CN205936390U - 一种近钻头旋转振动钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种近钻头旋转振动钻井工具，包括：中外筒，所述中外筒内设有花键心轴，所述花键心轴中部沿圆周方向延伸有第一凸台，所述花键心轴上套有一号止推轴承，所述一号止推轴承固接在第一凸台的上端面上；所述花键心轴上套有第一凸轮，且第一凸轮的下表面与一号止推轴承的上表面接触，靠近第一凸台处的中外筒内壁沿圆周方向延伸有第二凸台，所述第二凸台和第一凸台之间有空隙，所述第一凸轮与第二凸台花键配合连接。本实用新型所述的钻井工具提高了硬地层钻井的机械钻速，缓解了近钻头托压和钻头粘滑现象，解决了深定向井、大位移井、水平井等钻井提速的问题，为定向斜井钻进提供了有效的提速手段。
Description
技术领域
本发明创造属于油气钻井技术领域，尤其是涉及一种近钻头旋转振动钻井工具。
背景技术
目前普通旋转钻井已不能满足硬地层及深定向井、大位移井、水平井的施工需求，不仅机械钻速低钻时长而且会降低螺杆马达和钻头的使用寿命，尤其在定向造斜钻进时更加棘手。旋转冲击钻井技术是提高机械钻速的一种重要手段，通过在钻头上端增加冲击工具的方法为钻头施加冲击振动能量，达到破岩目的，而且促进钻压传递，缓解钻头粘滑现象，但是目前多数旋冲钻井冲击器只能应用于直井，而且与PDC钻头的匹配性不好，具有一定应用局限性，而将冲击振动机构和螺杆马达集成为一体的工具技术则可以解决这些问题，具有更广阔的应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种近钻头旋转振动钻井工具，以提高硬地层钻井的机械钻速，缓解近钻头托压和钻头粘滑现象，解决深定向井、大位移井、水平井等钻井提速的问题，为定向斜井钻进提供有效的提速手段。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种近钻头旋转振动钻井工具，包括：
中外筒，所述中外筒内设有花键心轴，所述花键心轴中部沿圆周方向延伸有第一凸台，所述花键心轴上套有一号止推轴承，所述一号止推轴承固接在第一凸台的上端面上；
所述花键心轴上套有第一凸轮，且第一凸轮的下表面与一号止推轴承的上表面接触，靠近第一凸台处的中外筒内壁沿圆周方向延伸有第二凸台，所述第二凸台和第一凸台之间有空隙，所述第一凸轮与第二凸台花键配合连接；
所述第一凸轮上方设有第二凸轮，所述第二凸轮套在花键心轴上，且与花键心轴键连接，该工具正常钻进过程中，第二凸轮的凸齿与第一凸轮的凸齿啮合，所述第二凸轮上部沿外圆周延伸出第三凸台，该工具起钻时，第二凸轮下落，第二凸轮上的第三凸台的下表面与第二凸台的上表面接触，第二凸轮的凸齿与第一凸轮的凸齿分离；
所述第二凸轮上方设有碟形弹簧组，所述碟形弹簧组套在花键心轴上，该工具正常钻进过程中，所述碟形弹簧组的一端与第二凸轮的上表面抵接，所述碟形弹簧组的另一端固接有碟簧座，所述碟簧座套在花键心轴上，且与中外筒固接；
所述花键心轴的下部连接有下接头，且部分下接头置于中外筒内，花键心轴的第一凸台的下表面与下接头的上端面之间固接有防掉帽。
进一步的，所述中外筒下端固接有下外筒，且下外筒套在下接头上，所述下外筒的上端面与第二凸台的下端面之间形成可供花键心轴上下移动的密封空间；
密封空间内的下接头上由上到下依次套有二号止推轴承、下密封环和三号止推轴承，所述三号止推轴承固接在下外筒的上端面上，该工具起钻时，所述防掉帽的下端面与二号止推轴承的上端面贴合。
进一步的，所述中外筒上开有若干与密封空间连通的注油孔，所述注油孔上分别安装有注油堵。
进一步的，所述下密封环的外圆周上安装有多个五号O型密封圈，下密封环的内圆周上安装有多个下Yx密封圈。
进一步的，所述花键心轴的下端面上固接有调整垫块。
进一步的，所述花键心轴下部的外圆周上安装有多个六号O型密封圈。
进一步的，所述中外筒上端固接有上外筒，且上外筒与中外筒连接处的上外筒的外圆周上安装有多个一号O型密封圈。
进一步的，所述碟簧座的上端面上设有上密封环，且上密封环套在花键心轴上，所述上密封环的上端面与上外筒的下端面贴合，所述上密封环的外圆周上安装有多个二号O型密封圈，上密封环的内圆周上安装有多个上Yx密封圈。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种近钻头旋转振动钻井工具具有以下优势：
本发明所述的钻井工具在正常钻进时，利用碟形弹簧组的弹性势能产生一定频率的轴向振动能量，振动能量则依次通过第一凸轮、第二凸轮、一号止推轴承、花键心轴、防掉帽、下接头，最终传递给钻头，提高了硬地层钻井的机械钻速，缓解了近钻头托压和钻头粘滑现象，解决深定向井、大位移井、水平井等钻井提速的问题，为定向斜井钻进提供有效的提速手段；
当起钻时，由于钻头和内部零件的自重，花键心轴向下移动，第一凸轮与第二凸轮的凸齿不能啮合，且碟形弹簧组完全处于自由状态，不会积蓄弹性势能，因此不会产生轴向振动能量，实现防空打功能。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的整体结构示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图。
