CN109268419B - 一种钻井提速机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油地质钻井工具领域，尤其是涉及一种钻井提速机构，以缓解现有钻头驱动钻具存在无钻压延伸能力、无法提高钻头破岩能力的技术问题。本发明包括周向缓冲蓄能器、轴向缓冲蓄能器和连接组件；周向缓冲蓄能器通过连接组件与轴向缓冲蓄能器连接；周向缓冲蓄能器包括扭簧组件；扭簧组件一端与连接组件连接，另一端与钻具输出轴或动力组件连接；轴向缓冲蓄能器包括导向芯轴和碟簧组件；导向芯轴安装于钻具输出轴或动力组件；碟簧组件安装于导向芯轴的外圆。本发明能够调节钻头的瞬时转速，使钻头的破岩效能和工作寿命提高，还能够延长钻压力的有效作用距离及钻头和钻具的有效工作时间，并减小钻具的扭矩波动峰值，提高钻井速度和质量。

Description

一种钻井提速机构

技术领域

本发明涉及石油地质钻井工具领域，尤其是涉及一种钻井提速机构。

背景技术

在石油地质钻井中，钻头驱动工具的功能对钻头的钻进速度影响很大，例如：地质导向钻井系统通过提高钻头的有效工作时间使钻头的钻进速度显著提高，阿特拉扭力冲击器在硬地层中通过调节钻头的瞬时转速提高了PDC钻头的破岩深度，也使钻头的钻进速度提高，然而，钻铤及动力钻具作为最普遍使用的常规钻头驱动工具多年来在功能和原理上并没有突破性的改进，致使常规钻井中的钻井提速难题一直延续至今，因钻井周期长引起的钻具疲劳断裂事故以及钻压力传递不当引起的跳钻、蹩钻和墩钻等现象依然普遍存在，其原因主要有以下两点：

第一，钻头驱动钻具钻压延伸能力差。不能弥补断续式送钻过程中刚性钻柱造成的钻压力衰减过快的缺陷，以致钻头的有效工作时间短，无效工作时间长的问题延续至今。

第二，常规钻头驱动钻具无法调节周向缓冲。无法有效解决在硬地层上钻头破岩效果差的问题，也无法克服钻头受到的强力冲击，致使钻遇硬地层时钻头的机械钻速及寿命大幅度降低成为普遍现象。由于油气层多存在于深井段的硬地层之中，因此耗费于较硬地层中的钻井时间和出现的问题及事故要远多于软地层。

另外对于PDC钻头而言，因PDC齿的负前角设置，在钻削过程中地层会对钻头产生一个与钻压力方向相反的力，这种力随钻压力及钻头转速的增加而增加，并抵消一部分钻压力。特别是在硬地层中并以匀转速驱动钻头的钻进过程中，这种力对钻压力的减小作用非常明显，并大大地缩短了钻压力的有效作用距离，极易使钻头产生打滑、跳钻等现象，使钻头的工作寿命和机械钻速大幅度降低。

由此可知，以往的钻头驱动钻具缺乏钻压延伸及周向缓冲调节功能是造成钻头功效低、在硬地层上钻进速度低和钻头寿命短的主要原因，也是制约缩短钻井周期、节能降耗主要因素之一。

因此，现有钻头驱动钻具存在无钻压延伸能力、无法提高钻头破岩能力的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井提速机构，以缓解现有钻头驱动钻具存在无钻压延伸能力、无法提高钻头破岩能力的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种钻井提速机构，安装于钻具输出轴和动力组件之间，包括周向缓冲蓄能器、轴向缓冲蓄能器和连接组件；

