CN210343219U - 一种提速钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种提速钻具，其特征在于，包括一端开口的壳体组件，穿过所述壳体组件的主轴组件，所述主轴组件内部沿轴线方向上设有中心孔；所述主轴组件包括：第一主轴，所述第一主轴上设有与所述中心孔连通的第一通孔，与所述第一主轴连接的活动部，所述活动部沿所述壳体组件轴线往返运动；所述第一主轴上套设有第一活塞，所述第一活塞内设有环形第一空腔，所述第一活塞上设有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一空腔，所述活动部套设有驱动组件，用于驱动所述活动部往返运动。本申请的提速钻具，能减少部件之间的磨损，提高其使用寿命。

Description

一种提速钻具

技术领域

本实用新型涉及石油和地质钻井工程领域，尤其是一种提速钻具。

背景技术

目前，随着国际油价大幅震荡，低成本战略已成为油田可持续发展的主要手段，随着浅层的油气资源的可开采储量的不断减少，钻井行业不断向深井、超深井领域发展，在钻井深度增大后，地层岩石的硬度及强度值增大，使用传统的钻头钻井效率低下，因此，钻井提速已成为油田降本增效的重要技术手段之一。

提高钻井效率主要是在保持钻头正常寿命前提下，提高钻头的破岩效率。为了提高钻头的破岩效率，通常采用给钻头提供高频振动压力，使得岩石在钻头钻井过程中产生“面碎裂”，从而达到钻头破岩效率的目的，将这种工具称为“提速钻具”。

市面上出现的提速钻钻具分为两类，一种是，以泥浆驱动螺杆马达为动力，将部分旋转功率转化为轴向冲击力；另一种是，用凸轮机构作为驱动机构。采用第一种方式，泥浆进入传动轴总成内，会引起传动轴卡死和各零部件的磨损；第二种方式，凸轮会不可避免产生磨损，致使提速工具输出的冲击力效果随着使用时间增长而减小。

因此，如何设计一种提速钻具，能减少部件之间的磨损，提高使用寿命，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种提速钻具，泥浆不会进入传动部件中，能减少部件之间的磨损，提高其使用寿命。

本实用新型的技术方案如下：

一种提速钻具，包括一端开口的壳体组件，

穿过所述壳体组件的主轴组件，所述主轴组件内部沿轴线方向上设有中心孔；

所述主轴组件包括：

第一主轴，所述第一主轴上设有与所述中心孔连通的第一通孔，

与所述第一主轴连接的活动部，所述活动部沿所述壳体组件轴线往返运动；

所述第一主轴上套设有第一活塞，所述第一活塞内设有环形第一空腔，所述第一活塞上设有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一空腔，

所述活动部套设有驱动组件，用于驱动所述活动部往返运动。

优选地，所述驱动组件包括第一连接套，所述第一连接套与所述第一主轴固定链接，

所述第一连接套和所述第一活塞的端部之间形成第二空腔；

所述第一连接套端面上设有第三通孔。

优选地，所述驱动组件包括，

所述第一连接套远离所述第一活塞一端设置的第二活塞，

以及与所述活动部卡接的第一轴承，

抵靠在所述活动部和所述壳体组件凸起部之间的弹性件，

所述第二活塞和所述第一连接套的端部之间形成的第三空腔。

优选地，所述驱动组件包括，所述活动部上设置的第一密封组件，

所述第一密封组件用于密封所述壳体组件端部。

优选地，所述第一密封组件包括第三活塞，以及与所述第三活塞配合的第二轴承。

优选地，所述第一密封组件包括，嵌设于所述壳体组件内的导向带，所述导向带与所述第三活塞配合。

优选地，所述第一密封组件包括防水圈，所述防水圈嵌设于所述壳体组件内，且套设于所述活动部上。

优选地，所述第一活塞上套设有第二密封组件。

优选地，所述第二活塞上套设有第三密封组件。

优选地，所述第一连接套上设有第四密封组件。

本实用新型提供的一种提速钻具，包括一端开口的壳体组件，穿过壳体组件，壳体组件连接万向轴壳体，第一主轴连接封堵和万向轴，主轴组件的活动部连接钻头，活动部可沿壳体组件轴线往返运动，且绕自身轴线转动，第一主轴内部沿其轴线方向上设有中心孔，在进行破岩工作时，以泥浆或清水为动力介质，通过中心孔将动力传至钻头。

