CN203296692U

CN203296692U - 一种扭压双冲工具

Info

Publication number: CN203296692U
Application number: CN2013203453945U
Authority: CN
Inventors: 彭书畅; 彭苑书
Original assignee: NANCHONG KETAN TOOLS CO Ltd
Current assignee: NANCHONG KETAN TOOLS CO Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-06-17

Abstract

本实用新型公开了一种扭压双冲工具，解决PDC钻头和金刚石钻头在硬地层中在钻进方向难吃入、在旋转方向易蹩钻，难吃入引起机械钻速慢、蹩钻引起PDC钻头和金刚石钻头早期损坏的问题。本实用新型包括依次连接的上接头、壳体，固定于壳体内部的上轴承座、上动力部件、上止推轴承定座、下动力部件、下止推轴承定座、垫圈、下轴承外环、止推轴承上环、上动力轴、上止推轴承动座、调压轴心、调压轴套、下动力轴；下动力轴上还依次连接有下止推轴承动座、下轴承内环、止推轴承下环，下动力轴中部还设有第二径向流道，所述调压轴套和下动力轴的中心部设有中心流道，所述调压轴心下部的径向流道与调压轴套上部的径向流道组成控制阀。本实用新型结构简单，寿命长，易于推广。

Description

一种扭压双冲工具

技术领域

本实用新型涉及一种在石油钻井和地质钻井中提高PDC钻头及金刚石钻头在中到极硬地层中的机械钻速和进尺的钻井工具。

背景技术

随着勘探开发的不断发展和增储上产的需要，深井和超深井不断增多，深部难钻地层越来越多。这些地层中的机械钻速慢，地层硬、研磨性强，PDC钻头、金刚石钻头和牙轮钻头的使用效果都较差。尤其是一些泥页岩地层中，PDC钻头和金刚石钻头显示出不适应的现象，严重影响了钻井速度和勘探开发速度。如四川的陆相地层和深部地层、南疆的深部地层、北疆的石炭系地层、胜利油田的深部地层和东北地区的深部地层，这些地层的共同特点都是钻头的机械钻速低和进尺少、钻井周期长且成本高，严重制约了深井技术的发展。

关于专利CN200910058083.9公开的“一种扭转冲击钻井工具”，采用螺杆马达作为动力部分，滑动冲击器作为冲击产生部分，两部分都存在寿命短的缺陷。并且不具有产生轴向冲击的能力。

关于专利CN200920297446.X公开的“一种用于硬地层的涡轮式扭转冲击钻具”，和CN201020535361.3公开的“一种低幅高频扭转冲击发生器”，和美国的TorkBuster扭转冲击发生器( 专利号：US 6742609B2)，采用涡轮马达作为动力部分，滑动冲击器作为冲击产生部分，滑动冲击器部分都存在寿命短的缺陷。并且不具有产生轴向冲击的能力。

关于专利CN201120093335.4公开的“旋扭钻井锤”，采用螺杆钻具或涡轮钻具作为动力部分，气动冲击扳手的打击器作为冲击产生部分，螺杆钻具和打击器都存在寿命短的缺陷。并且不具有产生轴向冲击的能力。

关于专利CN201010511421.2公开的“一种扭转冲击钻井工具”，和CN201020567011.5公开的“一种扭转冲击钻井工具”，采用开关水路作为动力部分和冲击产生部分，存在寿命短的缺陷。并且不具有产生轴向冲击的能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种扭压双冲工具，同时产生冲击扭矩和冲击钻压，解决PDC钻头和金刚石钻头在硬地层中在钻进方向难吃入、在旋转方向易蹩钻，难吃入引起机械钻速慢、蹩钻引起PDC钻头和金刚石钻头早期损坏的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种扭压双冲工具，包括依次连接的上接头、壳体，固定于壳体一端内部的上轴承座，固定于壳体另一端内部的下轴承外环和位于断面的止推轴承上环，设置于上轴承座和下轴承外环之间并固定于壳体内部的上动力部件、上止推轴承定座、下动力部件、下止推轴承定座、垫圈，与上动力部件连接的上动力轴，固定于上动力轴上的上止推轴承动座，与上动力轴相连且下部具有径向流道的调压轴心，与调压轴心相连且上部具有径向流道的调压轴套，以及与调压轴套相连的下动力轴，所述上动力部件由与上止推轴承定座相连的上涡轮定子和固定于上动力轴上的上涡轮转子组成，所述下动力部件由与上止推轴承定座相连的下涡轮定子和固定于下动力轴上的下涡轮转子组成；所述下动力轴上还依次连接有下止推轴承动座、下轴承内环和止推轴承下环，所述下动力轴中部还设有第二径向流道，所述调压轴套和下动力轴的中心部设有中心流道，所述调压轴心下部的径向流道与调压轴套上部的径向流道组成控制阀。

