CN112253025A - 振动冲击短节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田勘探开发中钻井工程技术领域，是一种振动冲击短节，包括主轴、外筒、碟簧组、转换筒、心轴活塞和下接头，下接头上端外侧与转换筒的下端内侧固定安装在一起，转换筒内侧密封套装有心轴活塞，转换筒上端外侧与外筒下端内侧固定安装在一起，心轴活塞内侧套装有上部位于外筒上方的主轴。本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过设置心轴活塞、碟簧组和主轴相互配合，在受到钻压的作用下产生往复的高频振动，使钻压有效传递，解决了现有水平井段钻井过程中存在的钻头破岩所需的钻压无法有效传递，使得钻头的托压现象严重的问题，实现减阻作用，减少钻头的托压现象，提高了水平井的钻井速度。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发中钻井工程技术领域，是一种振动冲击短节。
背景技术
钻井作业是油气田勘探开发中不可缺少的重要技术手段，随着目前国内外油气田勘探开发技术要求的不断提高，水平井已成为进行油田开发的最重要技术手段，如页岩油气等非常规油田均采用水平井方式进行开采，但是在水平井段钻井过程中，由于井眼低边岩屑床对钻柱的摩阻作用，存在钻头破岩所需的钻压无法有效传递，使得钻头的托压现象严重的问题，降低了水平井的钻井速度。
发明内容
本发明提供了一种振动冲击短节，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有水平井段钻井过程中存在的钻头破岩所需的钻压无法有效传递，使得钻头的托压现象严重的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种振动冲击短节，包括主轴、外筒、碟簧组、转换筒、心轴活塞和下接头，下接头上端外侧与转换筒的下端内侧固定安装在一起，转换筒内侧密封套装有心轴活塞，转换筒上端外侧与外筒下端内侧固定安装在一起，心轴活塞内侧套装有上部位于外筒上方的主轴，主轴上端外侧与外筒上端内侧密封接触，主轴中部设有上下贯通的中心孔，外筒上部内侧有第一内环台，第一内环台内侧面分布有内花键，主轴上部外侧分布有与内花键相配合的外花键，对应内花键下方与心轴活塞上方之间位置的主轴外侧套装有碟簧组。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述心轴活塞下部内侧可设有上端与主轴底部相抵的第二内环台，第二内环台上设有上下贯通的六方孔。
上述碟簧组可包括多个碟簧，所述多个碟簧呈两两凹面对摞后再叠摞在一起。
上述主轴上部外侧与外筒上端内侧之间、心轴活塞下端内侧与主轴下端外侧之间以及心轴活塞下端外侧与转换筒下端内侧之间均可间隔设有至少一个O形密封圈。
上述外筒的下部内侧与转换筒的上部外侧可通过螺纹连接固定安装在一起。
上述转换筒的下部内侧与下接头的上部外侧可通过螺纹连接固定安装在一起。
上述心轴活塞的下部内侧与主轴的下部外侧可通过螺纹连接固定安装在一起。
本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过设置心轴活塞、碟簧组和主轴相互配合，在受到钻压的作用下产生往复的高频振动，使钻压有效传递，解决了现有水平井段钻井过程中存在的钻头破岩所需的钻压无法有效传递，使得钻头的托压现象严重的问题，实现减阻作用，减少钻头的托压现象，提高了水平井的钻井速度。
附图说明
附图1为本发明的主视半剖视结构示意图。
附图2为附图1中沿A-A处的剖视结构示意图。
附图3为附图1中主轴的立体结构示意图。
附图4为附图1中外筒的立体半剖视结构示意图。
附图5为附图1中心轴活塞的主视半剖视结构示意图。
附图6为附图5的俯视结构示意图。
附图中的编码分别为：1为主轴，2为外筒，3为碟簧组，4为转换筒，5为心轴活塞，6为下接头，7为O形密封圈，8为第二内环台，9为外花键，10为内花键，11为六方孔。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
如附图1、2、3、4所示，该振动冲击短节包括主轴1、外筒2、碟簧组3、转换筒4、心轴活塞5和下接头6，下接头6上端外侧与转换筒4的下端内侧固定安装在一起，转换筒4内侧密封套装有心轴活塞5，转换筒4上端外侧与外筒2下端内侧固定安装在一起，心轴活塞5内侧套装有上部位于外筒2上方的主轴1，主轴1上部外侧与外筒2上端内侧密封接触，主轴1中部设有上下贯通的中心孔，外筒2上部内侧有第一内环台，第一内环台内侧面分布有内花键10，主轴1上部外侧分布有与内花键10相配合的外花键9，对应内花键10下方与心轴活塞5上方之间位置的主轴1外侧套装有碟簧组3。
通过设置主轴1与外筒2之间采用相匹配的花键连接方式，具有传递扭矩效果好、接触面积大和承载能力高的特点；其中，外花键9和内花键10均可设置有八个，同时外花键9的底部和内花键10的底部均为锪平，保证钻井液的润滑效果，底部锪平两侧可设有供钻井液流通的圆角，同时该圆角具有消除加工应力的作用；其中，碟簧组3可根据不同井下工况进行特殊碟簧的设计与加工，具有良好的缓冲吸震能力，由于表面摩擦阻力作用，吸收冲击和消散能量的作用更显著；
