CN113047769B - 一种可回旋式自适应冲击钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可回旋式自适应冲击钻具，属井下工具技术领域。套管一端螺纹安装有上接头，套管另一端螺纹安装有承重体，套管内通过轴套安装有中心杆，中心杆的顶部螺纹安装有分流体，中心杆的底端延伸至承重体外端，延伸至承重体外端的中心杆端头螺纹安装有钻头。该冲击钻具在工作中，通过中心杆的反扭矩作用，使弹簧被压缩蓄能，钻井液在上接头中形成憋压，在钻井液和弹簧的共同作用下，将中心杆向下加速推出，实现冲击破岩，避免了钻头与较硬岩层的持续钻进产生的卡钻现象，解决了现有技术中易发生卡钻，钻井效率低的问题，特别适用于在地质较硬的地层钻井使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种可回旋式自适应冲击钻具，属井下工具技术领域。
背景技术
近年来随着浅层油气资源的开发和发展，深井钻井技术越发重要，由于深井的石油与天然气埋藏深度较深且地质较复杂，现有的井下动力钻具已经不能满足深井钻井的需要，在钻进过程中遇到较硬的地层时，会产生对钻头有害的振动冲击，同时也容易出现卡钻现象，使钻头被破坏，导致钻井效率低、花费时间长以及钻井成本高等问题。因此，有必要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单，安装方便，不会发生卡钻现象，能有效提高钻井效率的可回旋式自适应冲击钻具。
本发明的技术方案是：
一种可回旋式自适应冲击钻具，它由上接头、套管、分流体、中心杆和承重体构成，其特征在于：套管一端螺纹安装有上接头，套管另一端螺纹安装有承重体，套管内通过轴套安装有中心杆，中心杆的顶部螺纹安装有分流体，中心杆的底端延伸至承重体外端，延伸至承重体外端的中心杆端头螺纹安装有钻头。
所述的中心杆为变径中空体，中心杆的上端圆周上设置有外凸缘，外凸缘下方的中心杆的圆周上设置有螺旋齿。
所述的轴套内壁上对应螺旋齿设置有螺旋槽，中心杆与轴套之间通过螺旋齿与螺旋槽的配合滑动螺旋连接，轴套一端与中心杆的外凸缘接触连接，承重体的端面对轴套轴向限位。
所述的套管上端口内壁上设置有内凸缘，内凸缘与外凸缘之间的中心杆上套装有弹簧，弹簧对应的套管壁上对称设置有平衡孔，平衡孔内装有单向阀。
所述的上接头上设置有变径中心孔。
所述的分流体为锥形体，分流体的中心部位设置有中心盲孔，分流体的圆周上设置有外凸沿，外凸沿上方的分流体圆周上均布有旁通孔，旁通孔与中心盲孔连通，外凸沿下方的分流体锥段圆周上设置有外螺纹。
本发明的有益效果：
该可回旋式自适应冲击钻具，通过轴套内壁上的螺旋槽和中心杆上的螺旋齿滑动配合，中心杆带动钻头同步沿着螺旋槽轴向上下滑动，同时产生周向旋转，对岩层造成旋转冲击，实现加速破岩的目的；通过分流体的顶端和上接头上的变径中心孔间歇性接触配合，同时中心杆上安装有弹簧，使中心杆上行后，在钻井液和弹簧的共同作用下，将中心杆向下加速推出，实现冲击破岩，避免了钻头与较硬岩层的持续钻进产生的卡钻现象，同时有效提高了钻井效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中中心杆的结构示意图；
图3为图1中A处的局部放大结构示意图；
图4为本发明中中心杆螺旋齿处的结构示意图；
图5为本发明中轴套的结构示意图；
图6为本发明中分流体的结构示意图；
图7为本发明运动后的结构示意图。