进一步地，所述上动力轴和调压轴心中设有平衡流道，且所述上动力轴、上轴承座和平衡流道构成平衡鼓。

再进一步地，所述上轴承座靠近上接头的一端设有带过滤孔的过滤器。

再进一步地，所述上涡轮定子替换为上螺杆定子，所述上涡轮转子替换为上螺杆转子。

另外，所述下涡轮定子替换下螺杆定子，所述下涡轮转子替换为下螺杆转子。

此外，所述上动力轴靠近上轴承座的一端外壁上还设有上内低摩耐磨装置，所述上轴承座内空上还设有上外低摩耐磨装置，所述调压轴心下端的外壁上同样设有内低摩耐磨耐冲装置，调压轴套内空上还设有外低摩耐磨耐冲装置，所述下轴承外环为设在壳体内的下低摩耐磨装置，所述下轴承内环为设在下动力轴上的下内低摩耐磨装置，所述止推轴承上环为设在壳体端面的上低摩耐磨装置，所述止推轴承下环为设在下动力轴上的下低摩耐磨装置，止推轴承上环与止推轴承下环构成低摩耐磨止推轴承；所述上止推轴承动座和上止推轴承定座之间设有低摩耐磨装置，使其构成上低摩耐磨止推轴承，所述下止推轴承动座和下止推轴承定座之间设有低摩耐磨装置，使其构成下低摩耐磨止推轴承；所述上低摩耐磨装置和上外低摩耐磨装置构成上低摩耐磨轴承，所述下内低摩耐磨装置和下外低摩耐磨装置构成下低摩耐磨轴承，所述内低摩耐磨耐冲装置和外低摩耐磨耐冲装置构成低摩耐磨耐冲轴承。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型在钻井液的驱动下，上涡轮转子驱动上动力轴转动，上动力轴带动调压轴心转动，使控制阀产生开闭动作，引起钻井液压力波动和流过下动力部件的钻井液流量波动，此钻井流量波动引起下涡轮转子产生的扭矩波动，即扭转冲击，传递到PDC钻头或金刚石钻头上达到扭转冲击破岩的目的；此钻井液压力波动在扭压双冲工具中产生波动的轴向力，此波动的轴向力叠加到钻压上，即钻压冲击，传递到PDC钻头或金刚石钻头上，有利于增加钻头对地层的吃入，达到钻压冲击破岩的目的。同时因为振动作用使地层岩石的裂纹扩展，降低了岩石的强度，降低了PDC钻头或金刚石钻头在较硬地层中的蹩钻能量，保护了PDC钻头或金刚石钻头。

（2）本实用新型周向和轴向振动能力强，可以有效提高机械钻速，能够降低钻井成本。

（3）本实用新型结构简单，操作方便，成本低廉，易于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型-实施例1的结构示意图。