本发明的具体使用过程如下：
在使用时，将下接头6与外部钻柱连接在一起，同时在本发明的底部连接外部脉冲发生装置，在钻井过程中，随着钻井液的循环，钻井液驱动底部脉冲发生装置产生连续的脉冲压力，该压力作用在心轴活塞5下端面，驱动心轴活塞5向上运动压缩碟簧组3，同时带动主轴1向上运动；当脉冲发生装置产生泄压时，在碟簧组3的作用下推动心轴活塞5向下运动，使心轴活塞5和主轴1都恢复到初始位置，完成一个周期的振动冲击；当底部的脉冲发生装置再次产生脉冲压力时，心轴活塞5、碟簧组3和主轴1将重复上述一个周期的振动冲击动作，以此心轴活塞5带动主轴1产生往复的振动冲击力，驱动整个井底钻柱产生往复的高频振动，使钻头产生的钻压有效传递，从而将钻柱与井眼低边的岩屑床之间的静摩擦转换为动摩擦，解决了现有水平井段钻井过程中存在的钻头破岩所需的钻压无法有效传递，使得钻头的托压现象严重的问题，实现减阻作用，减少钻头的托压现象，提高了水平井的钻井速度。
可根据实际需要，对上述振动冲击短节作进一步优化或/和改进：
如附图5、6所示，心轴活塞5下端内侧设有上端与主轴1底部相抵的第二内环台8，第二内环台8上设有上下贯通的六方孔11。
通过这样设置，便于心轴活塞5与外部部件之间的连接。
如附图1所示，碟簧组3包括多个碟簧，所述多个碟簧呈两两凹面对摞后再叠摞在一起。
通过这样设置，在安装过程中，给予碟簧组3一定的预紧力，增强碟簧组3的缓冲吸震能力。
如附图1所示，主轴1上部外侧与外筒2上端内侧之间、心轴活塞5下端内侧与主轴1下端外侧之间以及心轴活塞5下端外侧与转换筒4下端内侧之间均间隔设有至少一个O形密封圈7。
通过设置O型密封圈7，保证了各个部件之间连接的密封性。
如附图1所示，外筒2的下部内侧与转换筒4的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起。
通过这样设置，便于安装和拆卸。
如附图1所示，转换筒4的下部内侧与下接头6的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起。
通过这样设置，便于安装和拆卸。
如附图1所示，心轴活塞5的下部内侧与主轴1的下部外侧通过螺纹连接固定安装在一起。
通过这样设置，便于安装和拆卸。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (8)
1.一种振动冲击短节，其特征在于包括主轴、外筒、碟簧组、转换筒、心轴活塞和下接头，下接头上端外侧与转换筒的下端内侧固定安装在一起，转换筒内侧密封套装有心轴活塞，转换筒上端外侧与外筒下端内侧固定安装在一起，心轴活塞内侧套装有上部位于外筒上方的主轴，主轴上端外侧与外筒上端内侧密封接触，主轴中部设有上下贯通的中心孔，外筒上端内侧有第一内环台，第一内环台内侧面分布有内花键，主轴上部外侧分布有与内花键相配合的外花键，对应内花键下方与心轴活塞上方之间位置的主轴外侧套装有碟簧组。
2.根据权利要求1所述的振动冲击短节，其特征在于心轴活塞下端内侧设有上端与主轴底部相抵的第二内环台，第二内环台上设有上下贯通的六方孔。
3.根据权利要求1或2所述的振动冲击短节，其特征在于碟簧组包括多个碟簧，所述多个碟簧呈两两凹面对摞后再叠摞在一起。
4.根据权利要求1或2所述的振动冲击短节，其特征在于主轴上部外侧与外筒上端内侧之间、心轴活塞下端内侧与主轴下端外侧之间以及心轴活塞下端外侧与转换筒下端内侧之间均间隔设有至少一个O形密封圈。
5.根据权利要求3所述的振动冲击短节，其特征在于主轴上部外侧与外筒上端内侧之间、心轴活塞下端内侧与主轴下端外侧之间以及心轴活塞下端外侧与转换筒下端内侧之间均间隔设有至少一个O形密封圈。
6.根据权利要求1或2或5所述的振动冲击短节，其特征在于外筒的下部内侧与转换筒的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；或/和，转换筒的下部内侧与下接头的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；或/和，心轴活塞的下部内侧与主轴的下部外侧通过螺纹连接固定安装在一起。
7.根据权利要求3所述的振动冲击短节，其特征在于外筒的下部内侧与转换筒的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；或/和，转换筒的下部内侧与下接头的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；或/和，心轴活塞的下部内侧与主轴的下部外侧通过螺纹连接固定安装在一起。
8.根据权利要求4所述的振动冲击短节，其特征在于外筒的下部内侧与转换筒的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；或/和，转换筒的下部内侧与下接头的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；或/和，心轴活塞的下部内侧与主轴的下部外侧通过螺纹连接固定安装在一起。
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