CN109915041B - 液压缓振井下提速钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压缓振井下提速钻具，其包括上接头、外壳、支撑板、轴承、中心轴、固定罩、涡轮式泥浆马达结构、过流盖板、限流冲击阀、适配器和下接头；上接头的下端与外壳连接，支撑板、轴承与中心轴上端连接；涡轮式泥浆马达通过固定罩和外壳实现固定，涡轮式泥浆马达结构在钻井液的作用下产生驱动力并驱动中心轴旋转；过流盖板与中心轴下方连接，跟随中心轴旋转，实现过流和腔室憋压的作用；限流冲击阀位于过流盖板下方及适配器上方，和过流盖板相互作用形成腔室内液体的憋压以及流通，当腔室处于憋压状态时，限流冲击阀给予下方适配器一定的冲击力；适配器下方与下接头连接。本发明能够改善钻头的动态特性、提高工作效率。

Description

液压缓振井下提速钻具

技术领域

本发明涉及勘探开发技术领域，尤其是一种液压缓振井下提速钻具。

背景技术

随着勘探开发技术的进步，油气井深度不断的增加，深井、超深井数目也随之增加。钻头是钻井作业不可或缺的工具。由于井底操作环境和钻井要求，钻头的纵向和横向振动相对较强，特别是在砾石承重地层和深层坚硬地层的情况下，深部地层岩石硬度大，可钻性级值高，导致钻井难度增加，机械钻速减慢，甚至发生钻头过早失效，从而降低使用寿命和钻头的钻削效率。但是，更换钻头需要进行脱扣操作，这将导致整个钻井作业的低效和工作时间增加，这反过来又增加了钻井施工成本。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种能够改善钻头的动态特性、提高工作效率的液压缓振井下提速钻具。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种液压缓振井下提速钻具，包括由上到下依次设置的上接头、外壳和下接头，所述上接头和外壳螺纹连接且两者内部相连通，所述外壳内部由上到下依次设有中心轴、过流盖板、限流冲击阀和适配器；

所述中心轴可转动地竖直安装在外壳的内部，该中心轴与外壳之间形成有环形空间，该环形空间下部设有用于驱动中心轴旋转的涡轮式泥浆马达结构，所述中心轴上部形成有空心腔室，该空心腔室上端开口并与上接头的内孔相连通，该空心腔室周向上还开有若干个进液通道以用于与环形空间上部相连通；

所述过流盖板安装在中心轴的下端，该过流盖板上部周向形成有若干个与环形空间相连通的过流孔道，下部向下延伸形成有一管体，所述管体上部由中心轴下端封堵，下部插入到适配器内，该管体周向上还开有若干个卸压过流通道；

所述限流冲击阀为环体结构并固定在适配器的上部，该限流冲击阀还匹配地套装在过流盖板的管体上，所述限流冲击阀内壁上开有若干个与卸压过流通道一一对应设置的导流槽以用于过流孔道和管体内部的连通，所述外壳、过流盖板、限流冲击阀和适配器之间围成有一憋压腔室，该憋压腔室与过流孔道相连通；过流孔道随中心轴一起旋转，在导流槽与卸压过流通道错位后，限流冲击阀的内壁完全遮挡住了卸压过流通道，可使憋压腔室与过流盖板的管体内部不连通；

所述适配器可上下移动地匹配限位在外壳内，其中该适配器的下端可穿过外壳与下接头螺纹连接在一起；所述适配器中部上下贯穿形成有一液体流通通道并与下接头的内孔相连通，所述过流盖板的管体下部插入到适配器的液体流通通道内，且管体内部与液体流通通道相连通；

液体经上接头内孔、中心轴的空心腔室进入到环形空间，随着液体向下流通，推动涡轮式泥浆马达结构工作，带动中心轴和过流盖板旋转，随后液体流经过流盖板的过流孔道流入憋压腔室，当过流盖板的卸压过流通道被限流冲击阀完全遮挡时，液体在憋压腔室内形成憋压，形成作用力推动适配器向下运动，然后该作用力随后通过适配器传递到下接头并且依次传递到钻头；当过流盖板的卸压过流通道没有被限流冲击阀遮挡时，液体流经憋压腔室通过卸压过流通道流入适配器中的液体流通通道，通过下接头流出到钻头。

进一步地，所述中心轴上端通过支撑板和轴承安装在外壳的内部。

进一步地，所述涡轮式泥浆马达结构通过固定罩和外壳上的限位台阶来实现固定，所述固定罩匹配地套装在中心轴上，所述涡轮式泥浆马达结构包括涡轮定子和涡轮转子，其中涡轮定子与外壳内壁固定，涡轮转子与中心轴外壁固定。