图2为本实用新型-实施例2的结构示意图。

图3为本实用新型-实施例3的结构示意图。

其中，附图中标记对应的零部件名称为：1-上接头，2-壳体，3-上轴承座，4-下轴承外环，5-止推轴承上环，6-上涡轮定子，7-上止推轴承定座，8-下涡轮定子，9-下止推轴承定座，10-垫圈，11-上涡轮转子，12-上动力轴，13-上止推轴承动座，14-调压轴心，15-调压轴套，16-下动力轴，17-下涡轮转子，18-下止推轴承动座，19-下轴承内环，20-止推轴承下环，21-第二径向流道，22-中心流道，23-控制阀， 24-上内低摩耐磨装置，25-上外低摩耐磨装置，26-内低摩耐磨耐冲装置，27-外低摩耐磨耐冲装置，28-平衡流道，29-平衡鼓，30-过滤器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图1所示，一种扭压双冲工具，包括依次连接的上接头1、壳体2，固定于壳体2一端内部的上轴承座3，固定于壳体2另一端内部的下轴承外环4和位于断面的止推轴承上环5，设置于上轴承座3和下轴承外环4之间并固定于壳体2内部的上动力部件、上止推轴承定座7、下动力部件、下止推轴承定座9、垫圈10，与上动力部件连接的上动力轴12，固定于上动力轴12上的上止推轴承动座13，与上动力轴12相连且下部具有径向流道的调压轴心14，与调压轴心14相连且上部具有径向流道的调压轴套15，以及与调压轴套15相连的下动力轴16，所述上动力部件由与上止推轴承定座7相连的上涡轮定子6和固定于上动力轴12上的上涡轮转子11组成，所述下动力部件由与上止推轴承定座7相连的下涡轮定子8和固定于下动力轴16上的下涡轮转子17组成；所述下动力轴16上还依次连接有下止推轴承动座18、下轴承内环19和止推轴承下环20，所述下动力轴16中部还设有第二径向流道21，所述调压轴套15和下动力轴16的中心部设有中心流道22，所述调压轴心14下部的径向流道与调压轴套15上部的径向流道组成控制阀23，该控制阀可控制扭压工具轴向力的波动频率和钻柱的振动频率。

为了保证各部件之间的摩擦力较小，且各部件之间的接触面耐磨损，故而所述上动力轴12靠近上轴承座3的一端外壁上还设有上内低摩耐磨装置24，所述上轴承座3内空上还设有上外低摩耐磨装置25，所述调压轴心14下端的外壁上同样设有内低摩耐磨耐冲装置26，调压轴套15内空上还设有外低摩耐磨耐冲装置27，所述下轴承外环4为设在壳体2内的下低摩耐磨装置，所述下轴承内环19为设在下动力轴16上的下内低摩耐磨装置，所述止推轴承上环5为设在壳体2端面的上低摩耐磨装置，所述止推轴承下环20为设在下动力轴16上的下低摩耐磨装置，止推轴承上环5与止推轴承下环20构成低摩耐磨止推轴承；所述上止推轴承动座13和上止推轴承定座7之间设有低摩耐磨装置，使其构成上低摩耐磨止推轴承，所述下止推轴承动座18和下止推轴承定座9之间设有低摩耐磨装置，使其构成下低摩耐磨止推轴承；所述上低摩耐磨装置24和上外低摩耐磨装置25构成上低摩耐磨轴承，所述下内低摩耐磨装置和下外低摩耐磨装置构成下低摩耐磨轴承，所述内低摩耐磨耐冲装置26和外低摩耐磨耐冲装置27构成低摩耐磨耐冲轴承。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别仅在于在所述上动力轴12和调压轴心14中设有平衡流道28，以及所述上轴承座4由实施例1中的开放端变成封闭端，从而使所述上动力轴12、上轴承座3和平衡流道28构成平衡鼓29，该平衡鼓29用于降低动力轴12和止推轴承7上的轴向力，使轴向力通过上轴承座3传递到壳体2，以提高动力轴12和止推轴承7的寿命，从而提高本实用新型的使用寿命。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的区别仅在于在所述上轴承座3的上端面由圆平面改为带有过滤孔的过滤器30。该过滤器主要用于过滤掉钻井液中的过大颗粒，预防过大颗粒堵塞上涡轮定子6、上涡轮转子11、下涡轮定子8和下涡轮转子17，以增加本实用新型的工作可靠性和使用寿命。

实施例4

本实施例与实施例1～3的区别仅在于所述上涡轮定子6替换为上螺杆定子，上涡轮转子11替换为上螺杆转子；下涡轮定子8替换为下螺杆定子，下涡轮转子17替换为下螺杆转子。