图中：1、上接头；2、分流体；3、套管；4、弹簧；5、中心杆；6、轴套；7、承重体；8、单向阀；9、外凸缘；10、钻头；11、螺旋槽；12、螺旋齿；13、外凸沿；14、平衡孔；15、旁通孔；16、内凸缘；17、中心孔；18、变径中心孔。
具体实施方式
该可回旋式自适应冲击钻具由上接头1、套管3、分流体2、中心杆5和承重体7构成，套管3一端螺纹安装有上接头1，套管3另一端螺纹安装有承重体7，套管3内通过轴套6安装有中心杆5，中心杆5的顶部螺纹安装有分流体2，中心杆5的底端延伸至承重体7外端，延伸至承重体7外端的中心杆5端头上螺纹安装有钻头10。
中心杆5为变径中空体，中心杆5的上端圆周上设置有外凸缘9，外凸缘9下方的中心杆5的圆周上设置有螺旋齿12，与螺旋齿12对应的轴套6内壁上设置有螺旋槽11，通过螺旋齿12与螺旋槽11的配合滑动螺旋连接，使得在周向的反扭矩作用下，中心杆5与轴套6发生相对位移，中心杆5与轴套6、承重体7和套管3之间活动连接，其中中心杆5的外凸缘9与套管3之间设置有密封圈，目的是在钻具活动过程中，防止钻井液流入到轴套6上。
轴套6一端与中心杆5的外凸缘9接触连接，承重体7的端面对轴套6轴向限位，轴套6与套管3固定连接。
套管3上端口内壁上设置有内凸缘16，内凸缘16与外凸缘9之间的中心杆5上套装有弹簧4，弹簧4对应的套管3壁上对称设置有平衡孔14，平衡孔14内装有单向阀8，单向阀8的作用是钻具在运动过程中使钻具的内外压强平衡。
上接头1内环空设置有分流体2，上接头1上设置有变径中心孔18，变径中心孔18的大径端与分流体2的顶部间歇性接触配合连接。
分流体2为锥形体，分流体2的中心部位设置有中心盲孔，分流体2的圆周上设置有外凸沿13，外凸沿13上方的分流体2圆周上均布有旁通孔15，旁通孔15与中心盲孔连通，外凸沿13下方的分流体2锥段圆周上设置有外螺纹。
该冲击钻具装配时，通过上接头1连接钻柱，中心杆5连接钻头10，在正常钻井工作过程中，钻柱带动该冲击钻具整体转动，通过螺旋槽11和螺旋齿12的配合实现扭矩的传递，钻井液经过上接头1与分流体2之间的环空，由分流体2上的旁通孔15和中心盲孔流入到中心杆5的中心孔17中，再进入钻头10，然后从钻头10的水眼中高速喷出。
该冲击钻具工作时，当高速旋转的钻头10与底部岩层接触后受到较大的阻力，导致钻头10处的扭矩突然增大，钻头10与中心杆5螺纹连接，中心杆5的转速突然降低，使中心杆5与轴套6之间产生转速差，中心杆5对轴套6形成了周向的反扭矩，在周向的反扭矩作用下，中心杆5上的螺旋齿12与轴套6内壁上的螺旋槽11发生相对位移（中心杆5与轴套6之间相对收缩），从而将钻头10处的反扭矩转换成中心杆5的螺旋上行力，在中心杆5在螺旋上升的过程中，通过外凸缘9压缩弹簧4使其蓄能，同时，中心杆5的上升带动钻头10上升使钻头10与岩层脱离。
随着中心杆5的上升，与中心杆5顶部螺纹连接的分流体2同步上升，当分流体2的顶部与上接头1变径中心孔18的大径端接触后，上接头1的变径中心孔对分流体2形成轴向限位，中心杆5不再上升，同时，分流体2对上接头1形成堵塞，钻井液无法继续流入钻具中，随着钻柱中的钻井液持续注入，钻井液在钻柱与上接头1中形成憋压。
由于中心杆5的上升，钻头10与岩层脱离，钻头10处的反扭矩力（阻力）全部消失，此时弹簧4不再被压缩，在钻井液的压力和弹簧4弹力的共同作用下，通过分流体2和外凸缘9推动中心杆5，使中心杆5加速反向螺旋下行，在中心杆5下行的过程中，当外凸沿13的端面与内凸缘16的端面接触时，内凸缘16对外凸沿13形成轴向限位，中心杆5停止下行。