进一步地，所述适配器上端面上开有减压孔并用于连通憋压腔室和适配器的液体流通通道，以减少憋压腔室内的压力。

进一步地，所述适配器中部形成有台肩，所述外壳下端形成有内凸缘，适配器下行后，外壳的内凸缘可挡住适配器的台肩以避免适配器从外壳内滑出脱落。

本发明的有益效果是：

1、本发明的工具产生的压降小，不足以显着降低底部液压作用能，保证钻井液底部清洗能力；

2、本发明所产生的脉动载荷相对适中以致对钻头重量产生显着的附加影响；

3、本发明的工具使钻头承受重量，扭矩平稳地传递到钻头上，无需传递能量损失；

4、本发明的工具有效地改善了钻头的动态特性，从而保护了钻头，延长了钻头的使用寿命；

5、本发明由于结构简单，易于维护和制造，工具成本低，在不显着增加投资和改变现有钻井技术的情况下，可以提高钻井速度。

附图说明

图1为本发明液压缓振井下提速钻具的主视剖切结构示意图；

图2为本发明中中心轴的立体结构示意图；

图3为本发明中中心轴的仰视结构示意图；

图4为图3中D-D向的剖切结构示意图；

图5为本发明中过流盖板的立体结构示意图；

图6为本发明中过流盖板的仰视结构示意图；

图7为图6中A-A向的剖切结构示意图；

图8为本发明中限流冲击阀的立体结构示意图；

图9为本发明中限流冲击阀的仰视结构示意图；

图10为图9中B-B向的剖切结构示意图；

图11为本发明中适配器的立体结构示意图；

图12为本发明中适配器的俯视结构示意图；

图13为图12中C-C向的剖切结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

参见图1至图13，本发明的液压缓振井下提速钻具包括上接头1、外壳2、支撑板4、轴承5、中心轴3、固定罩6、涡轮式泥浆马达结构(涡轮定子7和涡轮转子8)、过流盖板9、限流冲击阀10、适配器11和下接头12。上接头1的下端与外壳2连接，下方为中心轴3，中心轴3上部为空心腔室，并设有进液通道16，使液体正常流通。中心轴3上部配合有支撑板4，用以支撑、稳定中心轴3的作用。支撑板4下方为轴承5，也与中心轴3相配合。涡轮式泥浆马达结构包括涡轮定子7和涡轮转子8，用于在内部环形钻井液的作用下产生驱动力并驱动中心轴3旋转。涡轮式泥浆马达通过上部的固定罩6和下部外壳2上的限位台阶来实现固定，固定罩6与中心轴3相配合，用以固定涡轮转子8及涡轮定子7。中心轴3底部为凸起的实心圆柱，与过流盖板9相连接，过流盖板9上部设有过流孔道13，用以液体正常流通，过流盖板9下方设有卸压过流通道14，实现腔室内的卸压过流，过流盖板9与中心轴3下方连接，跟随中心轴3旋转，实现过流和腔室憋压的作用。限流冲击阀10位于过流盖板9下方及适配器11上方，和过流盖板9相互作用形成腔室内液体的憋压以及流通，当腔室处于憋压状态时，限流冲击阀10给予下方适配器11一定的冲击力。适配器11设有液体流通通道，使液体正常流通。适配器11下方与下接头12连接。

上述方案中当憋压腔室内的流体不能从卸压过流通道14流出时，憋压腔室内部会形成一个封闭的空间，而随着流体的流入，憋压腔室内部压力会逐渐的增加，导致工具容易被损坏，因此在憋压腔室下端面，适配器11的上部打一个减压孔15，从而减少憋压腔室内的压力。

上述方案中在外壳2上部的内壁上固定设置有涡轮定子7，所述涡轮定子7内设置有涡轮转子8。涡轮转子8与中心轴3连接，带动中心轴3旋转。

上述方案中涡轮转子8上端的固定罩6与中心轴3相匹配；涡轮转子8的传动圆柱上方是空心的，这是流体的流动通道；在传动圆柱的上端存在流入孔，是为了让流体流入到涡轮转子8的转子通道内。

上述方案中当憋压腔室内的流体不能从卸压过流通道14流出时，憋压腔室内部会形成一个封闭的空间，而随着流体的流入，憋压腔室内部压力会逐渐的增加，导致工具容易被损坏，因此在憋压腔室下端面(适配器11上部)打有四个减压孔15，流体可以从此处流出憋压腔室，以此来减小憋压腔室中的压力；在适配器11的中部，存在着一条液体流通通道，从过流盖板9的卸压过流通道14流出的液体从此处流入到汇流通道中；并且在减压孔15和液体流通通道之间存在着一段稳流通道，为了使流体形成一种稳定的状态。

为了便于理解，下面就本发明的工作过程加以描述：

液体流经上接头1，进入中心轴3上部，通过进液通道16进入空心腔室，随着液体向下流通，推动涡轮转子8旋转，从而带动中心轴3旋转，从而带动过流盖板9旋转；随后液体流经过流盖板9的过流孔道13，流入憋压腔室，当过流盖板9的卸压过流通道14被限流冲击阀10完全遮挡时，液体在憋压腔室内形成憋压，形成一定的作用力推动适配器11向下运动，然后该作用力随后通过适配器11传递到下接头12并且依次传递到钻头。当过流盖板9的卸压过流通道14没有被限流冲击阀10遮挡时，液体流经憋压腔室通过卸压过流通道14流入适配器11中的液体流通通道，通过下接头12流出到钻头。

