CN108843236A - 扭力脉冲增压螺杆钻具 - Google Patents

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韩文全
罗绪良
黄玉明
刘海宁
王军利
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02—Fluid rotary type drives

Abstract

本发明属于石油钻具技术领域，特别涉及一种扭力脉冲增压螺杆钻具。包括扭力脉冲接头、静阀盘总成、动阀盘总成、一体式导流防掉连杆、调整接头和马达组件；所述静阀盘总成一端与扭力脉冲接头轴肩固定，另一端与动阀盘总成相顶持，所述动阀盘总成与一体式导流防掉连杆固定连接，一体式导流防掉连杆与调整接头固定链接，所述调整接头与马达组件偏心连接，所述马达组件与扭力脉冲接头相连，当一体式导流防掉杆上的动阀总成随转子旋转时，静阀总成与动阀总成孔不断相错或重合，使得流经螺杆钻具的钻井液的过流面积发生周期性的变化，进而在马达进口产生压力脉冲，使得螺杆钻具的输出扭矩得到提升。

Description

扭力脉冲增压螺杆钻具
技术领域
发明属于石油钻具技术领域，特别涉及一种扭力脉冲增压螺杆钻具。
背景技术
螺杆钻具是以钻井液(或压缩气体)为动力源的井下动力钻具，是一种容积式马达。泥浆泵输出的钻井液或压缩机输出的压缩气体从钻柱进入螺杆钻具马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将扭矩和转速通过万向轴与传动轴传递给钻头破岩钻进，从而实现钻井作业。立林螺杆钻具主要由旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成五大部分组成。当前钻井参数的不断强化，钻压、排量的不断提升(国外叫激进钻井)，对螺杆钻具的输出性能要求越来越高。
尽管国内外已经推出高性能螺杆钻具与等壁厚螺杆钻具来满足钻井市场的需求，但再次提升螺杆钻具的输出性能已经达到瓶颈。当下国内外能源勘探公司，在不断的强化钻井参数，急需要输出性能更高的螺杆钻具，来配合各勘探公司激进钻井，实现钻井再次提速、增效、降本的更高目标。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种扭力脉冲增压螺杆钻具，具体技术方案如下：
一种扭力脉冲增压螺杆钻具，包括扭力脉冲接头、静阀盘总成、动阀盘总成、一体式导流防掉连杆、调整接头和马达组件；所述静阀盘总成一端与扭力脉冲接头轴肩固定，另一端与动阀盘总成相顶持，所述动阀盘总成与一体式导流防掉连杆固定连接，一体式导流防掉连杆与调整接头固定链接，所述调整接头与马达组件偏心连接，所述马达组件与扭力脉冲接头相连；
所述静阀盘总成由静阀盘对称设置，所述静阀盘上设有若干脉冲孔；
所述动阀盘总成包括动盘阀和动阀座，所述动盘阀一端与静盘阀相顶持，另一端与动阀座连接，所述动阀座与一体式导流防掉连杆相连；
所述动阀盘总成、一体式导流防掉连杆、调整接头的中心均设有导流孔，所述各导流孔沿同一轴线连通；
优选地，所述静阀盘总成还包括定位销和O型密封圈；所述对称安装的静盘阀通过所述定位销轴向定位，所述O型密封圈安装在所述静盘阀侧面。
优选地，所述马达组件包括定子和转子；所述定子通过放掉锁环与扭力脉冲接头固定链接，所述转子与所述调整接头偏心连接，所述转子与调整接头的连接处开设导流孔。
本发明的有益效果在于：当一体式导流防掉杆上的动阀总成随转子旋转时，由于转子与所述调整接偏心连接，静阀总成与动阀总成孔不断相错或重合，使得流经螺杆钻具的钻井液的过流面积发生周期性的变化，进而在马达进口产生压力脉冲，使得螺杆钻具的输出扭矩得到提升；同时1.扭力脉冲增压螺杆具有一体式导流的防掉装置，能有效提升井下施工安全系数与保护钻井设备的功效。2.扭力脉冲增压螺杆钻具不会造成泵压升高，对泥浆泵及管线没有影响。3.扭力脉冲螺杆钻具脉冲压力调整方便，过流孔径可以通过调整动静阀孔来调整脉冲压力。4.动阀盘和静阀盘采用特殊硬质合金加工而成，抗冲着能力强，耐磨效果好。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明部分结构装配爆炸图。
具体实施方式
结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式
一种扭力脉冲增压螺杆钻具，包括扭力脉冲接头1、静阀盘总成、动阀盘总成、一体式导流防掉连杆7、调整接头9和马达组件；所述静阀盘总成一端与扭力脉冲接头轴肩固定，另一端与动阀盘总成相顶持，所述动阀盘总成与一体式导流防掉连杆7固定连接，一体式导流防掉连杆7与调整接头9固定链接，所述调整接头与马达组件偏心连接，所述马达组件与扭力脉冲接头相连；
所述静阀盘总成上对称设有若干脉冲孔4，所述依次相连的动阀盘总成、一体式导流防掉连杆、调整接头的中心均设有导流孔13，且各导流孔沿同一轴线连通。
所述静阀盘总成包括静盘阀2、定位销3和O型密封圈12；所述静盘阀2对称安装，并通过所述定位销3轴向定位，所述O型密封圈12安装在所述静盘阀2侧面。
所述动阀盘总成包括动盘阀5和动阀座6，所述动盘阀5一端与静盘阀2相顶持，另一端与动阀座6连接，所述动阀座与一体式导流防掉连杆7相连。
所述马达组件包括定子10和转子11；所述定子10通过放掉锁环8与扭力脉冲接头1固定链接，所述转子11与所述调整接头9偏心连接，所述转子与调整接头的连接处开设导流孔13。
安装与运行过程：
将静阀盘总成装入扭力脉冲接头中；将动阀盘热装入动阀座内(动阀盘与动阀座称动阀盘总成)；将动阀盘总成与一体式导流防掉连杆、调整接头相连接装入扭力脉冲接头内，将防掉锁环与扭力脉冲接头相连接，将转子装入定子内，转子与调整接头相连接；将扭力脉冲接头与定子相连接；所述扭力脉冲接头内有静阀盘总成，静阀盘总成上设有导流孔与脉冲孔，所述的动阀总成内有脉冲孔，所述的一体式导流防掉连杆上有导流装置与脉冲孔；所述马达组件的转子内有导流孔，在一体式导流防掉连杆上端设有动阀座总成，动阀座总成上设有供钻井液流过的脉冲孔；所述的扭力脉冲接头内装静阀总成，静阀总成由动阀总成顶住，静阀总成与动阀总成阀孔位置相对，由马达的偏心决定。当泥浆泵的高压钻井液流经扭力脉冲接头进入马达组件时，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴组件传递给传动轴组件再传递给钻头破岩钻进。当一体式导流防掉杆上的动阀总成随转子旋转时，静阀总成与动阀总成孔不断相错或重合，使得流经螺杆钻具的钻井液的过流面积发生周期性的变化，进而在马达进口产生压力脉冲，使得螺杆钻具的输出扭矩得到提升，输出扭矩增加多少由动阀总成与静阀盘总成的过流面积决定。
扭力脉冲增压螺杆钻具工作原理：
扭力脉冲增压螺杆钻具是水力振荡器工作原理的逆应用，通过利用螺杆钻具马达转子的运动轨迹，由于转子的转动带动一体式导流防掉连杆与动阀盘总成转动导致两个阀盘相错和重合，相错和重合就导致马达进口的压力发生变化，周期性相对运动造成螺杆钻具马达进口压力增加，实现泥浆脉冲增压、增扭矩的效果。
水力工作原理：
水力振荡器的动力部分是有一个2:1的金属马达组成，马达转子的下端固定一个盘阀所以流体通过动力部分时驱动转子转动，由于马达的特性末端在一个平面上往复运动称之为动阀。
与动力部分连接的是一体式动阀，主要部件就是一个一体式动阀和一体式静阀紧密配合，由于转子的转动导致两个阀片相错和重合，相错和重合就导致上流的压力发生变化，周期性相对运动造成流体流经工具的截面积(最大值和最小值)周期性的变化。
本发明的结构优势
1.扭力脉冲增压螺杆具有一体式导流的防掉装置，能有效提升井下施工安全系数与保护钻井设备的功效。
2.扭力脉冲增压螺杆钻具不会造成泵压升高，对泥浆泵及管线没有影响。
3.扭力脉冲螺杆钻具脉冲压力调整方便，过流孔径可以通过调整动静阀孔来调整脉冲压力。
4.动阀盘和静阀盘采用特殊硬质合金加工而成，抗冲着能力强，耐磨效果好。通过以上结构优势，扭力脉冲螺杆钻具具有：使用安全、工作高效、性能稳定、整体长寿命、便于推广等显著特点；
扭力脉冲增压螺杆钻具技术优势：
1.有效提高螺杆钻具的抗过载能力，依靠脉冲增压来实现螺杆钻具马达增扭效果，螺杆钻具抗过载能力更强；降低了憋停螺杆马达等情况。
2.有效提高机械钻速，配合PDC钻头，在大钻压、大排量下钻进时效果明显；
3.螺杆钻具输出扭矩提高20％-30％；
4.优异的整机输出性能，平稳的转速保持率，不会因为钻压的增加，造成螺杆转速下降；
5.扭力脉冲接头与常规的螺杆钻具相兼容、可互换。
6.扭力脉冲增压螺杆具有导流式防掉效果，在扭力脉冲接头下部壳体发生断裂后，能起到防掉效果，只会造成钻井设备管线压力上升(便于钻井司钻判断)，不会憋停泥浆泵，这样以保护钻井设备也起倒了防掉功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围以上所述仅是本发明的优选实施方式。

