CN206801458U - 基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于石油钻井作业中基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，以解决井下工具动力输出不稳定、破岩效率不高的问题。其技术方案是由涡轮动力部分、变速箱部分、双螺旋冲击部分组成，钻井液通过涡轮将机械能传递给涡轮轴，涡轮轴通过花键驱动齿波发生器轴工作，从而将涡轮轴的不稳定低扭矩转为稳定高扭矩，并带动双螺旋冲击部分产生机械式稳定轴向冲击，从而加速钻头破岩。本实用新型可以将不稳定低扭矩转换为稳定高扭矩输出，并产生稳定的高频轴向冲击力，提高了钻头的破岩效率，降低了钻井成本。

Description

基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探，天然气、煤气层的钻井等领域中基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具。

背景技术

近些年来，随着我国工业的不断发展，石油、天然气的需求和开采量也日益增多。然而，这种局面导致大量浅层油气资源的枯竭。为了缓解我国石油资源的短缺问题，人们开始向深井、超深井等环境条件严峻的领域进行石油开采。但是根据开采现场情况表明：随着钻井深度的增加，岩石在地层围压的作用下其强度和硬度都明显增加，使岩石破碎的难度大大增加；同时在钻井过程中，钻头常常会出现卡钻、粘滑现象；这些因素导致钻头机械钻速下降，破岩效率降低，增加了钻井成本。目前的井下提速工具，输出动力不足，且提供的轴向冲击力不稳定，不仅不能有效提高破岩效率，反而会导致钻井过程的不稳定，降低钻头使用寿命。基于此，本文提出基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，利用涡轮驱动装置为钻头提供旋转动力，通过变速箱体将涡轮输出的不稳定低扭矩转化为稳定高扭矩，同时通过下部双螺旋冲击部分产生稳定高效的轴向冲击，有效的提高钻头机械钻速，达到迅速破岩的目的。

发明内容

本发明的目的是：为了解决深井以及大位移井过程中出现的卡钻、粘滑现象，提高破岩效率，降低钻井成本，特提供基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，主要由涡轮动力部分、变速箱部分、双螺旋冲击部分组成，其特征在于，所述涡轮动力部分包括上壳体、分流孔a、径向轴承、螺母a、调整环、涡轮转子、涡轮定子、涡轮轴、平键、调整圈、导液孔、密封圈、轴承垫圈、螺母b、混合轴承组，上壳体上端开有分流孔a，将涡轮转子通过平键安装在涡轮轴上，涡轮定子紧靠上壳体内壁，并由调整环和调整圈进行上下固定，涡轮轴中部均布有导液孔，涡轮轴下端依次装有轴承垫圈、混合轴承组，并由螺母b拧紧固定；所述变速箱部分包括花键、平衡活塞、上径向球轴承、防松螺母、弹簧、止推轴承、齿波发生器轴、调整挡环、变速箱壳体、旋转密封圈、轴向推力轴承、输出轴、下径向球轴承、旋转密封装置a、分流孔b，变速箱壳体通过螺纹与上壳体连接，齿波发生器轴通过花键与涡轮轴相连，齿波发生器轴从上往下依次装有平衡活塞、上径向球轴承、防松螺母、弹簧、止推轴承、调整挡环，其中止推轴承上端由防松螺母、弹簧固定，下端由调整挡环调整定位，齿波发生器轴与输出轴中间为空腔流道，且输出轴上端装有旋转密封圈、轴向推力轴承、下径向球轴承和旋转密封装置a结构，下部开有分流孔b；所述双螺旋冲击部分包括下壳体、双螺旋杆、螺钉a、椭球、传动杆、冲击头、受力座、安装套、下接头、螺钉b、球座，下壳体通过螺纹与变速箱壳体相连，双螺旋杆上端与输出轴螺纹连接，椭球装在双螺旋杆内，且其中心球面上设有球槽，球座通过螺钉b连接在传动杆内壁，球座通过固定的圆球与椭球中心面的球槽配合来传递双螺旋杆和传动杆之间的运动，传动杆沿着轴线分开为两部分，并采用螺钉a将分开的两部分连接起来，其下端与冲击头螺纹连接，受力座安装在安装套内，安装套下端与下接头用丝扣进行连接；所述的齿波发生器轴下端为椭圆形，且通过花键齿与变速箱壳体相连，齿波发生器轴包含一对柔性齿对，该柔性齿对内齿和外齿分别与输出轴和花键齿相连。