如此往复循环，通过涡轮组带动中心轴3旋转进而带动过流盖板9旋转，控制憋压腔室的封闭，使适配器11在上下压差作用下往复运动，形成一定频率的冲击，进而辅助破岩。

本发明通过以一定的频率对钻头施加轻微的脉动负载来改善钻头的动态特性并进一步提高其钻速。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种液压缓振井下提速钻具，包括由上到下依次设置的上接头(1)、外壳(2)和下接头(12)，所述上接头(1)和外壳(2)螺纹连接且两者内部相连通，其特征在于：所述外壳(2)内部由上到下依次设有中心轴(3)、过流盖板(9)、限流冲击阀(10)和适配器(11)；

所述中心轴(3)可转动地竖直安装在外壳(2)的内部，该中心轴(3)与外壳(2)之间形成有环形空间，该环形空间下部设有用于驱动中心轴(3)旋转的涡轮式泥浆马达结构，所述中心轴(3)上部形成有空心腔室，该空心腔室上端开口并与上接头(1)的内孔相连通，该空心腔室周向上还开有若干个进液通道(16)以用于与环形空间上部相连通；

所述过流盖板(9)安装在中心轴(3)的下端，该过流盖板(9)上部周向形成有若干个与环形空间相连通的过流孔道(13)，下部向下延伸形成有一管体，所述管体上部由中心轴(3)下端封堵，下部插入到适配器(11)内，该管体周向上还开有若干个卸压过流通道(14)；

所述限流冲击阀(10)为环体结构并固定在适配器(11)的上部，该限流冲击阀(10)还匹配地套装在过流盖板(9)的管体上，所述限流冲击阀(10)内壁上开有若干个与卸压过流通道(14)一一对应设置的导流槽(17)以用于过流孔道(13)和管体内部的连通，所述外壳(2)、过流盖板(9)、限流冲击阀(10)和适配器(11)之间围成有一憋压腔室，该憋压腔室与过流孔道(13)相连通；过流孔道(13)随中心轴(3)一起旋转，在导流槽(17)与卸压过流通道(14)错位后，限流冲击阀(10)的内壁完全遮挡住了卸压过流通道(14)，可使憋压腔室与过流盖板(9)的管体内部不连通；

所述适配器(11)可上下移动地匹配限位在外壳(2)内，其中该适配器(11)的下端可穿过外壳(2)与下接头(12)螺纹连接在一起；所述适配器(11)中部上下贯穿形成有一液体流通通道并与下接头(12)的内孔相连通，所述过流盖板(9)的管体下部插入到适配器(11)的液体流通通道内，且管体内部与液体流通通道相连通；

液体经上接头(1)内孔、中心轴(3)的空心腔室进入到环形空间，随着液体向下流通，推动涡轮式泥浆马达结构工作，带动中心轴(3)和过流盖板(9)旋转，随后液体流经过流盖板(9)的过流孔道(13)流入憋压腔室，当过流盖板(9)的卸压过流通道(14)被限流冲击阀(10)完全遮挡时，液体在憋压腔室内形成憋压，形成作用力推动适配器(11)向下运动，然后该作用力随后通过适配器(11)传递到下接头(12)并且依次传递到钻头；当过流盖板(9)的卸压过流通道(14)没有被限流冲击阀(10)遮挡时，液体流经憋压腔室通过卸压过流通道(14)流入适配器(11)中的液体流通通道，通过下接头(12)流出到钻头。

2.按照权利要求1所述的液压缓振井下提速钻具，其特征在于：所述中心轴(3)上端通过支撑板(4)和轴承(5)安装在外壳(2)的内部。

3.按照权利要求1所述的液压缓振井下提速钻具，其特征在于：所述涡轮式泥浆马达结构通过固定罩(6)和外壳(2)上的限位台阶来实现固定，所述固定罩(6)匹配地套装在中心轴(3)上，所述涡轮式泥浆马达结构包括涡轮定子(7)和涡轮转子(8)，其中涡轮定子(7)与外壳(2)内壁固定，涡轮转子(8)与中心轴(3)外壁固定。

4.按照权利要求1所述的液压缓振井下提速钻具，其特征在于：所述适配器(11)上端面上开有减压孔(15)并用于连通憋压腔室和适配器(11)的液体流通通道，以减少憋压腔室内的压力。

5.按照权利要求1所述的液压缓振井下提速钻具，其特征在于：所述适配器(11)中部形成有台肩，所述外壳(2)下端形成有内凸缘，适配器(11)下行后，外壳(2)的内凸缘可挡住适配器(11)的台肩以避免适配器(11)从外壳(2)内滑出脱落。

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