CN208718562U - 基于螺杆与弹簧的周向冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于螺杆与弹簧的周向冲击器，由动力总成、万向轴总成、传动总成和冲击总成组成；动力总成上部与钻杆连接，下部依次连接万向轴总成、传动总成和冲击总成，动力总成带动锤体固定腔旋转，锤体固定腔带动冲击锤转动，冲击锤旋转与下壳体发生碰撞，产生冲击扭转振动。本实用新型中冲击锤关于锤体固定腔的轴线对称安放，其旋转一次可提供两次扭转振动冲击作用，冲击锤在弹簧力的作用下和下壳体不断出现周期性的周向碰撞。该工具产生的转动和冲击经下壳体传递到钻头，为钻头提供动力，并使钻头产生高频单向周向振动，进而能有效的避免卡钻和粘滑现象产生，提高钻井效率。

Description

基于螺杆与弹簧的周向冲击器

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气页岩气钻井、矿山开采、地质钻井等领域中的基于螺杆与弹簧的周向冲击器。

背景技术

近年来，随着国家对石油天然气需求日益增加，同时对于页岩气的开采也是当今热点，也是一个挑战。因为在钻井过程中，常会因为司钻技术、经验问题以至于送钻不及时或送钻过快，或是因为井壁摩阻问题，造成施加给钻头的钻压不稳定，影响破岩效率，甚至有可能因为钻压突然增大而损坏钻头、崩裂钻头的切削齿等，影响钻进速度。另一方面PDC钻头在钻硬或研磨性地层时，通常没有足够的扭矩来破碎岩石，从而产生卡钻的现象，井下钻杆扭力释放导致钻头失效。油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低；应用螺杆进行复合钻进时，由于深井中温度较高，螺杆寿命低、使用效果不理想；同时在钻探深井超深井中常出现粘滑振动现象，粘滑振动易造成钻具失效，导致机械钻速降低。此外，采用气体钻井技术钻进可较大程度提高机械钻速，但在地层出水的情况下易引起井下复杂情况发生，且气体钻井配套设备多，成本相对较大。

针对以上问题，国内外已尝试了多种工具，取得了一定的提速效果，其中高频扭转冲击类工具占提速工具的主导地位。现场实验和理论研究均表明，该类工具可以给钻头附加高频扭转冲击力，辅助钻头破岩，降低钻柱的粘滑现象，提高机械钻速，降低钻进成本，实现更大的经济效益，同时也更好地保证钻井的安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为了解决钻井过程中的钻头卡钻和钻柱的粘滑导致钻具失效和机械钻速较低的问题，特提供一种基于螺杆与弹簧的周向冲击器，以克服现有技术的缺陷，提高钻进速度。该工具能有效保护钻头，降低成本，提高破岩效率，增加钻井效率。