本实用新型的有益效果是：(1)采用花键定位，能够有效防止零件发生周向和轴向窜动；(2)该工具变速部分设有齿波发生器，能够有效的将涡轮产生的不稳定低扭矩转化为稳定高扭矩；(3)双螺旋冲击结构通过冲击头周期性往复冲击受力座，从而把冲击力有效传递到钻头上，提高破岩效率

附图说明

图1是本实用新型基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具的结构示意图。

图2是图1中的A-A截面图，

图3是图1中的B-B截面图。

图4是图1中的C-C截面图。

图中 1.上壳体，2.分流孔a，3.径向轴承，4.螺母a，5.调整环，6.涡轮转子，7.涡轮定子，8. 涡轮轴，9.平键，10.调整圈，11.导液孔，12.密封圈，13.轴承垫圈，14.螺母b，15.混合轴承组，16.花键，17.平衡活塞，18.上径向球轴承，19.防松螺母，20.弹簧，21.止推轴承，22.齿波发生器轴，23.调整挡环，24.变速箱壳体，25.旋转密封圈，26.轴向推力轴承，27.输出轴，28.下径向球轴承，29.旋转密封装置a，30.下壳体，31.分流孔b，32.双螺旋杆，33.螺钉a，34.椭球，35.传动杆，36.冲击头，37.受力座，38.安装套，39.下接头，40.花键齿，41.柔性齿对，42.螺钉b，43.球座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

根据附图所示，基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，主要由涡轮动力部分、变速箱部分、双螺旋冲击部分组成，其特征在于，所述涡轮动力部分包括上壳体1、分流孔a2、径向轴承3、螺母a4、调整环5、涡轮转子6、涡轮定子7、涡轮轴8、平键9、调整圈10、导液孔11、密封圈12、轴承垫圈13、螺母b14、混合轴承组15，上壳体1上端开有分流孔a2，将涡轮转子6通过平键9安装在涡轮轴8上，涡轮定子7紧靠上壳体1内壁，并由调整环5和调整圈10进行上下固定，涡轮轴8中部均布有导液孔11，涡轮轴8下端依次装有轴承垫圈13、混合轴承组15，并由螺母b14拧紧固定；所述变速箱部分包括花键16、平衡活塞17、上径向球轴承18、防松螺母19、弹簧20、止推轴承21、齿波发生器轴22、调整挡环23、变速箱壳体24、旋转密封圈25、轴向推力轴承26、输出轴27、下径向球轴承28、旋转密封装置a29、分流孔b31，变速箱壳体24通过螺纹与上壳体1连接，齿波发生器22通过花键16与涡轮轴8相连，齿波发生器轴22从上往下依次装有平衡活塞17、上径向球轴承18、防松螺母19、弹簧20、止推轴承21、调整挡环23，其中止推轴承21上端由防松螺母19、弹簧20固定，下端由调整挡环23调整定位，齿波发生器轴22与输出轴27中间为空腔流道，且输出轴27上端装有旋转密封圈25、轴向推力轴承26、下径向球轴承28和旋转密封装置a29结构，下部开有分流孔b31；所述双螺旋冲击部分包括下壳体30、双螺旋杆32、螺钉a33、椭球34、传动杆35、冲击头36、受力座37、安装套38、下接头39、螺钉b42、球座43，下壳体30通过螺纹与变速箱壳体24相连，双螺旋杆32上端与输出轴27螺纹连接，椭球34装在双螺旋杆32内，且其中心球面上设有球槽，球座43通过螺钉b42连接在传动杆35内壁，球座43通过固定的圆球与椭球34中心面的球槽配合来传递双螺旋杆32和传动杆35之间的运动，传动杆35沿着轴线分开为两部分，并采用螺钉a33将分开的两部分连接起来，其下端与冲击头36螺纹连接，受力座37安装在安装套38内，安装套38下端与下接头39用丝扣进行连接。

根据权利要求1所述的基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，其特征在于：所述的齿波发生器轴22下端为椭圆形，且通过花键齿40与变速箱壳体24相连，齿波发生器轴22包含一对柔性齿对41，该柔性齿对41内齿和外齿分别与输出轴27和花键齿40相连。