所述周向缓冲蓄能器下端通过所述连接组件与所述轴向缓冲蓄能器上端连接；

或所述轴向缓冲蓄能器下端通过所述连接组件与所述周向缓冲蓄能器上端连接；

所述周向缓冲蓄能器包括由多个扭簧组成的扭簧组件；所述扭簧组件一端与所述连接组件连接，另一端与所述钻具输出轴或所述动力组件连接；

所述轴向缓冲蓄能器包括导向芯轴和由多个碟簧组成的碟簧组件；所述导向芯轴安装于所述钻具输出轴或所述动力组件；所述碟簧组件安装于所述导向芯轴的外圆。

更进一步地，

所述轴向缓冲蓄能器还包括推力轴承组；所述推力轴承组转动安装于所述导向芯轴的外圆，且位于所述碟簧组件的上部。

更进一步地，

所述轴向缓冲蓄能器还包括轴承压紧部件，所述轴承压紧部件用于压紧固定所述推力轴承组。

更进一步地，

所述轴承压紧部件包括设置于所述导向芯轴顶部的限位部和螺母；

所述限位部设置于所述推力轴承组顶部；

所述螺母与设置于所述导向芯轴的螺纹配合，且所述螺母顶部与所述推力轴承组下部连接，底部与所述碟簧组件顶部连接。

更进一步地，

多个所述扭簧为内径、导程和圈数相同的左旋扭簧。

更进一步地，

相邻所述扭簧螺旋旋入，且每个所述扭簧两端均弯曲出一段轴向竖直部。

更进一步地，

所述周向缓冲蓄能器包括安装于所述扭簧组件两端的接头，所述接头与所述连接组件或所述钻具输出轴或所述动力组件连接。

更进一步地，

所述接头均布设置有多个安装槽，所述安装槽用于安装所述扭簧的竖直部。

更进一步地，

所述接头设置有安装孔，所述安装孔用于安装所述连接组件或所述钻具输出轴或所述动力组件。

更进一步地，

所述接头包括安装于所述扭簧组件上端的上接头和安装于所述扭簧组件下端的下接头，所述上接头与所述下接头相对设置；

所述上接头与所述连接组件连接，所述下接头与所述钻具输出轴或动力组件连接；

或所述下接头与所述连接组件连接，所述上接头与所述钻具输出轴或所述动力组件连接。

结合以上技术方案，本发明达到的有益效果在于：

在钻具中，周向缓冲蓄能器及轴向缓冲蓄能器均设置在靠近钻具输出端的传动轴壳体内，这样在钻具驱动钻头的过程中，通过轴向缓冲蓄能器中碟簧组件的压缩蓄能和弹性释放，使钻具的传动轴在传动轴壳体中产生伸缩，由此就加大了送钻距离及钻头上钻压力的连续作用距离，并延长了钻头的有效工作时间。由于当周向缓冲蓄能器两端承受扭矩时，各扭簧均产生扭转变形，并蓄储弹性能，扭转变形量与扭矩的大小成正比，所以周向缓冲蓄能器中的扭簧能够根据钻头上旋转阻力的变化对钻头的瞬时转速进行自动调节，通过瞬时降速增强钻头的轴向破岩效果，进而使钻头实现高效钻进，同时保护钻头并减小钻具输出扭矩的波动峰值。

本发明的工作原理为：送钻时，轴向缓冲蓄能器通过缓冲使钻具的传动轴部分收缩于传动轴壳体，在钻压下，周向缓冲蓄能器根据钻头钻削阻力的变化对钻头的瞬时转速进行自动调节。当钻头钻进阻力增加时，扭簧组件产生弹性扭转变形，将钻头的瞬时转速降低，随着井底岩层的破碎抵抗力降低，钻头钻削刃的入地破岩深度增加，同时钻头钻削刃(或齿)也避免了强力冲击而得到保护；当钻柱驱动钻头的旋转扭矩大于钻头钻削阻力时，钻头旋转破岩，由于岩石破碎的瞬时，钻头的钻削阻力会减小，因此在各扭簧蓄储弹性力的作用下，钻头将快速旋转冲击破岩。上述过程中，作用在钻头上的钻压力主要由钻井液钻对钻具传动轴产生的液压力和轴向缓冲蓄能器的弹性力(也是钻柱的弹性力)组成，这两种力将使送钻时收缩于传动轴壳体中的部分传动轴逐渐伸出，进而使钻头的连续钻进深度得到延伸、有效工作时间得到延长。

