CN105927148B - 一种新型钻井提速磁激励器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型钻井提速磁激励器，包括：上接头、筒体、转子、定子、上密封块、旋转套管、下密封块、下接头、转子、螺钉、传动轴、圆弧形永磁铁、砧子、冲击套管、钢球、导流孔、密封圈、密封圈。本发明的动力来源于钻井液驱动液压马达，结构简单，长度短，有利于在造斜作业和弯曲井眼中应用；可以给钻头施加一种低幅高频的轴向冲击力，从而大大降低钻头的粘滑现象，大幅提高机械钻速；通过给钻头周期性的提供轴向冲击力，可以稳定从近钻头钻柱短节传递给钻头的扭矩，降低卡钻致使钻头失效的可能性，减少起下钻和操作费用，经济效益好；使用磁力技术，能量损耗少，易损件少。
Description
技术领域
本发明属于能源勘探技术领域，尤其涉及一种新型钻井提速磁激励器。
背景技术
钻头钻硬或研磨性地层时，通常没有足够的扭矩来破碎地层，从而使钻头瞬间停止转动。这时，扭转能量储存在钻柱中，钻柱会像发条一样扭紧，一旦产生了剪切破碎地层所需的扭矩，钻柱能量便会释放开来，在钻头上施加比平常高得多的冲击载荷，最终使金刚石齿破碎并导致钻头失效。
在钻井过程中，起下钻和更换失效的钻头是造成钻井成本增加的一个重要因素，由于钻头或BHA的粘滑现象容易造成钻头失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型钻井提速磁激励器，旨在解决钻头或BHA的粘滑现象容易造成钻头失效的问题。
本发明是这样实现的，所述新型钻井提速磁激励器的上端设置有上接头，所述上接头和筒体用螺纹连接，焊接加固；转子与传动轴用花键连接并用定位销固定，传动轴在定子的中间空隙中穿过，定子固定在筒体上；转子与定子之间安置钢球配合组成泥浆马达，提供动力驱动旋转套管转动；
所述传动轴下端与磁力冲击结构的旋转套管连接，旋转套管上端有四个导流孔，圆弧形永磁铁固定在旋转套管上，冲击套管被分割为若干部分，各部分之间用螺钉固定，圆弧形永磁铁固定在冲击套管内壁；旋转套管与冲击套管之间用上密封和下密封块密封；上密封块与旋转套管用螺纹连接，上密封块与冲击套管之间的凹槽内安装密封圈；下密封块与旋转套管用螺纹连接，下密封块与旋转套管之间的凹槽内安装密封圈；砧子与旋转套管用螺纹连接；
所述筒体用键槽限定冲击套管自由度，旋转套管和冲击套管上各有三对永磁铁。
进一步，所述转子是花键状中空的；定子是圆形中空。
进一步，所述圆弧形永磁铁用螺钉固定在旋转套管上。
进一步，所述圆弧形永磁铁用螺钉固定在冲击套管内壁。
进一步，所述新型钻井提速磁激励器的下端设置有连接PDC钻头或其它工具的下接头。
进一步，所述旋转套管和冲击套管上各有三对120°圆弧形永磁铁，每对圆弧形永磁铁形成两个60°环空间隙。
进一步，所述冲击套管与旋转套管上各自附着的圆弧形永磁铁之间有2mm间隙。
本发明的另一目的在于提供一种所述新型钻井提速磁激励器的使用方法，所述使用方法包括：
马达转子转动，由扣合的花键带动与旋转套管相连的传动轴旋转；钻井液由导流孔流经旋转套管内部直接到达钻头；附着于旋转套管上的圆弧形永磁铁随旋转套管转动时，与冲击套管上的圆弧形永磁铁对齐后会在异极相吸的作用下，使冲击套管向一侧窜动，当旋转套管旋转180°后，旋转套管与冲击套管上的圆弧形永磁铁再次对齐，同时再同极相斥的作用下会使冲击套管向另一侧窜动，在钻井液的驱动下，冲击套管会有规律的上下窜动并反复敲击砧子。