附图标记说明：
1-上外筒；2-中外筒；211-第二凸台；212-密封空间；3-一号O型密封圈；4-上Yx密封圈；5-上密封环；6-二号O型密封圈；7-固定销；8-三号O型密封圈；9-上挡圈；10-碟簧座；11-碟形弹簧组；12-锁键；13-第二凸轮；131-第三凸台；14-第一凸轮；15-一号止推轴承；16-花键心轴；161-第一凸台；17-注油堵；171-注油孔；18-下挡圈；19-四号O型密封圈；20-防掉帽；21-二号止推轴承；22-五号O型密封圈；23-下密封环；24-下Yx密封圈；25-三号止推轴承；26-六号O型密封圈；27-下外筒；28-调整垫块；29-下接头。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1-2所示，一种近钻头旋转振动钻井工具，包括：
中外筒2，所述中外筒2内设有花键心轴16，所述花键心轴16中部沿圆周方向延伸有第一凸台161，所述花键心轴16上套有一号止推轴承15，所述一号止推轴承15固接在第一凸台161的上端面上；
所述花键心轴16上套有第一凸轮14，且第一凸轮14的下表面与一号止推轴承15的上表面接触，靠近第一凸台161处的中外筒2内壁沿圆周方向延伸有第二凸台211，所述第二凸台211和第一凸台161之间有空隙，所述第一凸轮14与第二凸台211花键配合连接，第一凸轮14相对于中外筒2做上下运动，还可与中外筒2同步转动；
所述第一凸轮14上方设有第二凸轮13，所述第二凸轮13套在花键心轴16上，且与花键心轴16通过锁键连接，第二凸轮13相对于花键心轴16可以同步转动和同步上下运动，该工具正常钻进过程中，第二凸轮13的凸齿与第一凸轮14的凸齿啮合，所述第二凸轮13上部沿外圆周延伸出第三凸台131，该工具起钻时，第二凸轮13下落，第二凸轮13上的第三凸台131的下表面与第二凸台211的上表面接触，第二凸轮13的凸齿与第一凸轮14的凸齿分离；
所述第二凸轮13上方设有碟形弹簧组11，所述碟形弹簧组11套在花键心轴16上，该工具正常钻进过程中，所述碟形弹簧组11的一端与第二凸轮13的上表面抵接，所述碟形弹簧组11的另一端固接有碟簧座10，所述碟簧 座10套在花键心轴16上，且与中外筒2通过固定销固接，固定销上安装有上挡圈和三号O型密封圈；
所述花键心轴16的下部连接有下接头29，且部分下接头29置于中外筒2内，花键心轴16的第一凸台161的下表面与下接头29的上端面之间固接有防掉帽20；
所述中外筒2下端固接有下外筒27，且下外筒27套在下接头29上，所述下外筒27的上端面与第二凸台211的下端面之间形成可供花键心轴16上下移动的密封空间212；
密封空间212内的下接头29上由上到下依次套有二号止推轴承21、下密封环23和三号止推轴承25，所述三号止推轴承25固接在下外筒27的上端面上，该工具起钻时，所述防掉帽20的下端面与二号止推轴承21的上端面贴合；
所述中外筒2上开有若干与密封空间212连通的注油孔171，所述注油孔171上分别安装有注油堵17，所述注油堵上安装有下挡圈和四号O型密封圈，所述花键心轴16的下端面上固接有调整垫块28。
所述中外筒2上端固接有上外筒1，且上外筒1与中外筒2连接处的上外筒1的外圆周上安装有多个一号O型密封圈3，所述碟簧座10的上端面上设有上密封环5，且上密封环5套在花键心轴16上，所述上密封环5的上端面与上外筒1的下端面贴合，所述上密封环5的外圆周上安装有多个二号O型密封圈6，上密封环5的内圆周上安装有多个上Yx密封圈4。
本实施例的工作过程：近钻头旋转振动钻井工具的上外筒1与可调外壳体、螺杆马达总成连接为一整体，下接头29与钻头连接，螺杆马达总成中的传动轴与花键心轴16相连接，花键心轴16与下接头29通过花键结构相连接，这样螺杆马达旋转运动即可将扭矩传递给钻头；
正常钻进过程中，钻头接触井底，下接头29和防掉帽20向上推动花键心轴16，花键心轴16通过中部台阶推动一号止推轴承15和第一凸轮14向上移动，此时第一凸轮14上的凸齿与第二凸轮13的凸齿充分啮合，在螺杆马达的旋转运动中，带动花键心轴16和锁键12、第二凸轮13一起旋转，而第一凸轮14由于外缘设有花键则被限制周向转动，这样第二凸轮13和第一凸轮14之间就存在转速差，通过第二凸轮13和第一凸轮14上的凸齿充分旋转啮合，再配合压缩碟形弹簧组11形成的弹性势能，周期性的旋转运动就会形成一定频率的轴向振动，振动能量则依次通过第二凸轮13、第一凸轮14、一号止推轴承15、花键心轴16、防掉帽20、下接头29，最终传递给钻头；
当起钻时，由于钻头和内部零件的自重，防掉帽20会下落到二号止推轴承21上端面，同时花键心轴16、一号止推轴承15和第一凸轮14、第二凸轮13依次下移，第二凸轮13下移至中外筒2中部第二凸台211处，此时第二凸轮13与第一凸轮14的凸齿不能啮合，且碟形弹簧组11完全处于自由状态，不会积蓄弹性势能，因此不会产生轴向振动能量，实现防空打功能。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于，包括：