本发明提供的钻井提速机构的优点在于：1)使钻具具有周向和轴向缓冲功能，能够显著延长钻头的工作寿命和减小钻具输出扭矩的波动峰值，并有效延长钻压力的作用距离和钻头的有效工作时间，提高钻井速度和钻井质量；2)能够使钻具根据钻进阻力的变化自动调节钻头的瞬时转速，以降低岩石破碎抵抗力的方式来提高钻头的破岩效率，尤其是在较硬底层上钻进时，能够克服钻头钻削齿破岩深度浅的缺陷，大幅度提高钻头的机械钻速；3)大大减少跳钻、蹩钻及制动等事故，提高钻井的安全性；4)能够显著减小送钻钻压和减少送钻次数，降低送钻操控难度；5)缩短钻井周期，减少排放，节能环保；6)适用范围广泛，能够用于多种类型的钻具中，解决不同钻井工艺及地质条件下的钻井提速问题(包括全井段的钻井提速)；7)结构简单，零件少，易于制造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的钻井提速机构的剖视图；

图2为本发明实施例提供的螺杆钻具中钻井提速机构的安装示意图；

图3为本发明实施例提供的扭冲钻具中钻井提速机构的安装示意图。

图标：100-周向缓冲蓄能器；200-轴向缓冲蓄能器；300-连接组件；400-传动轴；500-万向节；600-传动轴壳体；700-防掉螺母；800-上滑动轴承副；900-下滑动轴承副；110-扭簧组件；111-扭簧；112-竖直部；120-接头；121-安装槽；122-安装孔；123-上接头；124-下接头；130-周向缓冲区；210-导向芯轴；220-碟簧组件；221-碟簧；230-推力轴承组；240-轴承压紧部件；241-限位部；242-螺母；250-轴向缓冲区；510-第一万向节；520-第二万向节。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例1至实施例3进行详细描述：

实施例1

本实施例提供了一种钻井提速机构，安装于钻具输出轴和动力组件之间，请一并参照图1至图3。图1为本发明实施例提供的钻井提速机构的剖视图；图2为本发明实施例提供的螺杆钻具中钻井提速机构的安装示意图；图3为本发明实施例提供的扭冲钻具中钻井提速机构的安装示意图。

包括周向缓冲蓄能器100、轴向缓冲蓄能器200和连接组件300；周向缓冲蓄能器100下端通过连接组件300与轴向缓冲蓄能器200上端连接；或轴向缓冲蓄能器200下端通过连接组件300与周向缓冲蓄能器100上端连接；周向缓冲蓄能器100包括由多个扭簧111组成的扭簧组件110；扭簧组件110一端与连接组件300连接，另一端与钻具输出轴或动力组件连接；轴向缓冲蓄能器200包括导向芯轴210和由多个碟簧221组成的碟簧组件220；导向芯轴210安装于钻具输出轴或动力组件；碟簧组件220安装于导向芯轴210的外圆。

在钻具中，周向缓冲蓄能器100及轴向缓冲蓄能器200均设置在靠近钻具输出端的传动轴壳体600内，这样在钻具驱动钻头的过程中，通过轴向缓冲蓄能器200中碟簧组件220的压缩蓄能和弹性释放，使钻具的传动轴400在传动轴壳体600中产生伸缩，由此就加大了送钻距离及钻头上钻压力的连续作用距离，并延长了钻头的有效工作时间。由于当周向缓冲蓄能器100两端承受扭矩时，各扭簧111均产生扭转变形，并蓄储弹性能，扭转变形量与扭矩的大小成正比，所以周向缓冲蓄能器100中的扭簧111能够根据钻头上旋转阻力的变化对钻头的瞬时转速进行自动调节，通过瞬时降速增强钻头的轴向破岩效果，进而使钻头实现高效钻进，同时保护钻头并减小钻具输出扭矩的波动峰值。

