CN116220558B - 一种石油钻井用减振式提速工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井机械领域，特别是一种石油钻井用减振式提速工具，包括外壳和转轴，转轴与外壳转动连接；转轴的上端开设有与转轴同轴的沉孔，沉孔侧壁上开设有将沉孔与流动腔连通的第一通孔；转板固定在转轴的下端固定有转板；转板上开设有多个上下贯通转板的进液孔；流动腔内滑动连接有适配器；适配器与转板之间有间隔设为挤压腔；转板转动套筒间歇性上下遮挡适配器上的第二通孔使挤压腔内液体间歇性进入适配器内的泄压通道。本发明能够在岩石开钻时，提速更快，冲击力更强，并且能够减少钻头的振动，对钻头进行保护。

Description

一种石油钻井用减振式提速工具

技术领域

本发明属于石油钻井机械领域，具体涉及一种石油钻井用减振式提速工具。

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。

公开号为：CN109915041A的专利，公开了一种液压缓振井下提速钻具。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。

对比文件在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，能够增加钻头钻井时的冲击力，提高钻井效率。对比文件通过间歇性的憋压与泄压来增加钻头向下钻井时的冲击力，来提高钻井的效率。

对比文件中，憋压时间最长为过流孔道旋转360°的时间，加压时间较短，使得憋压压强达到的最大值有限。

随着钻井深度的提升，岩层的硬度提高，需要提高憋压压强的极限最大值。这使得本领域技术人员如何对上述方案进行改进以进一步提高钻头的钻井效率成为了新的研究课题。

针对于此，本申请设计一种石油钻井用减振式提速工具，用于解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石油钻井用减振式提速工具，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石油钻井用减振式提速工具，包括外壳和转轴，所述的转轴与所述的外壳转动连接，所述的外壳与所述的转轴之间形成流动腔，所述的转轴的上端开设有与转轴同轴的沉孔，所述的沉孔侧壁上开设有将沉孔与流动腔连通的第一通孔，所述的转轴的下端固定转板，所述的转板上开设有多个上下贯通转板的进液孔，所述的外壳内下部滑动设置有适配器，适配器与转板之间有间隔设为挤压腔，所述的适配器内开设有上下贯通的泄压通道，转板的下方固定设置有连接管；

所述的连接管外侧套设有螺母，螺母限位滑动设置于挤压腔内，所述的连接管、螺母之间设置有滚珠，所述的连接管、螺母、滚珠构成往复滚珠丝杠副，螺母上固定设置有套筒，所述的连接管上设置有若干第二通孔，转板转动套筒间歇性上下遮挡第二通孔使挤压腔内液体间歇性进入泄压通道。

优选的，所述的外壳的上端安装有上接头，所述的上接头与所述的外壳之间可拆卸连接；所述的上接头上开设有与沉孔相通的进液口；所述的上接头上安装有减震器。

优选的，所述的转轴与所述的外壳之间通过轴承转动连接；所述的转轴的外侧固定有与转轴同轴的涡轮转子，所述的涡轮转子位于所述的第一通孔与所述的转板之间。

优选的，所述的适配器下端安装有位于外壳下方的下接头，所述的下接头上开设有上下贯通的液体通道，所述的液体通道与所述的泄压通道相通。

优选的，所述的外壳的内壁上设置有多个呈上下方向布置的限位滑槽，螺母的外壁上固定有多个固定杆，固定杆的外侧端与限位滑槽限位滑动连接。

优选的，所述连接管上的双向螺纹由两条旋向相反的螺纹槽、两条螺纹槽的相同方向的端部之间的过渡槽构成，所述每条螺纹槽的旋转角度不小于360度，螺母内壁设置有用于对滚珠进行限位的限位槽，滚珠处于限位槽和双向螺纹之间，滚珠处于上方的过渡槽及两条螺纹槽内，套筒对第二通孔遮挡。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：钻井液经转轴驱动连接管转动，使得第二通孔间歇性打开或关闭，使得挤压腔内间歇性增压和泄压，驱动适配器往复上下移动，使得钻头在工作时，产生振动，增大钻井效率。

同时，在本申请中，可以通过控制控制套筒的高度以及其上下移动的行程来控制憋压时间，在岩石较为坚硬时，可以通过调整第二通孔被遮挡的时长，使得憋压时间更长。当憋压时间加长时，相应的加压时间加长，从而使得憋压压强的最大值增大最终能够实现对岩石更加好的破击效果。

并且在本申请中，可以根据实际情况来选择套筒的不同规格，以及套筒上下移动的位移，来调整挤压腔内聚集钻井液的时长。使得挤压腔内压强最大值能够根据实际情况进行调整，能实现较大的调整范围，本申请中所述的提速工具使用范围更广。

此外，钻井过程中，当钻头遇到向上的振动时，减震器对钻头施加阻碍钻头向上移动的阻力起到减振的作用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明的主视剖面图；