本实用新型的技术方案是：基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器由动力总成、万向轴总成、传动总成和冲击总成组成；所述动力总成下端依次连接万向轴总成、传动总成和冲击总成；所述的动力总成包括上接头、防掉锁母、螺杆壳体、螺杆转子和螺杆定子，所述上接头上部与钻杆连接，下部通过螺纹与螺杆壳体连接，螺杆转子上端连接有防掉锁母，螺杆定子安装在螺杆壳体内部，螺杆转子和螺杆定子相互啮合，螺杆转子在钻井液的驱动下旋转；所述的万向轴总成包括半联轴器a、圆锥销a、十字轴、圆柱销、销钉、半联轴器b、圆锥销b和连杆，半联轴器a上部通过圆锥销a与螺杆转子进行连接，下部通过十字轴、圆柱销、和销钉与半联轴器b进行连接，半联轴器b通过圆锥销b与连杆进行连接；所述的传动总成包括水帽、万向轴壳体、垫圈a、螺杆传动轴、轴承动圈、密封圈a、轴承静圈、密封圈b、半圆键、轴承壳体、串轴承、密封圈c和转换接头，万向轴壳体上端连接螺杆壳体，下端连接轴承壳体，水帽上端连接万向轴总成，下端连接螺杆传动轴，并在水帽和螺杆传动轴安放垫圈a，轴承动圈通过螺纹安装螺杆传动轴上，在轴承壳体上依次安装轴承静圈、串轴承和转换接头，轴承静圈通过半圆键周向固定在轴承壳体内部，轴承动圈和轴承静圈之间安装有密封圈a，轴承静圈和轴承壳体之间安装有密封圈b，螺杆传动轴和转换接头之间安装有密封圈c，轴承壳体通过螺纹与转换接头进行连接；所述冲击总成包括下壳体、锤体固定腔、弹簧、导向杆、冲击锤、挡板、垫圈b、螺钉、垫圈c、锁紧螺母，下壳体通过螺纹与转换接头进行连接，锤体固定腔通过螺纹与螺杆传动轴进行连接，冲击锤通过锤体固定腔上开设的矩形通孔卡入锤体固定腔内，弹簧穿过导向杆，安装在对称安放的两冲击锤中间，导向杆穿过锤体固定腔冲击锤上开设的通孔，通过其两端开设的螺纹与垫圈c、锁紧螺母进行配合，挡板通过垫圈b、螺钉与锤体固定腔连接。

上述方案中，所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：所述密封圈a的数量为6件，密封圈b数量的为6件，密封圈c的数量为3件，弹簧的数量为8件，导向杆的数量为8件，冲击锤的数量为2件，垫圈b的数量为3件，螺钉的数量为3件，垫圈c的数量为16件，锁紧螺母的数量为16件。

上述方案中，所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：冲击锤关于锤体固定腔的轴线对称安放，在冲击锤一次旋转过程中可以提供两次扭转振动冲击。

本实用新型的有益效果是：(1)通过螺杆和弹簧实现冲击作用，工作性能稳定可靠；(2)解决了钻井过程中井下钻具容易造成的遇阻或遇卡的难题；(3)该工具设计合理，性能可靠，产生周向冲击的有效保护钻头，消除钻头的粘滑和卡钻现象，提高机械钻速；(4)该工具适应性强，不仅可应用于深层直井，还可配合定向仪器应用于定向井和水平井中；(5)该工具有动作无死点，提供高频扭转冲击；(4)操作简单、寿命长、提速效果好等优点，配合PDC钻头使用可有效提高深井硬地层机械钻速。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型图1中的A-A剖面图。

图3是本实用新型图1中冲击总成的内部结构图。

图4～7为本实用新型一个撞击周期过程，图4为冲击锤与下壳体未碰撞；图5为冲击锤与下壳体两碰撞面刚接触；图6为冲击锤与下壳体碰撞过程中；图7为冲击锤与下壳体两碰撞面刚脱离。

图中1.上接头，2.防掉锁母，3.防掉连杆，3.螺杆壳体，4.螺杆定子，5.螺杆转子，6.半联轴器a，7.圆锥销a，8.十字轴，9.圆柱销，10.销钉，11.半联轴器b， 12.圆锥销b，13.连杆，14.水帽，15.万向轴壳体，16.垫圈a，17.螺杆传动轴，18. 轴承动圈，19.密封圈a，20.轴承静圈，21.密封圈b，22.半圆键，23.轴承壳体， 24.串轴承，25.密封圈c，26.转换接头，27.下壳体，28.锤体固定腔，29.弹簧，30.导向杆，31.冲击锤，32.挡板，33.垫圈b，34.螺钉，35.垫圈c，36. 锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型作进一步说明：