中外筒(2)，所述中外筒(2)内设有花键心轴(16)，所述花键心轴(16)中部沿圆周方向延伸有第一凸台(161)，所述花键心轴(16)上套有一号止推轴承(15)，所述一号止推轴承(15)固接在第一凸台(161)的上端面上；
所述花键心轴(16)上套有第一凸轮(14)，且第一凸轮(14)的下表面与一号止推轴承(15)的上表面接触，靠近第一凸台(161)处的中外筒(2)内壁沿圆周方向延伸有第二凸台(211)，所述第二凸台(211)和第一凸台(161)之间有空隙，所述第一凸轮(14)与第二凸台(211)花键配合连接；
所述第一凸轮(14)上方设有第二凸轮(13)，所述第二凸轮(13)套在花键心轴(16)上，且与花键心轴(16)键连接，该工具正常钻进过程中，第二凸轮(13)的凸齿与第一凸轮(14)的凸齿啮合，所述第二凸轮(13)上部沿外圆周延伸出第三凸台(131)，该工具起钻时，第二凸轮(13)下落，第二凸轮(13)上的第三凸台(131)的下表面与第二凸台(211)的上表面接触，第二凸轮(13)的凸齿与第一凸轮(14)的凸齿分离；
所述第二凸轮(13)上方设有碟形弹簧组(11)，所述碟形弹簧组(11)套在花键心轴(16)上，该工具正常钻进过程中，所述碟形弹簧组(11)的一端与第二凸轮(13)的上表面抵接，所述碟形弹簧组(11)的另一端固接有碟簧座(10)，所述碟簧座(10)套在花键心轴(16)上，且与中外筒(2)固接；
所述花键心轴(16)的下部连接有下接头(29)，且部分下接头(29)置于中外筒(2)内，花键心轴(16)的第一凸台(161)的下表面与下接头(29)的上端面之间固接有防掉帽(20)。
2.根据权利要求1所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述中外筒(2)下端固接有下外筒(27)，且下外筒(27)套在下接头(29)上，所述下外筒(27)的上端面与第二凸台(211)的下端面之间形成可供花键心轴(16)上下移动的密封空间(212)；
密封空间(212)内的下接头(29)上由上到下依次套有二号止推轴承(21)、下密封环(23)和三号止推轴承(25)，所述三号止推轴承(25)固接在下外筒(27)的上端面上，该工具起钻时，所述防掉帽(20)的下端面与二号止推轴承(21)的上端面贴合。
3.根据权利要求2所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述中外筒(2)上开有若干与密封空间(212)连通的注油孔(171)，所述注油孔(171)上分别安装有注油堵(17)。
4.根据权利要求2所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述下密封环(23)的外圆周上安装有多个五号O型密封圈(22)，下密封环(23)的内圆周上安装有多个下Yx密封圈(24)。
5.根据权利要求1所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述花键心轴(16)的下端面上固接有调整垫块(28)。
6.根据权利要求1所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述花键心轴(16)下部的外圆周上安装有多个六号O型密封圈(26)。
7.根据权利要求1所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述中外筒(2)上端固接有上外筒(1)，且上外筒(1)与中外筒(2)连接处的上外筒(1)的外圆周上安装有多个一号O型密封圈(3)。
8.根据权利要求7所述的一种近钻头旋转振动钻井工具，其特征在于：所述碟簧座(10)的上端面上设有上密封环(5)，且上密封环(5)套在花 键心轴(16)上，所述上密封环(5)的上端面与上外筒(1)的下端面贴合，所述上密封环(5)的外圆周上安装有多个二号O型密封圈(6)，上密封环(5)的内圆周上安装有多个上Yx密封圈(4)。
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Effective date of registration: 20211104 Address after: 100007 No. 9 North Main Street, Dongcheng District, Beijing, Dongzhimen Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Patentee after: CNPC Bohai Drilling Engineering Co.,Ltd. Address before: No.106 Huanghai Road, Binhai New Economic and Technological Development Zone, Tianjin 300457 Patentee before: CNPC Bohai Drilling Engineering Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170208 |
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