图2为本发明适配器与外壳连接的局部剖面图；

图3为本发明连接管和螺母的三维示意图；

图4为实施例2中螺母的局部剖面示意图。

图中：1、外壳；2、上接头；3、转轴；4、第一通孔；5、轴承；6、涡轮转子；7、流动腔；8、转板；9、进液孔；10、连接管；11、第二通孔；12、螺母；13、套筒；14、固定杆；15、挤压腔；16、适配器；17、下接头；18、液体通道；19、限位滑槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种石油钻井用减振式提速工具，包括外壳1。所述的外壳1内转动安装有转轴3。具体的，所述的转轴3与所述的外壳1之间通过轴承5转动连接。所述的外壳1与所述的转轴3之间形成流动腔7。所述的转轴3的上端开设有与转轴3同轴的沉孔。所述的沉孔侧壁上开设有将沉孔与流动腔7连通的第一通孔4。

所述的外壳1的上端安装有上接头2，所述的上接头2与所述的外壳1之间可拆卸连接。所述的上接头2上开设有与沉孔相通的进液口。钻井液经进液口到达沉孔，随后经第一通孔4流入到流动腔7内。所述的转轴3的下端固定安装有与转轴3同轴的转板8。所述的转板8上开设有多个上下贯通转板8的进液孔9；

所述的转板8上方的转轴3上固定安装有与所述的转轴3同轴的涡轮转子6。所述的涡轮转子6位于所述的第一通孔4下方。从第一通孔4流出的钻井液作用于涡轮转子6并带动涡轮转子6转动，涡轮转子6转动带动转轴3共同转动。

所述的外壳1内下部滑动设置有适配器16，适配器16与转板8之间有间隔设为挤压腔15，所述的适配器16内开设有上下贯通的泄压通道。

转板8的下方固定设置有连接管10，所述的连接管10外侧套设有螺母12，螺母12限位滑动设置于挤压腔15内，所述的连接管10、螺母12之间设置有滚珠，所述的连接管10、螺母12、滚珠构成往复滚珠丝杠副，螺母12上固定设置有套筒13，所述的连接管10上设置有若干第二通孔11，转板8转动套筒13间歇性上下遮挡第二通孔11使挤压腔15内液体间歇性进入泄压通道。

所述的外壳1的内壁上设置有多个呈上下方向布置的限位滑槽19，螺母12的外壁上固定有多个固定杆14，固定杆14的外侧端与限位滑槽19限位滑动连接。所述的限位滑槽19呈T形结构，固定杆14的外侧端与限位滑槽19配合，实现上下方向的限位滑动。固定杆14与限位滑槽19一一对应设置。

所述的适配器16下端安装有位于外壳1下方的下接头17。所述的下接头17上开设有上下贯通的液体通道18。所述的液体通道18与所述的泄压通道相通。所述的转轴3转动时带动转板8共同转动。转板8带动连接管10共同转动。连接管10转动过程中，使得螺母12上下往复运动，进而使得套筒13间歇性的遮挡第二通孔11。套筒13遮挡第二通孔11时，所述的挤压腔15内的钻井液无法进入到泄压通道。套筒13脱离第二通孔11时，所述的挤压腔15内的钻井液可以进入到泄压通道进行泄压。

所述的上接头2上方安装有减震器。下接头17下方可拆卸安装有钻头。在钻头使用过程中产生震动时，减震器可以减轻钻头的震动。所述的减震器属于现有技术，在此不做详细赘述。

本发明的工作原理及使用流程如下：

图1至图4中所示状态均为所述提速工具的初始状态。

使用前，将上接头2与外部的驱动装置连接，将下接头17与钻头连接。

使用时，启动外部的驱动装置带动所述提速工具以及钻头整体进行旋转。钻井液通过上接头2、转轴3的沉孔和第一通孔4进入流动腔7中。钻井液向下流动会推动涡轮转子6旋转。涡轮转子6会带动转轴3旋转。转轴3带动转板8和连接管10旋转。

流动腔7内的钻井液会通过进液孔9进入挤压腔15中。

第二通孔11被套筒13遮蔽，所述的挤压腔15内的钻井液无法进入到泄压通道。这样挤压腔15内的钻井液越来越多。

钻井液向下的压力会推动适配器16向下移动，可快速带动钻头向下移动，进而对岩层进行冲击。

套筒13不再遮挡第二通孔11时，所述的挤压腔15内的钻井液可以进入到泄压通道进行泄压。即挤压腔15内的钻井液便会通过第二通孔11、连接管10、适配器16、下接头17流出到钻头。

由于挤压腔15处于泄压状态，适配器16受到钻头的轴向作用力上行，挤压腔15的容积变小，提高了钻井液经过第二通孔11的流速，进而提高了经钻井经第二通孔11进入钻头的流速，能够加速泄压过程。

