將鉆柱縱向振動轉化為鉆頭扭轉沖擊的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于鉆井工程領域，尤其涉及一種應用于石油、天然氣鉆井作業(yè)中的將鉆柱縱向振動轉化為鉆頭扭轉沖擊的裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代能源開發(fā)戰(zhàn)略對鉆井速度與質量的要求越來越高。在鉆進深部具有高研磨性的地層時，依靠改變破巖效率、節(jié)省起下鉆時間來提高鉆井效率的主力鉆頭——PDC鉆頭鉆進時存在嚴重的“粘滑”(stick-slip)振動現(xiàn)象，該現(xiàn)象使得鉆柱配套部件及井下工具組合受力工況惡劣，疲勞壽命低，從而限制甚至阻礙了深井、超深井的進一步發(fā)展。
[0003]圍繞鉆進過程中，由于粘滑現(xiàn)象導致的鉆具失效及機械鉆速下降的問題，國內外通過現(xiàn)場應用和研究表明，可以通過在鉆頭上周期性地施加小幅高頻扭轉沖擊來降低鉆頭的失效率和提高鉆進速度，由此設計了多種扭力沖擊器來實現(xiàn)為PDC鉆頭施加周向高頻沖擊載荷的目的，主要包括:美國阿特拉公司的扭力沖擊器(專利號:US6742609B2)、美國哈里伯頓能源服務公司的扭轉沖擊系統(tǒng)(專利號:US7096980B2)、西南石油大學的扭轉沖擊鉆井工具(申請?zhí)?200910058083.9)、中國石化集團勝利工程有限公司鉆井工藝研究院的扭沖工具(申請?zhí)?201010511421.2)和中國石油大學(華東)的射流式扭轉沖擊鉆井工具(申請?zhí)?201010511421.2)等。雖然這些裝置的結構各異，但具有共同的特點:扭力沖擊的工作能量來源于鉆井循環(huán)介質。
[0004]實踐表明:隨著井深的增加，鉆井循環(huán)介質壓耗增大，當井深很大時，可能出現(xiàn)循環(huán)介質僅能滿足循環(huán)攜巖的要求，上述裝置工作狀態(tài)會大受影響，極可能出現(xiàn)無法正常工作甚至影響鉆井作業(yè)進行的可能；當鉆井循環(huán)介質為空氣或者充氣鉆井液等可壓縮系數(shù)較大的介質時，上述裝置均難以正常工作。因此，研發(fā)利用新能源的井下扭力沖擊發(fā)生裝置對于深井、超深井扭力沖擊鉆井提速非常有意乂。
[0005]鉆柱的振動現(xiàn)象是在直井鉆井中經(jīng)常遇到的復雜情況，而鉆柱振動中縱向振動是危害最明顯、發(fā)生最頻繁的振動形式，它不僅影響到鉆井施工的效率，還會造成鉆柱的斷裂破壞等事故，影響了鉆井作業(yè)的進程。減輕鉆柱的振動尤其是直井中的縱向振動其意義就變得不容忽視。如果能將鉆柱縱向振動這種有害能量轉化為驅動井下扭力沖擊發(fā)生裝置新能源，對于減輕由于鉆柱振動造成的損失提高鉆井速度都會具有積極的意義。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是，提供一種將鉆柱縱向振動轉化為鉆頭扭轉沖擊的裝置，通過裝置內部發(fā)生結構，將鉆井過程中有害的鉆柱縱向振動轉化為作用于鉆頭的周向聞頻扭轉沖擊振動，從而提聞機械鉆速。
[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種將鉆柱縱向振動轉化為鉆頭扭轉沖擊的裝置，包括有縱向振動總成、復位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成；
[0008]縱向振動總成包括傳振軸，所述傳振軸連接有限位套和花健體，所述傳振軸的底部連接有起振器，所述起振器上設置有沖耳；
[0009]所述復位傳扭總成包括有花鍵外殼、彈簧、過渡接頭、沖擊器外殼，所述彈簧的上部與限位套的下部相接觸，所述彈簧的下部與過渡接頭的上部相接觸；
[0010]所述扭力發(fā)生傳遞總成包括有沖擊錘，所述沖擊錘設置在鉆頭座內，所述沖擊錘內設置有螺旋槽，所述起振器的沖耳與沖擊錘的螺旋槽相配合；
[0011]所述花鍵外殼內設置有內花鍵，花鍵體與內花鍵相配合；
[0012]所述沖擊器外殼的下端設有殼體花鍵，所述鉆頭座的下端設有座體花鍵，殼體花鍵和座體花鍵相配合。