参见附图，基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器由动力总成、万向轴总成、传动总成和冲击总成组成；所述动力总成下端依次连接万向轴总成、传动总成和冲击总成；所述的动力总成包括上接头1、防掉锁母2、螺杆壳体3、螺杆转子4和螺杆定子5，所述上接头1上部与钻杆连接，下部通过螺纹与螺杆壳体3连接，螺杆转子4上端连接有防掉锁母 2，螺杆定子5安装在螺杆壳体3内部，螺杆转子4和螺杆定子5相互啮合，螺杆转子4在钻井液的驱动下旋转；所述的万向轴总成包括半联轴器a6、圆锥销 a7、十字轴8、圆柱销9、销钉10、半联轴器b11、圆锥销b12和连杆13，半联轴器a6上部通过圆锥销a7与螺杆转子4进行连接，下部通过十字轴8、圆柱销 9、和销钉10与半联轴器b11进行连接，半联轴器b11通过圆锥销b12与连杆 13进行连接；所述的传动总成包括水帽14、万向轴壳体15、垫圈a16、螺杆传动轴17、轴承动圈18、密封圈a19、轴承静圈20、密封圈b21、半圆键22、轴承壳体23、串轴承24、密封圈c25转换接头26，万向轴壳体15上端连接螺杆壳体3，下端连接轴承壳体23，水帽14上端连接万向轴总成，下端连接螺杆传动轴17，并在水帽14和螺杆传动轴17安放垫圈a16，轴承动圈18通过螺纹安装螺杆传动轴17上，在轴承壳体23上依次安装轴承静圈20、串轴承24和转换接头26，轴承静圈20通过半圆键22周向固定在轴承壳体23内部，轴承动圈18 和轴承静圈20之间安装有密封圈a19，轴承静圈20和轴承壳体23之间安装有密封圈b21，螺杆传动轴17和转换接头26之间安装有密封圈c25，轴承壳体23 通过螺纹与转换接头26进行连接；所述冲击总成包括下壳体27、锤体固定腔28、弹簧(29)、导向杆30、冲击锤31、挡板32、垫圈b33、螺钉34、垫圈c35、锁紧螺母36，下壳体27通过螺纹与转换接头26进行连接，锤体固定腔28通过螺纹与螺杆传动轴17进行连接，冲击锤31通过锤体固定腔28上开设的矩形通孔卡入锤体固定腔28内，弹簧29穿过导向杆30，安装在对称安放的两冲击锤31 中间，导向杆30穿过锤体固定腔28和冲击锤31上开设的通孔，通过其两端开设的螺纹与垫圈c35、锁紧螺母36进行配合，挡板32通过垫圈b33、螺钉34与锤体固定腔28连接。

所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：所述密封圈a19的数量为6件，密封圈b21的数量为6件，密封圈c25的数量为3件，弹簧29的数量为8件，导向杆30的数量为8件，冲击锤31的数量为2件，垫圈b33的数量为 3件，螺钉34的数量为6件，垫圈c35的数量为16件，锁紧螺母36的数量为 16件。

所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：冲击锤关于锤体固定腔的轴线对称安放，在冲击锤一次旋转过程中可以提供两次扭转振动冲击。

工作时，高压钻井液从上接头1流入，依次通过动力总成、万向轴总成、传动总成、冲击总成，最终经过下壳体往下流动。当高压钻井液通过动力总成时，带动螺杆转子4高速旋转，螺杆转子6通过万向轴总成依次带动螺杆传动轴17 和锤体固定腔28旋转，锤体固定腔28再带动冲击锤31旋转，冲击锤31旋转时与下壳体27发生碰撞，产生冲击扭转振动作用；如图4～7所示，当冲击锤 31和下壳体27发生碰撞时，对下壳体产生冲击扭转振动作用，此时，导向杆30 上的弹簧29被压缩，冲击锤31在惯性力的作用下与下壳体27产生碰撞并沿导向杆30向内移动一小段距离，从而绕过下壳体27上的凸起部分，继续做旋转运动；当冲击锤31和下壳体29分离时，冲击锤31在弹簧29的作用下又恢复到原来的状态，并继续旋转准备下一次的碰撞。这样冲击锤31的锤面与下壳体27 会不断出现周期性的周向碰撞，由此形成高频单向周向冲击。工具产生的转动和冲击经下壳体27传递到钻头，实现为钻头提供动力，并使钻头产生高频单向周向振动的目的，进而对转头实现有效的保护，提高钻井效率。

