CN108798502A - 螺杆式复合冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺杆式复合冲击器，包括动力总成、万向轴总成和冲击总成。由动力总成的螺杆将液体能转化为旋转的机械能，从而通过万向轴总成带动冲击总成的锤头旋转，锤头的螺旋斜面与锤座的螺旋斜面发生碰撞产生冲击力，碰撞的冲击力可以得到轴向冲击和周向冲击，并通过接头传递到钻柱系统和钻头，并作用于钻头，提高钻头的破岩效率，并消除钻井工具在井底的粘滑现象，防止卡钻，保护了钻头。螺杆式复合冲击器在钻井液的驱动下使锤头与锤座发生碰撞，产生轴向和周向两种冲击效果，能有效提高钻井效率。

Description

螺杆式复合冲击器

技术领域

本发明是关于一种用于石油钻井的井下工具，尤其涉及一种螺杆式复合冲击器。

背景技术

在石油常规钻井中，PDC钻头得到广泛的应用，在现场操作时，经常会因为司钻技术、经验问题以至于送钻不及时或送钻过快，或是因为井壁摩阻问题，造成施加给钻头的钻压不稳定，影响破岩效率，甚至有可能因为钻压突然增大而损坏钻头、崩裂钻头的切削齿等，影响钻进速度。另一方面PDC钻头在钻硬或研磨性地层时，通常没有足够的扭矩来破碎岩石，从而产生卡钻的现象，井下钻杆扭力释放导致钻头失效。油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低。

国内外已尝试了多种工具，取得了一定的提速效果，其中高频扭转冲击类工具占提速工具的主导地位，该类工具可以给钻头附加高频扭转冲击力，辅助钻头破岩，降低钻柱的粘滑现象，提高机械钻速；近年来也涌现出了轴向冲击类型的提速工具，该类工具可以大幅度提高钻头的岩石吃入深度，增加破岩效率，具有操作简单、提速效果好等特点。因此，有必要研发一种能够通过钻井液提供的动力，既可以提供轴向冲击，也可以提供周向冲击的复合双作用冲击器，同时具有两者的优点，辅助钻头破岩，保护钻头，延长钻头使用寿命，提高钻进速度。

发明内容

为了解决钻井过程中的钻头卡钻、破岩效率不高和钻柱的粘滑现象，提出了一种螺杆式复合冲击器，以克服现有技术的缺陷，提高钻进速度。该工具同时具有轴向冲击和周向冲击，能有效保护钻头，降低成本，增加钻井效率。

本发明的技术方案是：螺杆式复合冲击器由动力总成、万向轴总成和冲击总成组成，动力总成前端依次连接万向轴总成和冲击总成；所述的动力总成包括上接头、防掉锁母、防掉连杆、定子壳体、橡胶衬套和螺杆，橡胶衬套安装在定子壳体内部组成螺杆定子，螺杆和橡胶衬套相互齿合，在钻井液的驱动下带动螺杆旋转，上接头通过螺纹与定子壳体连接，防掉连杆前端连接防掉锁母，后端连接螺杆；所述的万向轴总成由上活绞、球座、传动球、压圈、承压球、锁紧套、万向轴壳体、喉箍、连杆、密封套、垫圈和下活绞组成；所述的冲击总成包括上轴承动圈、传动轴、上轴承静圈、轴承壳体、串轴承、半圆键、下轴承动套、套筒、导向套、冲击壳体、卡环、下传动轴、压盘、筛盘、浮动活塞、弹簧、螺帽、锤头、锤座、防掉螺帽、螺栓和定位块，传动轴连接在下活绞前端，轴承壳体后端连接万向轴壳体，前端连接冲击壳体，在传动轴上从后到前依次安装上轴承动圈、上轴承静圈、串轴承和下轴承动套，在下活绞和上轴承动圈之间安装有垫圈，半圆键安装在轴承壳体和上轴承静圈的键槽处，下传动轴通过螺纹连接的方式连接在传动轴的前端，在下传动轴上从后到前依次安装导向套、弹簧、压盘、锤头、浮动活塞和防掉螺帽，卡环和筛盘组合安装在冲击壳体圆周上，锤座通过定位块固定在冲击壳体上，螺帽和螺栓将定位块固定在冲击壳体上，锤头和下传动轴是花键连接，锤头在下传动轴旋转带动下与锤座发生碰撞，产生轴向和周向冲击力，并通过接头将轴向和周向冲击力传递到钻头，消除粘滑现象，防止卡钻，提高破岩效率。

上述方案中所述的螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的锤头和锤座的碰撞面为螺旋面，螺旋面保证碰撞为面与面，碰撞完成以面接触滑动，延长锤头和锤座的使用寿命；所述的锤头和锤座发生碰撞的区域需要注入润滑油，由于锤头的运动，使碰撞腔的空间体积会发生改变，需要采用浮动活塞密封，并用防掉螺帽限制浮动活塞的运动空间。

上述方案中所述的螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的锤座是通过三个定位块安装在冲击壳体上，定位块限制锤座的轴向，并传递轴向冲击，锤头和锤座的周向缺口是限制周向，并传递周向冲击；所述的卡环和筛盘组成旁通系统，安装在弹簧工作区域，用以防止形成密闭空间弹簧不能被压缩，并防止进入大的颗粒。

