CN107165574A - 一种冲锤式冲击螺杆钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻井工程中提供井下钻井动力用的冲锤式冲击螺杆钻具。它满足旋冲钻井的工艺需求。其技术特征是：定子壳体上端和上接头下端丝扣连接，定子壳体下端和万向壳体上端丝扣连接；橡胶定子硫化固定在定子壳体内腔，螺杆转子置入橡胶定子内腔；万向轴上端和螺杆转子下端丝扣连接，万向轴下端和配流筒上端丝扣连接；冲锤置入配流筒内腔盲孔内；导流筒上端和万向壳体下端丝扣连接，导流筒下端和输出壳体上端丝扣连接；输出轴上端和配流筒下端丝扣连接；串轴承安装在输出轴外圆中部台阶面上。本发明在提供破岩扭矩的同时提供连续轴向冲击力，提高破岩效率，机械磨损小，寿命高，克服了现有旋冲螺杆钻具的缺陷。

Description

一种冲锤式冲击螺杆钻具
技术领域
本发明涉及一种钻井工程中提供井下钻井动力用的冲锤式冲击螺杆钻具。
背景技术
在石油天然气行业，钻井工程渗透于油气藏勘探、开发等重要环节，其风险高、投入大、技术难。近年来，随着大位移井和水平井的快速发展，井下动力钻具应用广泛。井下动力钻井在众多领域替代了转盘钻井，井下动力钻井的原理在于在井下钻柱前端利用井下动力钻具提供钻井动力，井下动力钻具以上的钻柱在钻井过程中并不旋转，大大减小了钻柱和井眼的摩擦，节约了钻井功率，延长了钻柱寿命，同时也大大提高了钻井效率。
目前国内外使用的井下动力钻具主要有螺杆钻具，涡轮钻具和电动井下钻具，其中又以螺杆钻具应用最为广泛。国内外对螺杆钻具的研究取得了丰硕的成果，螺杆钻具已经得到非常成熟的应用。然而传统螺杆钻具仅仅提供旋转扭矩，对于盐膏层等高压高强地质的钻进效率并不理想，在此基础上，国内外学者提出了旋冲钻井的方法，即在旋转钻井的同时施加冲击轴向力，提高破岩效率。目前提出采用该钻井方式的代表性工具为CN201410298462.6一种旋冲螺杆钻具，其利用凸轮原理产生轴向冲击载荷，然而该方式凸轮和滚轮连续摩擦并周期性发生刚性冲击，而凸轮和滚轮为线接触，接触面积小，接触应力大，使得凸轮和滚轮磨损严重，使用寿命不高。
基于上述技术背景，本发明特提供一种冲锤式冲击螺杆钻具，采用冲锤连续冲击的方式产生轴向冲击力，其冲击接触面为面接触，受力良好，使用寿命长。
发明内容
本发明的目的是：为了满足旋冲钻井的工艺需求，特提供一种冲锤式冲击螺杆钻具。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种冲锤式冲击螺杆钻具，是由上接头、定子壳体、橡胶定子、螺杆转子、万向轴、万向壳体、配流筒、导流筒、冲锤、输出轴、输出壳体、串轴承和防掉帽构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴下端和钻头丝扣连接；定子壳体上端和上接头下端丝扣连接，定子壳体下端和万向壳体上端丝扣连接；橡胶定子硫化固定在定子壳体内腔，螺杆转子置入橡胶定子内腔；万向轴上端和螺杆转子下端丝扣连接，万向轴下端和配流筒上端丝扣连接；配流筒内腔设置为盲孔，配流筒上部设置一上配流道连通配流筒盲孔和外圆，上配流道由一径向通孔和一半圆弧槽构成，配流筒下部设置一下配流道连通配流筒盲孔和外圆，下配流道由一径向通孔和一半圆弧槽构成，配流筒的上配流道和下配流道周向相位相差90°；冲锤置入配流筒内腔盲孔内，冲锤两端外圆设置为台阶轴；导流筒上端和万向壳体下端丝扣连接，导流筒下端和输出壳体上端丝扣连接；导流筒内腔中部设置为台阶孔，导流筒设置一上进液流道连通导流筒内腔台阶孔上端面和台阶孔内孔面上部，导流筒设置一上出