本实施例的工作原理为：送钻时，轴向缓冲蓄能器200通过缓冲使钻具的传动轴400部分收缩于传动轴壳体600，在钻压下，周向缓冲蓄能器100根据钻头钻削阻力的变化对钻头的瞬时转速进行自动调节。当钻头钻进阻力增加时，扭簧组件110产生弹性扭转变形，将钻头的瞬时转速降低，随着井底岩层的破碎抵抗力降低，钻头钻削刃的入地破岩深度增加，同时钻头钻削刃(或齿)也避免了强力冲击而得到保护；当钻柱驱动钻头的旋转扭矩大于钻头钻削阻力时，钻头旋转破岩，由于岩石破碎的瞬时，钻头的钻削阻力会减小，因此在各扭簧111蓄储弹性力的作用下，钻头将快速旋转冲击破岩。上述过程中，作用在钻头上的钻压力主要由钻井液钻对钻具传动轴400产生的液压力和轴向缓冲蓄能器200的弹性力(也是钻柱的弹性力)组成，这两种力将使送钻时收缩于传动轴壳体600中的部分传动轴400逐渐伸出，进而使钻头的连续钻进深度得到延伸、有效工作时间得到延长。

本实施例提供的钻井提速机构的优点在于：1)使钻具具有周向缓冲区130和轴向缓冲区250，进而具有周向和轴向缓冲功能，能够显著延长钻头的工作寿命和减小钻具输出扭矩的波动峰值，并有效延长钻压力的作用距离和钻头的有效工作时间，提高钻井速度和钻井质量；2)能够使钻具根据钻进阻力的变化自动调节钻头的瞬时转速，以降低岩石破碎抵抗力的方式来提高钻头的破岩效率，尤其是在较硬底层上钻进时，能够克服钻头钻削齿破岩深度浅的缺陷，大幅度提高钻头的机械钻速；3)大大减少跳钻、蹩钻及制动等事故，提高钻井的安全性；4)能够显著减小送钻钻压和减少送钻次数，降低送钻操控难度；5)缩短钻井周期，减少排放，节能环保；6)适用范围广泛，能够用于多种类型的钻具中，解决不同钻井工艺及地质条件下的钻井提速问题(包括全井段的钻井提速)；7)结构简单，零件少，易于制造。

需要说明的是，连接组件300根据钻井提速机构的安装位置而变动，由于钻井提速机构安装于钻具输出轴和动力组件之间，钻具输出轴和动力组件之间原有的部分连接件即可作为连接组件300。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

轴向缓冲蓄能器200还包括推力轴承组230；推力轴承组230转动安装于导向芯轴210的外圆，且位于碟簧组件220的上部。

推力轴承组230的外圈与钻具的安装零件过盈配合，能够支撑和固定轴向缓冲蓄能器200。导向芯轴210穿过推力轴承组230的内孔，推力轴承组230的内圈与导向芯轴210的外圆间隙配合，当导向芯轴210转动时，推力轴承组230仅承受轴向力。

轴向缓冲蓄能器200的可选方案中，较为优选地，

轴向缓冲蓄能器200还包括轴承压紧部件240，轴承压紧部件240用于压紧固定推力轴承组230。

若推力轴承组230直接与碟簧组件220连接，则碟簧组件220的压缩程度变小的过程中，推力轴承组230底部的作用力也将随之减小，推力轴承组230会出现松动的现象，将严重影响轴向缓冲蓄能器200的工作质量。

进一步地，

轴承压紧部件240包括设置于导向芯轴210顶部的限位部241和螺母242；限位部241设置于推力轴承组230顶部；螺母242与设置于导向芯轴210的螺纹配合，且螺母242顶部与推力轴承组230下部连接，底部与碟簧组件220顶部连接。

导向芯轴210外圆表面设置有螺纹，螺纹与螺母242配合，螺母242设置在推力轴承组230一端与导向芯轴210螺纹连接，其安装形式简单，便于拆卸。导向芯轴210顶部外圆直径较大，向外侧凸出形成限位部241，推力轴承组230顶部顶紧限位部241，底部由螺母242支撑，将推力轴承组230内圈固定在导向芯轴210的外圆上。螺母242不仅支撑固定推力轴承组230，还可以支撑碟簧组件220。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