[0013]進一步地，所述復位傳扭總成還包括有密封壓蓋和彈簧外殼；
[0014]所述花鍵外殼的頂端安裝有密封壓蓋，所述彈簧外殼的外徑與緊扣圓柱面的外徑相同；所述彈簧外殼的上部與花鍵外殼螺紋聯(lián)接，彈簧外殼的中部還開有排氣孔；彈簧外殼的下部與過渡接頭的上部螺紋聯(lián)接，所述過渡接頭的下部與沖擊器外殼螺紋聯(lián)接；所述彈簧設置在彈簧外殼內，所述彈簧為復位彈簧，所述復位彈簧的上部、下部分別與限位套的下平面、過渡接頭的上平面相接觸。
[0015]進一步地，所述扭力發(fā)生傳遞總成還包括有止推軸承限位套、上止推軸承下止推軸承和防掉塊；
[0016]所述沖擊器外殼與鉆頭座相固定并在內部形成空腔，所述空腔的內部由上到下依次為止推軸承限位套、上止推軸承、沖擊錘和下止推軸承。
[0017]進一步地，所述沖擊器外殼上設有四個殼體防掉槽和四個螺栓孔；
[0018]所述鉆頭座上設有四個座體防掉槽，防掉塊能夠壓縮于座體防掉槽內，所述座體防掉槽內設有小彈簧并與防掉塊連接；
[0019]在座體防掉槽移動到殼體防掉槽處形成空腔時，小彈簧釋放并將防掉塊推向殼體防掉槽內。
[0020]進一步地，所述止推軸承定位套的上部頂緊過渡接頭的軸肩，止推軸承定位套的下部壓緊上止推軸承。
[0021]進一步地，起振器的外部上端設有沖耳，起振器的外部下端設有密封槽，沖耳的上端面到密封槽的長度大于沖擊錘的高度。
[0022]進一步地，所述沖擊錘的外部設置有錘頭，所述螺旋槽為兩個左旋的螺旋槽，所述螺旋槽為沖耳的滑道。
[0023]進一步地，所述沖擊錘的高度與傳振軸的沖程相同，螺旋槽的螺旋角與沖擊錘的旋轉角度相冋。
[0024]本實用新型具有的有益效果是:
[0025](I)實現(xiàn)了由鉆柱軸向振動到鉆頭周向高頻振動的轉化,并且振動頻率可根據(jù)現(xiàn)場需要調節(jié)轉盤轉速得到，這樣就能使鉆柱的扭矩保持基本穩(wěn)定和平衡，降低了鉆柱的扭轉震蕩，延長了鉆頭、鉆柱等配套部件的使用壽命；
[0026](2)該裝置產(chǎn)生的高頻扭轉沖擊直接作用于PDC鉆頭，大大消除了 PDC鉆頭的粘滑現(xiàn)象，既保護了鉆頭又提高了機械鉆速；
[0027](3)該裝置的工作能量來源于鉆柱振動，能量隨著井深的增加而增加，且裝置減小了鉆柱縱向振動產(chǎn)生的危害；
[0028](4)該裝置的工作對鉆井液的循環(huán)不構成影響，即使工具失效，鉆進作業(yè)及鉆井液循環(huán)亦可繼續(xù)進行；
[0029](5)該裝置可應用于各種鉆井作業(yè)之中，包括:欠平衡鉆井、空氣鉆井及平衡鉆井等;
[0030](6)該裝置結構簡單、性能穩(wěn)定，使用過程不會為鉆井作業(yè)帶來附加風險。
【附圖說明】
[0031]圖1是將鉆柱縱向振動轉化為鉆頭扭轉沖擊的裝置初始位置圖；
[0032]圖2是將鉆柱縱向振動轉化為鉆頭扭轉沖擊的裝置，承受最大下沖擊力時狀態(tài)圖；
[0033]圖3是圖1的局部圖；
[0034]圖4是圖2的局部圖；
[0035]圖5是傳振軸示意圖；
[0036]圖6是圖1中的A-A剖面示意圖；
[0037]圖7是圖1中的B-B剖面示意圖；
[0038]圖8是圖2中的E-E剖面示意圖；
[0039]圖9是沖擊錘的剖面示意圖；
[0040]圖10是沖擊錘的俯視圖；
[0041]圖11是圖1中的C-C剖面示意圖；
[0042]圖12是圖1中的D-D剖面示意圖；
[0043]圖13是起振器的剖面示意圖。
[0044]圖中:1、傳振軸，101、緊扣圓柱面，102、滑動密封面，103、花鍵體，104、限位螺紋，105、彈簧內支撐圓柱面，106、連接螺紋，2、密封壓蓋，3、花鍵腔密封總成，4、花鍵外殼，5、限位套，6、彈簧外殼,7、彈簧,8、彈簧腔密封總成,9、過渡接頭，10、分隔密封,11、沖擊器外殼，12、止推軸承限位套，13、密封圈，14、上止推軸承，15、起振器，1501、沖耳，1502、密封槽，16、沖擊錘，1601、錘頭，1602、螺旋槽，17、下止推軸承，18、起振器密封圈，19、鉆頭座，20、鉆頭座密封圈，21、防掉塊，22、殼體花鍵，23