本发明的有益效果是：(1)该工具设计合理，性能可靠，产生周向冲击的同时，还可产生轴向振动冲击，从而有效保护钻头，消除钻头的粘滑和卡钻现象，提高机械钻速；(2)该工具适应性强，不仅可应用于深层直井，还可配合螺杆钻具及定向仪器应用于定向井和水平井中；(3)解决了钻井过程中井下钻具容易造成的遇阻或遇卡的难题；(4)操作简单、寿命长、提速效果好等优点，配合PDC 钻头使用可有效提高深井硬地层机械钻速。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的冲击总成结构示意图。

图3是本发明图2中的A-A截面图。

图4是本发明图2中的B-B截面图。

图5是本发明图2中的C-C截面图。

图6是本发明图2中的D-D截面图。

图7是本发明图2中的E-E截面图。

图8是锤头结构三维示意图。

图9是锤座结构三维示意图。

图10是锤头和锤座三个运动状态示意图。

图中1.上接头，2.防掉锁母，3.防掉连杆，4.定子壳体，5.橡胶衬套，6. 螺杆，7.上活绞，8.球座，9.传动球，10.压圈，11.承压球，12.锁紧套，13. 万向轴壳体，14.喉箍，15.连杆，16.密封套，17.垫圈，18.下活绞，19.上轴承动圈，20.传动轴，21.上轴承静圈，22.轴承壳体，23.串轴承，24.半圆键，25. 下轴承动套，26.套筒，27.导向套，28.冲击壳体，29.卡环，30.下传动轴，31. 压盘，32.筛盘，33.浮动活塞，34.弹簧，35.螺帽，36.锤头，37.锤座，38.防掉螺帽，39.螺栓，40.定位块。

Claims (5)

1.螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的螺杆式复合冲击器由动力总成、万向轴总成和冲击总成组成，动力总成前端依次连接万向轴总成和冲击总成；所述的动力总成包括上接头（1）、防掉锁母（2）、防掉连杆（3）、定子壳体（4）、橡胶衬套（5）和螺杆（6），橡胶衬套（5）安装在定子壳体（4）内部组成螺杆定子，螺杆（6）和橡胶衬套（5）相互齿合，在钻井液的驱动下带动螺杆（6）旋转，上接头（1）通过螺纹与定子壳体（4）连接，防掉连杆（3）前端连接防掉锁母（2），后端连接螺杆（6）；所述的万向轴总成由上活绞（7）、球座（8）、传动球（9）、压圈（10）、承压球（11）、锁紧套（12）、万向轴壳体（13）、喉箍（14）、连杆（15）、密封套（16）、垫圈（17）和下活绞（18）组成；所述的冲击总成包括上轴承动圈（19）、传动轴（20）、上轴承静圈（21）、轴承壳体（22）、串轴承（23）、半圆键（24）、下轴承动套（25）、套筒（26）、导向套（27）、冲击壳体（28）、卡环（29）、下传动轴（30）、压盘（31）、筛盘（32）、浮动活塞（33）、弹簧（34）、螺帽（35）、锤头（36）、锤座（37）、防掉螺帽（38）、螺栓（39）和定位块（40），传动轴（20）连接在下活绞（18）前端，轴承壳体（22）后端连接万向轴壳体（13），前端连接冲击壳体（28），在传动轴（20）上从后到前依次安装上轴承动圈（19）、上轴承静圈（21）、串轴承（23）和下轴承动套（25），在下活绞（18）和上轴承动圈（19）之间安装有垫圈（17），半圆键（24）安装在轴承壳体（22）和上轴承静圈（21）的键槽处，下传动轴（30）通过螺纹连接的方式连接在传动轴（20）的前端，在下传动轴（30）上从后到前依次安装导向套（27）、弹簧（34）、压盘（31）、锤头（36）、浮动活塞（33）和防掉螺帽（38），卡环（29）和筛盘（32）组合安装在冲击壳体（28）圆周上，锤座（37）通过定位块（40）固定在冲击壳体（28）上，螺帽（35）和螺栓（39）将定位块（40）固定在冲击壳体（28）上，锤头（36）和下传动轴（30）是花键连接，锤头（36）在下传动轴（30）旋转带动下与锤座（37）发生碰撞，产生轴向和周向冲击力，并通过接头将轴向和周向冲击力传递到钻头，消除粘滑现象，防止卡钻，提高破岩效率。

2.根据权利要求1所述的螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的锤头（36）和锤座（37）的碰撞面为螺旋面，螺旋面保证碰撞为面与面，碰撞完成以面接触滑动，延长锤头（36）和锤座（37）的使用寿命。

3.根据权利要求1所述的螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的锤头（36）和锤座（37）发生碰撞的区域需要注入润滑油，由于锤头（36）的运动，使碰撞腔的空间体积会发生改变，需要采用浮动活塞（33）密封，并用防掉螺帽（38）限制浮动活塞（33）的运动空间。

4.根据权利要求1所述的螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的锤座（37）是通过三个定位块（40）安装在冲击壳体（28）上，定位块（40）限制锤座（37）的轴向，并传递轴向冲击，锤头（36）和锤座（37）的周向缺口是限制周向，并传递周向冲击。

5.根据权利要求1所述的螺杆式复合冲击器，其特征在于：所述的卡环（29）和筛盘（32）组成旁通系统，安装在弹簧（34）工作区域，用以防止形成密闭空间弹簧（34）不能被压缩，并防止进入大的颗粒。