第二通孔11会交替性的在开通状态和关闭状态之间转换，进而使上述过程一直重复，这样钻头便会进行上下往复移动而对岩层冲击，增加了钻探速度。

所述提速工具在使用的过程中，当钻头遇到硬质物质的阻挡产生向上的振动时，上接头2上的减震器可对钻头的震动起到缓冲作用。

实施例2

所述连接管10上双向螺纹由两条旋向相反的螺纹槽、两条螺纹槽的相同方向的端部之间的过渡槽构成，所述每条螺纹槽的旋转角度不小于360度。如图4所示，螺母12内壁设置有用于对滚珠进行限位的限位槽。滚珠处于限位槽和双向螺纹之间。滚珠处于上方的过渡槽及两条螺纹槽内，套筒13对第二通孔11遮挡。

以每条螺纹槽的旋转角度为360度为例。当套筒13处于运动范围最低极限位置套筒13不对第二通孔11遮挡。然后套筒13开始向上移动，滚珠进入螺纹槽，套筒13对第二通孔11进行遮挡。这样涡轮转子6每转过2圈，套筒13完成一次上下往复运动。即，套筒13对第二通孔11完成遮挡、不遮挡的一次循环交替。

载涡轮转子6旋转过程中，第二通孔11在更长的时间内被遮挡，从而延长了挤压腔15内聚集钻井液的时长，可有效提高挤压腔15内压强，增大钻井液对适配器16的推动力。这样，一方面提高了钻头作用于地层的作用力，另一方面也减轻了钻头反作用于适配器16的振动。

并且在本申请中，可以根据实际情况来选择套筒13的不同规格，以及套筒13上下移动的位移，来调整挤压腔15内聚集钻井液的时长。使得挤压腔15内压强最大值能够根据实际情况进行调整，能实现较大的调整范围，本申请中所述的提速工具使用范围更广。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种石油钻井用减振式提速工具，包括外壳（1）和转轴（3），所述的转轴（3）与所述的外壳（1）转动连接，所述的外壳（1）与所述的转轴（3）之间形成流动腔（7），所述的转轴（3）的上端开设有与转轴（3）同轴的沉孔，所述的沉孔侧壁上开设有将沉孔与流动腔（7）连通的第一通孔（4），所述的转轴（3）的下端固定转板（8），所述的转板（8）上开设有多个上下贯通转板（8）的进液孔（9），所述的外壳（1）内下部滑动设置有适配器（16），适配器（16）与转板（8）之间有间隔设为挤压腔（15），所述的适配器（16）内开设有上下贯通的泄压通道，转板（8）的下方固定设置有连接管（10）；

其特征在于：所述的连接管（10）外侧套设有螺母（12），螺母（12）限位滑动设置于挤压腔（15）内，所述的连接管（10）、螺母（12）之间设置有滚珠，所述的连接管（10）、螺母（12）、滚珠构成往复滚珠丝杠副，螺母（12）上固定设置有套筒（13），所述的连接管（10）上设置有若干第二通孔（11），转板（8）转动套筒（13）间歇性上下遮挡第二通孔（11）使挤压腔（15）内液体间歇性进入泄压通道；

所述连接管（10）上的双向螺纹由两条旋向相反的螺纹槽、两条螺纹槽的相同方向的端部之间的过渡槽构成，所述每条螺纹槽的旋转角度不小于360度，螺母（12）内壁设置有用于对滚珠进行限位的限位槽，滚珠处于限位槽和双向螺纹之间，滚珠处于上方的过渡槽及两条螺纹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻井用减振式提速工具，其特征在于：所述的外壳（1）的上端安装有上接头（2），所述的上接头（2）与所述的外壳（1）之间可拆卸连接；所述的上接头（2）上开设有与沉孔相通的进液口；所述的上接头（2）上安装有减震器。

3.根据权利要求1所述的一种石油钻井用减振式提速工具，其特征在于：所述的转轴（3）与所述的外壳（1）之间通过轴承（5）转动连接；所述的转轴（3）的外侧固定有与转轴（3）同轴的涡轮转子（6），所述的涡轮转子（6）位于所述的第一通孔（4）与所述的转板（8）之间。

4.根据权利要求1所述的一种石油钻井用减振式提速工具，其特征在于：所述的适配器（16）下端安装有位于外壳（1）下方的下接头（17），所述的下接头（17）上开设有上下贯通的液体通道（18），所述的液体通道（18）与所述的泄压通道相通。

5.根据权利要求1所述的一种石油钻井用减振式提速工具，其特征在于：

所述的外壳（1）的内壁上设置有多个呈上下方向布置的限位滑槽（19），螺母（12）的外壁上固定有多个固定杆（14），固定杆（14）的外侧端与限位滑槽（19）限位滑动连接。