液流道连通导流筒内腔台阶孔下端面和台阶孔内孔面上部，导流筒设置一下进液流道连通导流筒内腔台阶孔上端面和台阶孔内孔面下部，导流筒设置一下出液流道连通导流筒内腔台阶孔下端面和台阶孔内孔面下部，上进液流道和上出液流道在圆周上呈180°分布，下进液流道和下出液流道在圆周上呈180°分布，上进液流道和下进液流道周向相位相差90°；输出轴上端和配流筒下端丝扣连接；输出轴外圆中部设置一圈台阶面，输出轴上部周向均匀设置三个斜孔连通内外腔空间；串轴承安装在输出轴外圆中部台阶面上；防掉帽和输出壳体下端丝扣连接。
安装完成后，配流筒的上配流道和导流筒的上进液流道和上出液流道轴向上对齐，配流筒的下配流道和导流筒的下进液流道和下出液流道轴向上对齐。
本发明的有益效果是：(1)本发明在提供破岩扭矩的同时提供连续轴向冲击力，提高破岩效率；(2)本发明利用利用钻井液控制冲锤往复冲击，机械磨损小，寿命高；(3)本发明为纯机械结构，工作可靠，适应井下复杂工况。
附图说明
图1是本发明一种冲锤式冲击螺杆钻具的结构示意图；
图2是图1A-A截面剖视图；
图3是图1B-B截面剖视图；
图4是图3C-C截面剖视图；
图5是配流筒的三维结构示意图；
图中：1.上接头、2.定子壳体、3.橡胶定子、4.螺杆定子、5.万向轴、6.万向壳体、7.配流筒、8.导流筒、9.冲锤、10.输出轴、11.输出壳体、12.串轴承、13.防掉帽、71.上配流道、72.下配流道、81.上进液流道、82.上出液流道、83.下进液流道、84.下出液流道。
具体实施方式
如图1和图4所示，本发明一种冲锤式冲击螺杆钻具，是由上接头1、定子壳体2、橡胶定子3、螺杆转子4、万向轴5、万向壳体6、配流筒7、导流筒8、冲锤9、输出轴10、输出壳体11、串轴承12和防掉帽13构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴10下端和钻头丝扣连接；定子壳体2上端和上接头1下端丝扣连接，定子壳体2下端和万向壳体6上端丝扣连接；橡胶定子3硫化固定在定子壳体2内腔，螺杆转子4置入橡胶定子3内腔；万向轴5上端和螺杆转子4下端丝扣连接，万向轴5下端和配流筒7上端丝扣连接；冲锤9置入配流筒7内腔盲孔内，冲锤9两端外圆设置为台阶轴；导流筒8上端和万向壳体6下端丝扣连接，导流筒8下端和输出壳体11上端丝扣连接；输出轴10上端和配流筒7下端丝扣连接；输出轴10外圆中部设置一圈台阶面，输出轴10上部周向均匀设置三个斜孔连通内外腔空间；串轴承12安装在输出轴10外圆中部台阶面上；防掉帽13和输出壳体11下端丝扣连接。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，配流筒7内腔设置为盲孔，配流筒7上部设置一上配流道71连通配流筒7盲孔和外圆，上配流道71由一径向通孔和一半圆弧槽构成，配流筒7下部设置一下配流道72连通配流筒7盲孔和外圆，下配流道72由一径向通孔和一半圆弧槽构成，配流筒7的上配流道71和下配流道72周向相位相差90°；导流筒8内腔中部设置为台阶孔，导流筒8设置一上进液流道81连通导流筒8内腔台阶孔上端面和台阶孔内孔面上部，导流筒8设置一上出液流道82连通导流筒8内腔台阶孔下端面和台阶孔内孔面上部，导流筒8设置一下进液流道83连通导流筒8内腔台阶孔上端面和台阶孔内孔面下部，导流筒8设置一下出液流道84连通导流筒8内腔台阶孔下端面和台阶孔内孔面下部，上进液流道81和上出液流道82在圆周上呈180°分布，下进液流道83和下出液流道84在圆周上呈180°分布，上进液流道81和下进液流道83周向相位相差90°；安装完成后，配流筒7的上配流道71和导流筒8的上进液流道81和上出液流道82轴向上对齐，配流筒7的下配流道72和导流筒8的下进液流道83和下出液流道84轴向上对齐。