Claims (3)

1.基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器由动力总成、万向轴总成、传动总成和冲击总成组成；所述动力总成下端依次连接万向轴总成、传动总成和冲击总成；所述的动力总成包括上接头(1)、防掉锁母(2)、螺杆壳体(3)、螺杆转子(4)和螺杆定子(5)，所述上接头(1)上部与钻杆连接，下部通过螺纹与螺杆壳体(3)连接，螺杆转子(4)上端连接有防掉锁母(2)，螺杆定子(5)安装在螺杆壳体(3)内部，螺杆转子(4)和螺杆定子(5)相互啮合，螺杆转子(4)在钻井液的驱动下旋转；所述的万向轴总成包括半联轴器a(6)、圆锥销a(7)、十字轴(8)、圆柱销(9)、销钉(10)、半联轴器b(11)、圆锥销b(12)和连杆(13)，半联轴器a(6)上部通过圆锥销a(7)与螺杆转子(4)进行连接，下部通过十字轴(8)、圆柱销(9)、和销钉(10)与半联轴器b(11)进行连接，半联轴器b(11)通过圆锥销b(12)与连杆(13)进行连接；所述的传动总成包括水帽(14)、万向轴壳体(15)、垫圈a(16)、螺杆传动轴(17)、轴承动圈(18)、密封圈a(19)、轴承静圈(20)、密封圈b(21)、半圆键(22)、轴承壳体(23)、串轴承(24)、密封圈c(25)和转换接头(26)，万向轴壳体(15)上端连接螺杆壳体(3)，下端连接轴承壳体(23)，水帽(14)上端连接万向轴总成，下端连接螺杆传动轴(17)，并在水帽(14)和螺杆传动轴(17)安放垫圈a(16)，轴承动圈(18)通过螺纹安装螺杆传动轴(17)上，在轴承壳体(23)上依次安装轴承静圈(20)、串轴承(24)和转换接头(26)，轴承静圈(20)通过半圆键(22)周向固定在轴承壳体(23)内部，轴承动圈(18)和轴承静圈(20)之间安装有密封圈a(19)，轴承静圈(20)和轴承壳体(23)之间安装有密封圈b(21)，螺杆传动轴(17)和转换接头(26)之间安装有密封圈c(25),轴承壳体(23)通过螺纹与转换接头(26)进行连接；所述冲击总成包括下壳体(27)、锤体固定腔(28)、弹簧(29)、导向杆(30)、冲击锤(31)、挡板(32)、垫圈b(33)、螺钉(34)、垫圈c(35)、锁紧螺母(36)，下壳体(27)通过螺纹与转换接头(26)进行连接，锤体固定腔(28)通过螺纹与螺杆传动轴(17)进行连接，冲击锤(31)通过锤体固定腔(28)上开设的矩形通孔卡入锤体固定腔(28)内，弹簧(29)穿过导向杆(30)，安装在对称安放的两冲击锤(31)中间，导向杆(30)穿过锤体固定腔(28)冲击锤(31)上开设的通孔，通过其两端开设的螺纹与垫圈c(35)、锁紧螺母(36)进行配合，挡板(32)通过垫圈b(33)、螺钉(34)与锤体固定腔(28)连接。

2.根据权利要求1所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：所述密封圈a(19)的数量为6件，密封圈b(21)的数量为6件，密封圈c(25)的数量为3件，弹簧(29)的数量为8件，导向杆(30)的数量为8件，冲击锤(31)的数量为2件，垫圈b(33)的数量为3件，螺钉(34)的数量为3件，垫圈c(35)的数量为16件，锁紧螺母(36)的数量为16件。

3.根据权利要求1所述的基于螺杆与弹簧的周向冲击器，其特征在于：冲击锤(31)关于锤体固定腔(28)的轴线对称安放，在冲击锤(31)一次旋转过程中可以提供两次扭转振动冲击。