本发明提供的新型钻井提速磁激励器，围绕钻进过程中由于钻头或BHA的粘滑现象造成钻头失效的问题。永磁铁的最大轴向作用距离最高可达10毫米，钻井液驱动转子的转速可达900转/分钟。通过在钻头上周期性地施加小幅高频轴向冲击来降低钻头的失效率和提高钻进速度；本发明可直接安装在旋转钻井或定向钻井总成中钻头的上方；能给钻头施加小幅高频轴向冲击波，对钻头产生高效破岩冲击，从而大大降低钻头的粘滑现象，提高机械钻速10％左右，延长钻井寿命，降低钻进成本。本发明的长度短，对底部钻井组合的影响很小，可以在旋转钻井、顶驱—泥浆马达复合钻井、定向钻井以及旋转导向钻井中应用；针对硬或研磨性地层中因钻头瞬时破岩能量不足导致粘滑振动或卡钻现象，以及为了提高钻头钻进效率和寿命，减少起下钻和降低钻进成本。本发明的动力来源于钻井液驱动液压马达，结构简单，长度短，有利于在造斜作业和弯曲井眼中应用；可以给钻头施加一种低幅高频的轴向冲击力，从而大大降低钻头的粘滑现象，大幅提高机械钻速；通过给钻头周期性的提供轴向冲击力，可以稳定从近钻头钻柱短节传递给钻头的扭矩，降低卡钻致使钻头失效的可能性，减少起下钻和操作费用至少8％，经济效益好；使用磁力技术，能量损耗少，易损件少。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1是本发明实施例提供的新型钻井提速磁激励器结构示意图。
图2是本发明实施例提供的剖视图。
图3是本发明实施例提供的新型钻井提速磁激励器A-A截面图。
图中：1、上接头；2、筒体；3、转子；4、定子；5、上密封块；6、旋转套管；7、下密封块；8、下接头；9、转子；10、螺钉；11、传动轴；12、圆弧形永磁铁；13、砧子；14、冲击套管；15、钢球；16、导流孔；17、密封圈；18、密封圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1-图3所示，本发明实施例的新型钻井提速磁激励器主要包括：上接头1、筒体2、转子3、定子4、上密封块5、旋转套管6、下密封块7、下接头8、转子9、螺钉10、传动轴11、圆弧形永磁铁12、砧子13、冲击套管14、钢球15、导流孔16、密封圈17、密封圈18。
上接头1和筒体2用螺纹连接，焊接加固，筒体2上端的上接头1用于连接其它工具；转子3是花键状中空的，转子3与传动轴11用花键连接并用定位销固定；定子4是圆形中空的，传动轴11在定子4的中间空隙中穿过，定子4用螺钉10固定在筒体2上；转子3与定子4之间安置钢球13配合组成泥浆马达，泥浆马达由钻井液驱动，提供动力驱动旋转套管6转动；传动轴11下端与磁力冲击结构的旋转套管6连接；旋转套管6上端有四个导流孔16，导流孔16为钻井液的流通通道；圆弧形永磁铁12用螺钉固定在旋转套管6上；为方便圆弧形永磁铁12的装配，冲击套管14被分割为若干部分，各部分之间用螺钉固定，圆弧形永磁铁12用螺钉固定在冲击套管14内壁；旋转套管6与冲击套管14之间用上密封5和下密封块7密封；上密封块5与旋转套管6用螺纹连接，上密封块5与冲击套管12之间的凹槽内安装密封圈17；下密封块7与旋转套管6用螺纹连接，下密封块7与冲击套管14之间的凹槽内安装密封圈18；砧子13与旋转套管6用螺纹连接；下接头8连接PDC钻头或其它工具。
冲击套管14与筒体2之间用键槽限定冲击套管14自由度，冲击套管14只能在轴向上下窜动；旋转套管6和冲击套管14上各有三对120°圆弧形永磁铁12，每对圆弧形永磁铁12形成两个60°环空间隙；当冲击套管14处于最上端限位时，冲击套管14与旋转套管6上各自附着的圆弧形永磁铁12之间有2mm间隙；当冲击套管14处于最下端限位时，冲击套管14与旋转套管6上各自附着的圆弧形永磁铁12之间有1mm间隙。