本发明一种冲锤式冲击螺杆钻具的工作原理是：下入本发明至井底，开泵循环钻井液，螺杆转子4驱动万向轴5、配流筒7和输出轴10旋转提供破岩扭矩；同时配流筒7在旋转过程中，上配流道71交替和上进液流道81、上出液流道82连通，下配流道72和下进液流道83、下出液流道84连通；上配流道71和上进液流道81连通的时候，保证下配流道72和下出液流道84连通；上配流道71和上出液流道82连通的时候，保证下配流道72和下进液流道83连通；在此过程中，冲锤9在钻井液作用下往复轴向运动，冲锤9下击时冲击输出轴10，输出轴10将此冲击力传递给钻头，达到旋冲钻井的效果，提高钻井效率，防止粘滑、卡钻等现象的发生。

Claims (2)

1.一种冲锤式冲击螺杆钻具，是由上接头(1)、定子壳体(2)、橡胶定子(3)、螺杆转子(4)、万向轴(5)、万向壳体(6)、配流筒(7)、导流筒(8)、冲锤(9)、输出轴(10)、输出壳体(11)、串轴承(12)和防掉帽(13)构成；其特征在于：上接头(1)上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴(10)下端和钻头丝扣连接；定子壳体(2)上端和上接头(1)下端丝扣连接，定子壳体(2)下端和万向壳体(6)上端丝扣连接；橡胶定子(3)硫化固定在定子壳体(2)内腔，螺杆转子(4)置入橡胶定子(3)内腔；万向轴(5)上端和螺杆转子(4)下端丝扣连接，万向轴(5)下端和配流筒(7)上端丝扣连接；配流筒(7)内腔设置为盲孔，配流筒(7)上部设置一上配流道(71)连通配流筒(7)盲孔和外圆，上配流道(71)由一径向通孔和一半圆弧槽构成，配流筒(7)下部设置一下配流道(72)连通配流筒(7)盲孔和外圆，下配流道(72)由一径向通孔和一半圆弧槽构成，配流筒(7)的上配流道(71)和下配流道(72)周向相位相差90°；冲锤(9)置入配流筒(7)内腔盲孔内，冲锤(9)两端外圆设置为台阶轴；导流筒(8)上端和万向壳体(6)下端丝扣连接，导流筒(8)下端和输出壳体(11)上端丝扣连接；导流筒(8)内腔中部设置为台阶孔，导流筒(8)设置一上进液流道(81)连通导流筒(8)内腔台阶孔上端面和台阶孔内孔面上部，导流筒(8)设置一上出液流道(82)连通导流筒(8)内腔台阶孔下端面和台阶孔内孔面上部，导流筒(8)设置一下进液流道(83)连通导流筒(8)内腔台阶孔上端面和台阶孔内孔面下部，导流筒(8)设置一下出液流道(84)连通导流筒(8)内腔台阶孔下端面和台阶孔内孔面下部，上进液流道(81)和上出液流道(82)在圆周上呈180°分布，下进液流道(83)和下出液流道(84)在圆周上呈180°分布，上进液流道(81)和下进液流道(83)周向相位相差90°；输出轴(10)上端和配流筒(7)下端丝扣连接；输出轴(10)外圆中部设置一圈台阶面，输出轴(10)上部周向均匀设置三个斜孔连通内外腔空间；串轴承(12)安装在输出轴(10)外圆中部台阶面上；防掉帽(13)和输出壳体(11)下端丝扣连接。
2.根据权利要求1所述的冲锤式冲击螺杆钻具，其特征是：所述配流筒(7)的上配流道(71)和导流筒(8)的上进液流道(81)和上出液流道(82)轴向上对齐，配流筒(7)的下配流道(72)和导流筒(8)的下进液流道(83)和下出液流道(84)轴向上对齐。
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