为了提高破岩的工作效率，在正常输出动力给钻头的同时，给钻头还提供高频冲击力。本申请提供的提速钻具，泥浆从第一主轴连接万向轴这端流入壳体组件内，泥浆对第一活塞施加压力，随着泥浆不断的流入，压力持续升高，推动第一活塞移动，泥浆穿过第一活塞上的第二通孔312，进入第一活塞内部的第一空腔，当泥浆塞满第一空腔，推动第一活塞移动，推动驱动组件带着活动部向钻头方向移动，驱动组件蓄能，当活动部移动到一定位置时，泥浆从第一空腔流入第一通孔，再流至中心孔内，第一空腔与中心孔连通，泥浆压力下降，驱动组件储能释放，活动部向远离钻头方向移动，直至第一空腔与中心孔不连通，泥浆压力又开始增大，驱动组件又开始储能。这样周而复始，使得活动部带动钻头往返运动，实现冲击钻进。较现有技术而言，本申请提供的提速钻具，第一活塞端部承受压力，在中心孔与第一空腔不接通，驱动组件进行储能，活动端向钻头方向移动，当中心孔与第一空腔接通，内外压强相同，此时驱动组件释能，驱动活动部远离钻头方向，整个过程中，泥浆从第二通孔、第一空腔、第一通孔流至中心孔，泥浆不会侵入到驱动组件内部，使得主轴组件保持动平衡状态下，产生轴向冲击，泥浆的不侵入，减少提速钻具之间的磨损，提高其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例中提速钻具结构示意图；

图2为本实施例中第一活塞剖视图；

图3为本实施例中第一连接套剖视图；

图4为本实施例中第一通孔与中心孔连接示意图。

附图中的标号说明：1、壳体组件；11、第一肩部；2、主轴组件；21、中心孔；22、第一通孔；23、第一主轴；24、活动部；3、驱动组件；31、第一活塞；311、第一空腔；312、第二通孔；313、第二密封组件；32、第一连接套；321、第三通孔；33、第二空腔；34、第二活塞；341、第三密封组件；35、第一轴承；36、弹性件；37、第三空腔；38、第一密封组件；381、第三活塞；382、第二轴承；383、导向带；384、防水圈；39、第四密封组件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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实用新型的限制。

请如图1至图3所示，为了提高破岩的工作效率，在正常输出动力给钻头的同时，给钻头还提供高频冲击力。本申请提供的提速钻具，泥浆从第一主轴23连接万向轴这端流入壳体组件1内，泥浆对第一活塞31施加压力，随着泥浆不断的流入，压力持续升高，推动第一活塞31移动，泥浆穿过第一活塞31上的第二通孔312，进入第一活塞31内部的第一空腔311，当泥浆塞满第一空腔311，推动第一活塞31移动，推动驱动组件3带着活动部24向钻头方向移动，驱动组件3蓄能，当活动部24移动到一定位置时，泥浆从第一空腔311流入第一通孔22，再流至中心孔21内，第一空腔311与中心孔21连通，泥浆压力下降，驱动组件3储能释放，活动部24向远离钻头方向移动，直至第一空腔311与中心孔21不连通，泥浆压力又开始增大，驱动组件3又开始储能。这样周而复始，使得活动部24带动钻头往返运动，实现冲击钻进。较现有技术而言，本申请提供的提速钻具，第一活塞31端部承受压力，在中心孔21与第一空腔311不接通，驱动组件3进行储能，活动端向钻头方向移动，当中心孔21与第一空腔311接通，内外压强相同，此时驱动组件3释能，驱动活动部24远离钻头方向，整个过程中，泥浆从第二通孔312、第一空腔311、第一通孔22流至中心孔21，泥浆不会侵入到驱动组件3内部，使得主轴组件2保持动平衡状态下，产生轴向冲击，泥浆的不侵入，减少提速钻具之间的磨损，提高其使用寿命。

其中，第一活塞31绕圆周方向上设置有至少一个第二通孔312，如图2所示，可设置16个。加快泥浆进入第一空腔311内的速度，缩短提速钻具的压力升高时间。

本实用新型提供的实施例中，驱动组件3包括第一连接套32，第一连接套32与第一主轴23固定链接，第一连接套32和第一活塞31的端部之间形成第二空腔33，第一连接套32端面上设有第三通孔321。泥浆进入第一空腔311内，推动第一活塞31向钻头方向移动，压缩置于第二空腔33内的液压油，液压油穿过第三通孔321，液压油继续向驱动组件3施加压力，驱动组件3推动活动部24向钻头方向移动。