下面结合附图对本发明的工作原理作详细的描述。
工作时，马达转子3转动，由扣合的花键带动与旋转套管6相连的传动轴11旋转；钻井液由导流孔16流经旋转套管6内部直接到达钻头；附着于旋转套管6上的圆弧形永磁铁12随旋转套管6转动时，与冲击套管14上的圆弧形永磁铁12对齐后会在异极相吸的作用下，使冲击套管向一侧窜动，当旋转套管6旋转180°后，旋转套管6与冲击套管14上的圆弧形永磁铁12再次对齐，同时再同极相斥的作用下会使冲击套管14向另一侧窜动，这样在钻井液的驱动下，冲击套管14上下窜动时是反复敲击旋转套管上螺纹固接的密封块，然后带动砧子13做冲击运动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述新型钻井提速磁激励器的使用方法为马达转子转动，由扣合的花键带动与旋转套管相连的传动轴旋转；钻井液由导流孔流经旋转套管内部直接到达钻头；附着于旋转套管上的圆弧形永磁铁随旋转套管转动时，与冲击套管上的圆弧形永磁铁对齐后会在异极相吸的作用下，使冲击套管向一侧窜动，当旋转套管旋转180°后，旋转套管与冲击套管上的圆弧形永磁铁再次对齐，同时再同极相斥的作用下会使冲击套管向另一侧窜动，在钻井液的驱动下，冲击套管有规律的上下窜动时是反复敲击旋转套管上螺纹固接的密封块，然后带动砧子做冲击运动；
所述新型钻井提速磁激励器的上端设置有上接头，所述上接头和筒体用螺纹连接，焊接加固；转子与传动轴用花键连接并用定位销固定，传动轴在定子的中间空隙中穿过，定子固定在筒体上；转子与定子之间安置钢球配合组成泥浆马达，提供动力驱动旋转套管转动；
所述传动轴下端与磁力冲击结构的旋转套管连接，旋转套管上端有四个导流孔，圆弧形永磁铁固定在旋转套管上，冲击套管被分割为若干部分，各部分之间用螺钉固定，圆弧形永磁铁固定在冲击套管内壁；旋转套管与冲击套管之间用上密封块和下密封块密封；上密封块与旋转套管用螺纹连接，上密封块与旋转套管之间的凹槽内安装密封圈；下密封块与旋转套管用螺纹连接，下密封块与旋转套管之间的凹槽内安装密封圈；砧子与旋转套管用螺纹连接；
所述筒体用键槽限定冲击套管自由度，旋转套管和冲击套管上各有三对永磁铁。
2.如权利要求1所述的新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述转子是花键状中空的；定子是圆形中空。
3.如权利要求1所述的新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述圆弧形永磁铁用螺钉固定在旋转套管上。
4.如权利要求1所述的新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述圆弧形永磁铁用螺钉固定在冲击套管内壁。
5.如权利要求1所述的新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述新型钻井提速磁激励器的下端设置有连接PDC钻头或其它工具的下接头。
6.如权利要求1所述的新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述旋转套管和冲击套管上各有三对120°圆弧形永磁铁，每对圆弧形永磁铁形成两个60°环空间隙。
7.如权利要求1所述的新型钻井提速磁激励器的使用方法，其特征在于，所述冲击套管与旋转套管上各自附着的圆弧形永磁铁之间有2mm间隙。
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