[0003]目前國內(nèi)扭力沖擊鉆具類的鉆具不多，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、制造有一定難度、成本較高、工作原理都是單一的液體的壓力轉(zhuǎn)換，效果都不明顯。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種高頻率而且均勻、大幅度改善PDC鉆頭對(duì)鉆桿扭矩的依賴性、避免了鉆頭因扭力不足而導(dǎo)致的粘滑現(xiàn)象、保護(hù)鉆頭的PDC復(fù)合片、大幅度增加鉆頭的使用壽命和機(jī)械鉆速的扭力旋沖鉆具。
[0005]本實(shí)用新型所述的扭力旋沖鉆具，包括上部接頭、外筒、扭力旋沖發(fā)生裝置及傳動(dòng)接頭，上部接頭和傳動(dòng)接頭分別位于外筒的兩端，扭力旋沖發(fā)生裝置包括設(shè)置在傳動(dòng)接頭上端的工作倉，工作倉內(nèi)設(shè)置下分流器，下分流器兩端均通過內(nèi)、外軸承安裝液動(dòng)錘，液動(dòng)錘與工作倉的頂部設(shè)置上蓋，液動(dòng)錘與上蓋之間設(shè)置束環(huán)，束環(huán)和液動(dòng)錘之間固定換向器，下分流器頂部設(shè)置上分流器，上分流器固定在上部接頭內(nèi)。
[0006]上分流器內(nèi)部的空腔為分流器內(nèi)部高壓腔；上分流器外部和上部接頭之間的形成的空腔為分流器外部高壓腔，上分流器、外筒和上蓋之間形成的空腔為分流高壓腔；上部接頭內(nèi)腔為進(jìn)水腔，高壓鉆井液通過鉆具進(jìn)水腔向下流；工作倉的作用是和外筒一起形成高壓腔，液動(dòng)錘和換向器在工作倉內(nèi)由于高壓水流的作用順時(shí)針或者逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使水流完成扭力旋沖的動(dòng)作，提供高頻率，且均勻的水流；換向器的作用是改變水流的方向，使液動(dòng)錘做不同方向的旋轉(zhuǎn)。
[0007]所述的上分流器內(nèi)部中空，上部環(huán)形分布過濾水口，過濾水口設(shè)置為長條形，底部為壓力調(diào)節(jié)口。壓力調(diào)節(jié)口和過濾水口的作用是，可將泥漿中的大顆粒泥沙繼續(xù)向下流，此處壓降的產(chǎn)生迫使一部分比較干凈的泥漿通過上分流器進(jìn)入分流器外部高壓腔和相通的分流高壓腔中。
[0008]所述的下分流器內(nèi)部中空，下部環(huán)形分布排水口，底部橫截面設(shè)置為多邊形。排水口起到排水分流的作用，多邊形可起到固定作用，防止下分流器隨液動(dòng)錘轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]所述的上蓋內(nèi)對(duì)稱設(shè)置兩缺口，缺口與外筒之間形成動(dòng)力進(jìn)水口。進(jìn)水口成為上分流器和工作倉內(nèi)流體的通道，形成高壓流體。
[0010]所述的工作倉外壁上對(duì)稱設(shè)置兩組凹槽，每組凹槽設(shè)置為兩個(gè)，一組凹槽對(duì)應(yīng)一動(dòng)力進(jìn)水口的下方設(shè)置，工作倉內(nèi)壁上對(duì)稱設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)腔，轉(zhuǎn)動(dòng)腔位于兩組凹槽之間，轉(zhuǎn)動(dòng)腔與凹槽之間通過水道連通，工作倉底部設(shè)置與下分流器相對(duì)應(yīng)的多邊形，工作倉與下分流器通過相對(duì)應(yīng)的多邊形連接，液動(dòng)錘上對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)腔設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)翼，轉(zhuǎn)動(dòng)翼的橫截面設(shè)置為扇形。工作時(shí)，高速流動(dòng)的鉆井液經(jīng)過動(dòng)力進(jìn)水口進(jìn)入凹槽與外筒形成的高壓腔內(nèi)，因?yàn)楦咚僖毫鞯倪M(jìn)口突然變小，鉆井液在進(jìn)入高壓腔的同時(shí)在上蓋的上端面產(chǎn)生水擊，強(qiáng)大的水擊能量和鉆井液的高壓能量通過高壓腔和水道里的高壓流體推動(dòng)液壓錘逆時(shí)針或順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)完成一次扭力沖擊過程，液壓錘關(guān)閉一組凹槽內(nèi)的其中一個(gè)的水道，同時(shí)打開另一個(gè)水道，同時(shí)換向器在液壓錘的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉部分動(dòng)力進(jìn)水口 ；當(dāng)再次有高壓流體進(jìn)入時(shí)，高壓流體從未關(guān)閉的進(jìn)水口進(jìn)入，推動(dòng)液動(dòng)錘反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，最終完成扭力旋流的過程。