其中，第一连接套32绕圆周方向上设置有至少一个第三通孔321，如图3所示，可设置8个，具体数量不做限制，提高液压油对驱动组件3施加的压力。

其中，壳体组件1上设有用于抵靠第一连接套32的第一肩部11，为了避免主轴组件2不断的往钻头方向移动，在壳体组件1上设有用于抵靠第一连接套32的第一肩部11。

本实用新型提供的实施例中，驱动组件3包括第一连接套32远离第一活塞31一端设置的第二活塞34，以及与活动部24卡接的第一轴承35，抵靠在承载组件端部和壳体组件1凸起部之间的弹性件36，第二活塞34和第一连接套32的端部之间形成密闭的第三空腔37。第二空腔33内带有压力的液压油，流至第三空腔37内，液压油作用于第二活塞34端面上，第二活塞34推动第一轴承35，同时压缩抵靠在第二活塞34端部和壳体组件1凸起部之间的弹性件36，使得弹性件36产生弹性形变并蓄能。当第一活塞31移动到第一空腔311与中心孔21连通时，使得驱动组件3内外压强产生变化，第一活塞31端部承受泥浆的压力，小于弹性件36的蓄能和活动部24和钻头重量之和时，弹性组件释放蓄能，推动活动部24向第一活塞31方向移动。其中，较佳地，第一轴承35为推力轴承，起到支撑主轴组件2的作用，分担主轴组件2轴向上的载荷。其中，弹性件36优选为碟簧。

本实用新型提供的实施例中，驱动组件3包括，设置在活动部24上，远离第一活塞31的方向上的第一密封组件38，第一密封组件38用于密封壳体组端部。由于液压油在推动驱动组件3带动活动部24移动，使得液压油在壳体组件1内部流动，但活动部24穿过壳体组件11远离开口端，为了加强活动部24穿过壳体组件1位置的密封性，使得液压油不会出现卸压，在主轴组件2设置有第一密封组件38。

本实用新型提供的实施例中，第一密封组件38包括第三活塞381，以及与第三活塞381配合的第二轴承382。第二轴承382承担主轴组件2上的径向载荷，降低主轴组件2在移动过程中的摩擦系数。较佳地，第二轴承382为含油轴承。

其中，第一密封组件38包括嵌设于壳体组件1内的导向带383，导向带383与第三活塞381配合。导向带383起导向作用，防止壳体组件1与主轴组件2之间的磨损，异物可进入导向带383内，能有效预防砂石颗粒对组件的磨损，能吸收振动性能。

更进一步地，第一密封组件38包括防水圈384，防水圈384嵌设于壳体组件1内，且套设于活动部24上。防水圈384主要用作主轴组件2靠近钻头位置的大颗粒固相密封，防止在破岩过程中，大颗粒岩屑及钻头磨损的大固相颗粒可能在壳体组件1的下端富集，这些大颗粒固相将造成的密封圆柱面在高速冲击时，严重磨损。

其中，为了降低壳体组件11和活动部24的加工制造难度，将壳体组件1和活动部24设置为多段式可拆卸连接结构。较佳地，壳体组件1设置为三段，通过内螺纹和外螺纹配合进行连接；活动部24设置为两段，降低了壳体组件1和活动部24的加工制造难度。降低了壳体组件1和活动部24的长径比，避免了壳体组件1和活动部24在使用过程中，因振动而产生的变形。

本实用新型提供的实施例中，第一活塞31上套设有第二密封组件313。为了防止泥浆流入其他驱动组件3中。较佳地，第一活塞31外壁上嵌设有多个密封圈，可以是各种类型的密封圈，例如，沿靠近钻头的方向上，依次为O型密封圈、唇形密封圈、组合密封圈、唇形密封圈和O型密封圈。进一步地，在第一活塞31的内壁上可嵌设多个密封圈，加强第一活塞31内壁与主轴组件2之间的密封性。例如，在第一空腔311靠近万向轴一侧，设有两个唇形密封圈；另一侧设置有一个唇形密封圈。在本实施例中，密封圈的类型不做具体限制，只要能满足密封性能即可。

本实用新型提供的实施例中，第二活塞34上套设有第三密封组件341，提高了第二活塞34与活动部24之间的密封性。较佳地，在第二活塞34内壁和外壁上均嵌设有多个密封圈，例如，沿靠近钻头的方向上，在第二活塞34外壁上依次嵌设有轴向密封圈、唇形密封圈和轴向密封圈；第二活塞34内壁上依次嵌设有唇形密封圈、组合密封圈和唇形密封圈。