本使用新型工作过程，钻井液经过上接头1的内孔流经过滤器30、上轴承座3的流道，再流经上涡轮定子6和上涡轮转子11，使上涡轮转子11产生高速转动，驱动上动力轴12转动，上动力轴12带动调压轴心14转动，调压轴心14的转动引起控制阀23的周期性打开和关闭。控制阀23打开时，钻井液主要通过控制阀23流到中心流道22，压降最小，流到下动力部件的钻井液就少，下涡轮转子17产生的扭矩就小；控制阀23关闭时，钻井液几乎都流到下动力部件，下涡轮转子17产生的扭矩最大，压降也最大，就是下动力部件的压降。在本实用新型内部的压降波动使其产生周期性的波动的轴向力，此波动的轴向力叠加到钻头的钻压上。所述的波动的扭矩即扭转冲击，波动的钻压即钻压冲击。所述扭转冲击和钻压冲击作用在PDC钻头或金刚石钻头上，一方面钻压冲击能增强钻头的吃入能力；另一方面钻压冲击和扭转冲击引起地层岩石的裂纹扩展，降低岩石的强度，提高岩石的可钻性，达到提高钻头的机械钻速的目的，进而缩短钻井周期，降低钻井成本。低摩阻高耐磨滑动轴承、低摩阻高耐磨滑动止推轴承和高耐冲蚀控制阀有利于本实用新型的可靠性、寿命和工作性能。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种扭压双冲工具，包括依次连接的上接头（1）、壳体（2），固定于壳体（2）一端内部的上轴承座（3），固定于壳体（2）另一端内部的下轴承外环（4）和位于断面的止推轴承上环（5），设置于上轴承座（3）和下轴承外环（4）之间并固定于壳体（2）内部的上动力部件、上止推轴承定座（7）、下动力部件、下止推轴承定座（9）、垫圈（10），与上动力部件连接的上动力轴（12），固定于上动力轴（12）上的上止推轴承动座（13），与上动力轴（12）相连且下部具有径向流道的调压轴心（14），与调压轴心（14）相连且上部具有径向流道的调压轴套（15），以及与调压轴套（15）相连的下动力轴（16），其特征在于，所述上动力部件由与上止推轴承定座（7）相连的上涡轮定子（6）和固定于上动力轴（12）上的上涡轮转子（11）组成，所述下动力部件由与上止推轴承定座（7）相连的下涡轮定子（8）和固定于下动力轴（16）上的下涡轮转子（17）组成；所述下动力轴（16）上还依次连接有下止推轴承动座（18）、下轴承内环（19）和止推轴承下环（20），所述下动力轴（16）中部还设有第二径向流道（21），所述调压轴套（15）和下动力轴（16）的中心部设有中心流道（22），所述调压轴心（14）下部的径向流道与调压轴套（15）上部的径向流道组成控制阀（23）。

2.根据权利要求1所述的一种扭压双冲工具，其特征在于：所述上动力轴（12）和调压轴心（14）中设有平衡流道（28），且所述上动力轴（12）、上轴承座（3）和平衡流道（28）构成平衡鼓（29）。

3.根据权利要求2所述的一种扭压双冲工具，其特征在于：所述上轴承座（3）靠近上接头（1）的一端设有带过滤孔的过滤器（30）。

4.根据权利要求1所述的一种扭压双冲工具，其特征在于：所述上涡轮定子（6）替换为上螺杆定子，所述上涡轮转子（11）替换为上螺杆转子。

5.根据权利要求1所述的一种扭压双冲工具，其特征在于：所述下涡轮定子（8）替换下螺杆定子，所述下涡轮转子（17）替换为下螺杆转子。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种扭压双冲工具，其特征在于：所述上动力轴（12）靠近上轴承座（3）的一端外壁上还设有上内低摩耐磨装置（24），所述上轴承座（3）内空上还设有上外低摩耐磨装置（25），所述调压轴心（14）下端的外壁上同样设有内低摩耐磨耐冲装置（26），调压轴套（15）内空上还设有外低摩耐磨耐冲装置（27），所述下轴承外环（4）为设在壳体（2）内的下低摩耐磨装置，所述下轴承内环（19）为设在下动力轴（16）上的下内低摩耐磨装置，所述止推轴承上环（5）为设在壳体（2）端面的上低摩耐磨装置，所述止推轴承下环（20）为设在下动力轴（16）上的下低摩耐磨装置，止推轴承上环（5）与止推轴承下环（20）构成低摩耐磨止推轴承；所述上止推轴承动座（13）和上止推轴承定座（7）之间设有低摩耐磨装置，使其构成上低摩耐磨止推轴承，所述下止推轴承动座（18）和下止推轴承定座（9）之间设有低摩耐磨装置，使其构成下低摩耐磨止推轴承；所述上低摩耐磨装置（24）和上外低摩耐磨装置（25）构成上低摩耐磨轴承，所述下内低摩耐磨装置和下外低摩耐磨装置构成下低摩耐磨轴承，所述内低摩耐磨耐冲装置（26）和外低摩耐磨耐冲装置（27）构成低摩耐磨耐冲轴承。