多个扭簧111为内径、导程和圈数相同的左旋扭簧111。

各扭簧111的内径、导程和圈数均相同，能够保证各扭簧111的作用力相等，保证扭簧组件110能够正常可靠的工作，延长其使用寿命。由于钻具传动轴400转动时为右旋旋向，周向缓冲蓄能器100若要提供周向缓冲和扭矩，其扭簧组件110的旋向需为左旋旋向。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

相邻扭簧111螺旋旋入，且每个扭簧111两端均弯曲出一段轴向竖直部112。

为了便于安装扭簧组件110，在扭簧111两端设置了竖直部112。扭簧111螺旋旋入能够避免各扭簧111运动干涉，保证周向缓冲蓄能器100的正常工作。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

周向缓冲蓄能器100包括安装于扭簧组件110两端的接头120，接头120与连接组件300或钻具输出轴或动力组件连接。

接头120与扭簧组件110两端的竖直部112连接，连接组件300或钻具输出轴或动力组件与接头120连接，安装周向缓冲蓄能器100时，难度降低，适应性增加。

接头120的可选方案中，较为优选地，

接头120均布设置有多个安装槽121，安装槽121用于安装扭簧111的竖直部112。

扭簧111的竖直部112插接与安装槽121内。

接头120的可选方案中，较为优选地，

接头120设置有安装孔122，安装孔122用于安装连接组件300或钻具输出轴或动力组件。

安装孔122的加工和安装形式简单。

接头120的可选方案中，较为优选地，

接头120包括安装于扭簧组件110上端的上接头123和安装于扭簧组件110下端的下接头124，上接头123与下接头124相对设置；上接头123与连接组件300连接，下接头124与钻具输出轴或动力组件连接；或下接头124与连接组件300连接，上接头123与钻具输出轴或动力组件连接。

下接头124和上接头123相对端均均布设置有与扭簧111数量相同的安装槽121，各扭簧111两端的竖直部112分别与下接头124和上接头123相对端的安装槽121插入配合后经焊接固定。

需要说明的是，上接头123与下接头124的结构根据安装位置与安装环境的不同，能够进行微小的调整。

实施例2

该实施例是与实施例1相并列的另一优选方案，在区别技术特征之外的实施例1所公开的技术方案属于本实施例所公开的范围，在区别技术特征之外的实施例1所公开的技术方案不再重复描述。

本实施例提供了一种螺杆钻具，请一并参照图1至图2，图1为本发明实施例提供的钻井提速机构的剖视图；图2为本发明实施例提供的螺杆钻具中钻井提速机构的安装示意图。

包括钻井提速机构、传动轴400、万向节500和传动轴壳体600；轴向缓冲蓄能器200安装于传动轴壳体600与传动轴400之间的环空处，导向芯轴210套装于传动轴400外部，推力轴承组230固定于传动轴壳体600的内孔中；万向节500包括第一万向节510和第二万向节520，第一万向节510安装于周向缓冲蓄能器100的下接头124与传动轴400之间，第二万向节520安装于周向缓冲蓄能器100的上接头123。

本实施例提供的螺杆钻具中，周向缓冲蓄能器100设置于万向轴的第一万向节510和第二万向节520之间，取代了以往万向轴中第一万向节510和第二万向节520之间的刚性接头，使螺杆钻具具有了周向缓冲区130，轴向缓冲蓄能器200设置在传动轴壳体600与传动轴400之间的环空处，取代了以往螺杆钻具中的推力轴承，使螺杆钻具具有了轴向缓冲区250；在轴向缓冲区250中，推力轴承组230固定在传动轴壳体600的内孔中，导向芯轴210内孔与传动轴400间隙配合。第二万向节520的远离上接头123的一端连接动力组件。第一万向节510与传动轴400作为连接组件300，连接周向缓冲蓄能器100和轴向缓冲蓄能器200。