Claims (3)

1.一种扭力脉冲增压螺杆钻具，其特征在于，包括扭力脉冲接头、静阀盘总成、动阀盘总成、一体式导流防掉连杆、调整接头和马达组件；所述静阀盘总成一端与扭力脉冲接头轴肩固定，另一端与动阀盘总成相顶持，所述动阀盘总成与一体式导流防掉连杆固定连接，一体式导流防掉连杆与调整接头固定链接，所述调整接头与马达组件偏心连接，所述马达组件与扭力脉冲接头相连；
所述静阀盘总成由静阀盘对称设置，所述静阀盘上设有若干脉冲孔；
所述动阀盘总成包括动盘阀和动阀座，所述动盘阀一端与静盘阀相顶持，另一端与动阀座连接，所述动阀座与一体式导流防掉连杆相连；
所述动阀盘总成、一体式导流防掉连杆、调整接头的中心均设有导流孔，所述各导流孔沿同一轴线连通。
2.根据权利要求1所述的扭力脉冲增压螺杆钻具，其特征在于，所述静阀盘总成还包括定位销和O型密封圈；所述对称安装的静盘阀通过所述定位销轴向定位，所述O型密封圈安装在所述静盘阀侧面。
3.根据权利要求1所述的扭力脉冲增压螺杆钻具，其特征在于，所述马达组件包括定子和转子；所述定子通过放掉锁环与扭力脉冲接头固定链接，所述转子与所述调整接头偏心连接，所述转子与调整接头的连接处开设导流孔。
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