[0011]所述的換向器設(shè)置為兩個(gè)，換向器包括相互垂直的固定段和工作段，工作段的橫截面設(shè)置為扇形，其大小對(duì)應(yīng)凹槽的橫截面設(shè)置，換向器的固定段對(duì)稱固定在液動(dòng)錘的頂部，且兩換向器中心的連線與液動(dòng)錘上兩轉(zhuǎn)動(dòng)翼中心之間的連線垂直。換向器起到關(guān)閉打開動(dòng)力進(jìn)水口的作用，動(dòng)力進(jìn)水口對(duì)應(yīng)兩個(gè)凹槽，換向器在打開其中一個(gè)的同時(shí)關(guān)閉另外一個(gè)，實(shí)現(xiàn)從不同凹槽推動(dòng)液動(dòng)錘工作的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液動(dòng)錘往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]所述的上部接頭和傳動(dòng)接頭均為API石油螺紋，上部接頭與外筒之間通過API石油螺紋連接，傳動(dòng)接頭與外筒之間通過鍵與止推塊連接。
[0013]所述的上分流器和下分流器通過細(xì)牙螺紋連接。
[0014]所述的內(nèi)軸承與下分流器過盈裝配，外軸承與液動(dòng)錘過盈裝配，上蓋與工作倉上端過盈裝配。
[0015]所述的液壓錘上部對(duì)稱開有兩個(gè)帶有角度的槽，換向器通過束環(huán)和帶有角度的槽緊緊的裝在液壓錘上。
[0016]上述連接關(guān)系和裝配方式，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安裝牢固，提高使用壽命。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0018]該鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無密封元件、螺旋葉片等易損部件所以鉆具壽命更高，水壓轉(zhuǎn)換裝置不作整圓運(yùn)動(dòng)，利用水擊和水壓兩重能量，所以效率更高、工作狀態(tài)更穩(wěn)定。使用該鉆具不影響其他鉆具組合的使用性能，鉆具長時(shí)間使用失效后可作為常規(guī)鉆柱使用，不用緊急起鉆為鉆井節(jié)省時(shí)間。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是圖1中上分流器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是圖2中E-E的截面示意圖。
[0022]圖4是圖1中上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5是圖1中工作倉的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是圖1中下分流器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖1是圖1中換向器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8是圖7的F-F的截面示意圖。
[0027]圖9是圖1中A-A的截面示意圖。
[0028]圖10是圖1中B-B的截面示意圖。
[0029]圖11是圖1中C-C的截面示意圖。
[0030]圖12是圖1中D-D的截面示意圖。
[0031]圖中:1、上部接頭2、上分流器3、外筒4、上蓋5、下分流器6、液動(dòng)錘7、工作倉
8、傳動(dòng)接頭9、外軸承10、內(nèi)軸承11、過濾水口 12、壓力調(diào)節(jié)口 13、缺口 14、水道15、轉(zhuǎn)動(dòng)腔16、凹槽17、工作倉定位多邊形18、排水口 19、多邊形20、工作段21、固定段22、鍵23、束環(huán)24、轉(zhuǎn)動(dòng)翼25、止推塊。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述:
[0033]如圖1?圖12所示，本實(shí)用新型所述的扭力旋沖鉆具，包括上部接頭1、外筒3、扭力旋沖發(fā)生裝置及傳動(dòng)接頭8，上部接頭I和傳動(dòng)接頭8分別位于外筒3的兩端，扭力旋沖發(fā)生裝置包括設(shè)置在傳動(dòng)接頭8上端的工作倉7，工作倉7內(nèi)設(shè)置下分流器5，下分流器5兩端均通過內(nèi)軸承