在工作过程中，送钻时钻压力由螺杆钻具的传动轴壳体600经轴向缓冲蓄能器200和传动轴400传递到钻头上，而由若干碟簧221构成的碟簧组件220受压产生弹性压缩，使传动轴400部分收缩于传动轴壳体600内部。与此同时，马达转子的旋转动力经周向缓冲蓄能器100和传动轴400传递到钻头上。钻进过程中，碟簧组件220的弹性力与转子上的压力使传动轴400收缩于传动轴壳体600中的部分逐渐伸出，同时钻头上旋转阻力的变化使周向缓冲蓄能器100中的扭簧111产生高频率的弹性扭转变形，对钻头的旋转速度进行瞬时调节，通过缓冲降速的方式加大钻头的轴向破岩深度，并保护钻头。当钻削刃(或齿)附近岩石破裂后，扭矩的驱动与扭簧111弹性力的释放使钻头产生高速的周向破岩，这样就实现了螺杆钻具的钻井提速功能。另外本实施例提供的螺杆钻具中，钻井提速机构能够将马达转子上的液压力转化成钻头上的钻压力，大幅度降低送钻压力，并提高钻压力及钻头钻进速度的稳定性。

本实施例提供的螺杆钻具的优点在于：1)具有周向缓冲区130和轴向缓冲区250，进而具有周向和轴向缓冲功能，能够显著延长钻头的工作寿命和减小钻具输出扭矩的波动峰值，并有效延长钻压力的作用距离和钻头的有效工作时间，提高钻井速度和钻井质量；2)钻具能够根据钻进阻力的变化自动调节钻头的瞬时转速，以降低岩石破碎抵抗力的方式来提高钻头的破岩效率，尤其是在较硬底层上钻进时，能够克服钻头钻削齿破岩深度浅的缺陷，大幅度提高钻头的机械钻速；3)大大减少跳钻、蹩钻及制动等事故，提高钻井的安全性；4)能够显著减小送钻钻压和减少送钻次数，降低送钻操控难度；5)缩短钻井周期，减少排放，节能环保；6)结构简单，零件少，易于制造。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

螺杆钻具还包括套装于传动轴400外部的防掉螺母700，防掉螺母700顶部与碟簧组件220底部连接。

防掉螺母700与传动轴400外部的螺纹配合，防掉螺母700与螺母242共同支撑和固定碟簧组件220，为碟簧组件220提供一定的预紧力。

实施例3

该实施例是与实施例1和实施例2相并列的另一优选方案，在区别技术特征之外的实施例1和实施例2所公开的技术方案属于本实施例所公开的范围，在区别技术特征之外的实施例1和实施例2所公开的技术方案不再重复描述。

本实施例提供了一种扭冲钻具，请一并参照图1和图3，图1为本发明实施例提供的钻井提速机构的剖视图；图3为本发明实施例提供的扭冲钻具中钻井提速机构的安装示意图。

包括钻井提速机构、传动轴400、传动轴壳体600和上滑动轴承副800；周向缓冲蓄能器100的下接头124与传动轴400下端螺纹连接，上接头123与传动轴壳体600上端内螺纹连接；上滑动轴承副800安装于传动轴400上端；轴向缓冲蓄能器200安装于上滑动轴承副800的远离周向缓冲蓄能器100的一端。

传动轴400穿过周向缓冲蓄能器100的内孔和接头120的安装孔122。上滑动轴承副800、传动轴400和传动轴壳体600作为连接组件300，连接周向缓冲蓄能器100和轴向缓冲蓄能器200。

使用时，本实施例提供的扭冲钻具连接于钻头和上部钻柱之间。工作时，扭矩由传动轴壳体600经周向缓冲蓄能器100和传动轴400传递到钻头上。送钻时，周向缓冲蓄能器100中的扭簧组件110及轴向缓冲蓄能器200中的碟簧组件220产生轴向压缩。钻进过程中，以周向缓冲蓄能器100弹性扭转变形提高钻头的破岩深度，以扭簧组件110及碟簧组件220的压缩和释放来延长钻压力的作用距离，并达到钻井提速的目的。另外本实施例提供的扭冲钻具作用的钻压力还包括钻头两端的压差在上滑动轴承副800动套上产生的液压力。