同时，钻井液从钻柱和上接头1中冲出，由环空、旁通孔15、中心盲孔和中心孔17进入钻头10，从钻头10的水眼中高速喷出冲击岩层，在弹簧4推动外凸缘9下行的过程中，弹簧4所在的空腔逐渐增大，在单向阀8的作用下，空腔内部压强小于外部压强，增加了环空与上接头1之间钻井液的压强差，增大了钻井液的冲击力，内凸缘16与中心杆5相对滑动的过程中，少量的钻井液流入弹簧4所在的空腔内，使压力平衡；随着中心杆5的加速下行，钻头10对岩层造成轴向冲击，实现冲击破岩的目的，由此一个冲击钻井循环完成。
该可回旋式自适应冲击钻具，通过轴套6内壁上的螺旋槽11和中心杆5上的螺旋齿12滑动配合，中心杆5带动钻头10同步沿着螺旋槽11轴向上下滑动，同时产生周向旋转，对岩层造成旋转冲击，实现加速破岩的目的；通过分流体2的顶端和上接头1上变径中心孔18的大径端间歇性接触配合，中心杆5上安装有弹簧4，使中心杆5上行后，弹簧4被压缩蓄能同时钻井液在上接头1中形成憋压，在钻井液和弹簧4的共同作用下，将中心杆5加速向下推出，实现轴向冲击破岩，通过对岩层的反复冲击破岩钻进，避免了钻头10与较硬岩层的持续钻进导致的卡钻现象，解决了现有技术中易发生卡钻，钻井效率低的问题。
Claims (3)
1.一种可回旋式自适应冲击钻具，它由上接头（1）、套管（3）、分流体（2）、中心杆（5）和承重体（7）构成，套管（3）一端螺纹安装有上接头（1），套管（3）另一端螺纹安装有承重体（7），套管（3）内通过轴套（6）安装有中心杆（5），其特征在于：中心杆（5）的顶部螺纹安装有分流体（2），所述的分流体（2）为锥形体，分流体（2）的中心部位设置有中心盲孔，分流体（2）的圆周上设置有外凸沿（13），外凸沿（13）上方的分流体（2）圆周上均布有旁通孔（15），旁通孔（15）与中心盲孔连通，外凸沿（13）下方的分流体（2）锥段圆周上设置有外螺纹；中心杆（5）的底端延伸至承重体（7）外端，延伸至承重体（7）外端的中心杆（5）端头螺纹安装有钻头（10）；所述的中心杆（5）为变径中空体，中心杆（5）的上端圆周上设置有外凸缘（9），外凸缘（9）下方的中心杆（5）的圆周上设置有螺旋齿（12）；所述的轴套（6）内壁上对应螺旋齿（12）设置有螺旋槽（11），中心杆（5）与轴套（6）之间通过螺旋齿（12）与螺旋槽（11）的配合滑动螺旋连接，轴套（6）一端与中心杆（5）的外凸缘（9）接触连接，承重体（7）的端面对轴套（6）轴向限位；所述的套管（3）上端口内壁上设置有内凸缘（16），内凸缘（16）与外凸缘（9）之间的中心杆（5）上套装有弹簧（4），工作时，当高速旋转的钻头（10）与底部岩层接触后受到较大的阻力，导致钻头（10）处的扭矩突然增大，钻头（10）与中心杆（5）螺纹连接，中心杆（5）的转速突然降低，使中心杆（5）与轴套（6）之间产生转速差，中心杆（5）对轴套（6）形成了周向的反扭矩，在周向的反扭矩作用下，中心杆（5）上的螺旋齿（12）与轴套（6）内壁上的螺旋槽（11）发生相对位移，从而将钻头（10）处的反扭矩转换成中心杆（5）的螺旋上行力，在中心杆（5）在螺旋上升的过程中，通过外凸缘（9）压缩弹簧（4）使其蓄能，同时，中心杆（5）的上升带动钻头（10）上升使钻头（10）与岩层脱离。
2.根据权利要求1所述的一种可回旋式自适应冲击钻具，其特征在于：所述的弹簧（4）对应的套管（3）壁上对称设置有平衡孔（14），平衡孔（14）内装有单向阀（8）。
3.根据权利要求1所述的一种可回旋式自适应冲击钻具，其特征在于：所述的上接头（1）上设置有变径中心孔（18）。
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