本实用新型提供的实施例中，第一连接套32内设有第四密封组件39，在主轴组件2的下部活动端的高频上下冲击移动时，确保第三空腔37与主轴组件2的中心孔21之间的相互密封。较佳地，在第一连接套32内壁上嵌设有一对背靠背的唇形密封圈。

为了进一步说明本申请提供的提速钻具的工作原理，现以最佳实施例进行说明：(为了更清楚的说明工作原理，以图1所示产品摆放位置进行说明)

该提速钻具开始运行时，螺杆钻具万向轴通过主轴组件22将旋转力矩传递至安装在主轴组件2下端的钻头上，驱动钻头旋转。同时泥浆从万向轴内孔流入壳体组件1内的空腔内(图示最上端)，此时，第一活塞31内的第一空腔311与第一主轴23上的中心孔21没有连通，在更多泥浆流入第一活塞31上端时，压力增高，推动第一活塞31下移，同时压缩第二空腔33内的液压油，使得第二空腔33内的液压油通过第一连接套32的内孔作用在第二活塞34上，液压油流入第三空腔37内。第二活塞34推动活动部24下移的同时，压缩碟簧，使得碟簧发生形变并蓄能，在第一活塞31下移至，第一空腔311通过第一通孔22与中心孔21连通后，第一活塞31最上端空腔内的泥浆压力小于碟簧的蓄能以及活动部24和钻头重量之和时，碟簧开始释放蓄能，推动活动部24上移，同时推动第三空腔37内的液压油返回第二空腔33内，使得第一活塞31上移，直到第一活塞31承受的内外压力一致的位置，此时第一空腔311与第一主轴23中心孔21错开，即不连通，第一活塞31左端部的泥浆压力又将增大，这样周而复始，使得活动部24和钻头上下移动，对钻头形成冲击，实现冲击钻进。泥浆的不侵入，减少提速钻具之间的磨损，提高其使用寿命。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种提速钻具，其特征在于，包括一端开口的壳体组件(1)，

穿过所述壳体组件(1)的主轴组件(2)，所述主轴组件(2)内部沿轴线方向上设有中心孔(21)；

所述主轴组件(2)包括：

第一主轴(23)，所述第一主轴(23)上设有与所述中心孔(21)连通的第一通孔(22)，

与所述第一主轴(23)连接的活动部(24)，所述活动部(24)沿所述壳体组件(1)轴线往返运动；

所述第一主轴(23)上套设有第一活塞(31)，所述第一活塞(31)内设有环形第一空腔(311)，所述第一活塞(31)上设有第二通孔(312)，所述第二通孔(312)连通所述第一空腔(311)，

所述活动部(24)套设有驱动组件(3)，用于驱动所述活动部(24)往返运动。

2.如权利要求1所述的提速钻具，其特征在于，所述驱动组件(3)包括第一连接套(32)，所述第一连接套(32)与所述第一主轴(23)固定链接，

所述第一连接套(32)和所述第一活塞(31)的端部之间形成第二空腔(33)；

所述第一连接套(32)端面上设有第三通孔(321)。

3.如权利要求2所述的提速钻具，其特征在于，所述驱动组件(3)包括，

所述第一连接套(32)远离所述第一活塞(31)一端设置的第二活塞(34)，

以及与所述活动部(24)卡接的第一轴承(35)，

抵靠在所述活动部(24)和所述壳体组件(1)凸起部之间的弹性件(36)，

所述第二活塞(34)和所述第一连接套(32)的端部之间形成的第三空腔(37)。

4.如权利要求3所述的提速钻具，其特征在于，所述驱动组件(3)包括，所述活动部(24)上设置的第一密封组件(38)，

所述第一密封组件(38)用于密封所述壳体组件(1)端部。

5.如权利要求4所述的提速钻具，其特征在于，所述第一密封组件(38)包括第三活塞(381)，以及与所述第三活塞(381)配合的第二轴承(382)。

6.如权利要求5所述的提速钻具，其特征在于，所述第一密封组件(38)包括，嵌设于所述壳体组件(1)内的导向带(383)，所述导向带(383)与所述第三活塞(381)配合。

7.如权利要求4所述的提速钻具，其特征在于，所述第一密封组件(38)包括防水圈(384)，所述防水圈(384)嵌设于所述壳体组件(1)内，且套设于所述活动部(24)上。

8.如权利要求1所述的提速钻具，其特征在于，所述第一活塞(31)上套设有第二密封组件(313)。

9.如权利要求4所述的提速钻具，其特征在于，所述第二活塞(34)上套设有第三密封组件(341)。

10.如权利要求2所述的提速钻具，其特征在于，所述第一连接套(32)上设有第四密封组件(39)。

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