本实施例提供的扭冲钻具的优点在于：1)具有周向缓冲区130和轴向缓冲区250，进而具有周向和轴向缓冲功能，能够显著延长钻头的工作寿命和减小钻具输出扭矩的波动峰值，并有效延长钻压力的作用距离和钻头的有效工作时间，提高钻井速度和钻井质量；2)钻具能够根据钻进阻力的变化自动调节钻头的瞬时转速，以降低岩石破碎抵抗力的方式来提高钻头的破岩效率，尤其是在较硬底层上钻进时，能够克服钻头钻削齿破岩深度浅的缺陷，大幅度提高钻头的机械钻速；3)大大减少跳钻、蹩钻及制动等事故，提高钻井的安全性；4)能够显著减小送钻钻压和减少送钻次数，降低送钻操控难度；5)缩短钻井周期，减少排放，节能环保；6)结构简单，零件少，易于制造。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

扭冲钻具还包括安装于周向缓冲蓄能器100下端的下滑动轴承副900。

在工作过程中，传动轴400与传动轴壳体600需要保持同轴，以减小震动和运动干涉。由设置在周向缓冲蓄能器100两端的下滑动轴承副900和上滑动轴承副800配合，保持传动轴400与传动轴壳体600的同轴。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种钻井提速机构，安装于钻具输出轴和动力组件之间，其特征在于，包括周向缓冲蓄能器、轴向缓冲蓄能器和连接组件；

所述周向缓冲蓄能器下端通过所述连接组件与所述轴向缓冲蓄能器上端连接；

或所述轴向缓冲蓄能器下端通过所述连接组件与所述周向缓冲蓄能器上端连接；

所述周向缓冲蓄能器包括由多个扭簧组成的扭簧组件；所述扭簧组件一端与所述连接组件连接，另一端与所述钻具输出轴或所述动力组件连接；相邻所述扭簧螺旋旋入，且每个所述扭簧两端均弯曲出一段轴向竖直部；

所述轴向缓冲蓄能器包括导向芯轴和由多个碟簧组成的碟簧组件；所述导向芯轴安装于所述钻具输出轴或所述动力组件；所述碟簧组件安装于所述导向芯轴的外圆。

2.根据权利要求1所述的钻井提速机构，其特征在于，所述轴向缓冲蓄能器还包括推力轴承组；所述推力轴承组转动安装于所述导向芯轴的外圆，且位于所述碟簧组件的上部。

3.根据权利要求2所述的钻井提速机构，其特征在于，所述轴向缓冲蓄能器还包括轴承压紧部件，所述轴承压紧部件用于压紧固定所述推力轴承组。

4.根据权利要求3所述的钻井提速机构，其特征在于，所述轴承压紧部件包括设置于所述导向芯轴顶部的限位部和螺母；

所述限位部设置于所述推力轴承组顶部；

所述螺母与设置于所述导向芯轴的螺纹配合，且所述螺母顶部与所述推力轴承组下部连接，底部与所述碟簧组件顶部连接。

5.根据权利要求1所述的钻井提速机构，其特征在于，多个所述扭簧为内径、导程和圈数相同的左旋扭簧。

6.根据权利要求1所述的钻井提速机构，其特征在于，所述周向缓冲蓄能器包括安装于所述扭簧组件两端的接头，所述接头与所述连接组件或所述钻具输出轴或所述动力组件连接。

7.根据权利要求6所述的钻井提速机构，其特征在于，所述接头均布设置有多个安装槽，所述安装槽用于安装所述扭簧的竖直部。

8.根据权利要求6所述的钻井提速机构，其特征在于，所述接头设置有安装孔，所述安装孔用于安装所述连接组件或所述钻具输出轴或所述动力组件。

9.根据权利要求6所述的钻井提速机构，其特征在于，所述接头包括安装于所述扭簧组件上端的上接头和安装于所述扭簧组件下端的下接头，所述上接头与所述下接头相对设置；

所述上接头与所述连接组件连接，所述下接头与所述钻具输出轴或动力组件连接；

或所述下接头与所述连接组件连接，所述上接头与所述钻具输出轴或所述动力组件连接。

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