工作时，钻井液从上壳体1进入涡轮，并通过涡轮驱动涡轮轴8旋转，同时涡轮轴8通过花键16将扭矩传递给齿波发生器轴22，齿波发生器轴22再通过花键齿40带动输出轴27转动同时会带动柔性齿对41传动；由于齿波发生器轴22为椭圆形，从而会使得柔性齿对41内外齿形成速度差，输出轴27的速度将小于齿波发生器轴22的速度，此过程将齿波发生器轴22的不稳定高速低扭矩转化为稳定低速高扭矩并传递给输出轴27；稳定低速高扭矩的输出轴27将继续带动双螺旋杆32旋转，由于双螺旋杆32是双螺旋结构，且通过固定的圆球和椭球34中心面的球槽与传动杆35配合，那么双螺旋杆32稳定旋转同时，传动杆35将沿着双螺旋杆32上下有规律的往复运动，使冲击头36稳定连续冲击受力座37，从而使下接头39受到轴向冲击。

Claims (2)

1.基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，由涡轮动力部分、变速箱部分、双螺旋冲击部分组成，其特征在于，所述涡轮动力部分包括上壳体(1)、分流孔a(2)、径向轴承(3)、螺母a(4)、调整环(5)、涡轮转子(6)、涡轮定子(7)、涡轮轴(8)、平键(9)、调整圈(10)、导液孔(11)、密封圈(12)、轴承垫圈(13)、螺母b(14)、混合轴承组(15)，上壳体(1)上端开有分流孔a(2)，将涡轮转子(6)通过平键(9)安装在涡轮轴(8)上，涡轮定子(7)紧靠上壳体(1)内壁，并由调整环(5)和调整圈(10)进行上下固定，涡轮轴(8)中部均布有导液孔(11)，涡轮轴(8)下端依次装有轴承垫圈(13)、混合轴承组(15)，并由螺母b(14)拧紧固定；所述变速箱部分包括花键(16)、平衡活塞(17)、上径向球轴承(18)、防松螺母(19)、弹簧(20)、止推轴承(21)、齿波发生器轴(22)、调整挡环(23)、变速箱壳体(24)、旋转密封圈(25)、轴向推力轴承(26)、输出轴(27)、下径向球轴承(28)、旋转密封装置a(29)、分流孔b(31)，变速箱壳体(24)通过螺纹与上壳体(1)连接，齿波发生器轴(22)通过花键(16)与涡轮轴(8)相连，齿波发生器轴(22)从上往下依次装有平衡活塞(17)、上径向球轴承(18)、防松螺母(19)、弹簧(20)、止推轴承(21)、调整挡环(23)，其中止推轴承(21)上端由防松螺母(19)、弹簧(20)固定，下端由调整挡环(23)调整定位，齿波发生器轴(22)与输出轴(27)中间为空腔流道，且输出轴(27)上端装有旋转密封圈(25)、轴向推力轴承(26)、下径向球轴承(28)和旋转密封装置a(29)结构，下部开有分流孔b(31)；所述双螺旋冲击部分包括下壳体(30)、双螺旋杆(32)、螺钉a(33)、椭球(34)、传动杆(35)、冲击头(36)、受力座(37)、安装套(38)、下接头(39)、螺钉b(42)、球座(43)，下壳体(30)通过螺纹与变速箱壳体(24)相连，双螺旋杆(32)上端与输出轴(27)螺纹连接，椭球(34)装在双螺旋杆(32)内，且其中心球面上设有球槽，球座(43)通过螺钉b(42)连接在传动杆(35)内壁，球座(43)通过固定的圆球与椭球(34)中心面的球槽配合来传递双螺旋杆(32)和传动杆(35)之间的运动，传动杆(35)沿着轴线分开为两部分，并采用螺钉a(33)将分开的两部分连接起来，其下端与冲击头(36)螺纹连接，受力座(37)安装在安装套(38)内，安装套(38)下端与下接头(39)用丝扣进行连接。

2.根据权利要求1所述的基于柔性齿可实现变速功能的轴向冲击工具，其特征在于：所述的齿波发生器轴(22)下端为椭圆形，且通过花键齿(40)与变速箱壳体(24)相连，齿波发生器轴(22)包含一对柔性齿对(41)，该柔性齿对(41)内齿和外齿分别与输出轴(27)和花键齿(40)相连。