CN105888538B - 一种扭力冲击钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扭力冲击钻井装置，包括外筒、一级驱动装置、二级驱动装置、三级驱动装置、滑块和钻头接头等。一级驱动装置、二级驱动装置、三级驱动装置分别从上至下安装于外筒内部，相互之间设有推力轴承和密封圈，钻头接头通过螺纹连接于外筒底端，滑块大端装于一级驱动装置、二级驱动装置、三级驱动装置周向布置的滑槽内，小端与外筒内壁上的一级导轨、二级导轨、三级导轨配合。本发明通过螺旋叶片分别带动驱动装置上三组滑块交替碰撞，具有结构简单紧凑、冲击频率高等优点，能够减少钻井过程中钻具粘滑现象的发生，并提高机械钻速和钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业钻井行业配套设备技术领域，尤其涉及一种扭力冲击钻井装置。
背景技术
随着石油工业的发展，深井超深井勘探开发已成为油气开发的一种趋势，而在深井超深井的钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而“憋停”，当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放，这种现象通常称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动，容易引发金刚石钻头崩齿，从而缩短钻头寿命，也会引起井下仪器(MWD/LWD)失效，降低钻井效率并增加钻井成本。
目前，国外美国、加拿大等国家研究发现，在旋转钻井或定向钻井组合上直接配上扭力冲击钻井装置，可以大大减少PDC钻头钻进时的粘滑现象。扭力冲击钻井装置给PDC钻头的是一个高频的、均匀的扭力冲击，直接极大地增加了钻头马力，相比不用扭力冲击钻井装置的普通的PDC钻进，彻底减少了粘滑运动，滑脱、卡钻现象也成倍地减少，而且能极大地提高机械钻速和钻头寿命。
我国对扭力冲击钻井装置的研究还处于起步阶段，本发明的目的是开发一种扭力冲击钻井装置,该装置作为一种新型钻井辅助装置具有广阔的应用前景。
发明内容
本专利旨在开发一种能将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的冲击能量，直接传递给PDC钻头，使钻头保持连续均匀的旋转破岩，显著避免钻头钻进时的粘滑现象，提高机械钻速、延长钻头及其配套钻井工具寿命，并且结构简单紧凑，不会影响钻头及其他钻具的功能和结构的一种扭力冲击钻井装置。
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种扭力冲击钻井装置，提高钻井效率，采用如下技术方案实现：
一种扭力冲击钻井装置，它包括外筒(1)、滑块(2)、一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)、钻头接头(6),一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)分别从上至下安装于外筒(1)内部，相互之间设有推力轴承和密封圈，钻头接头(6)通过螺纹连接于外筒(1)底端，滑块(2)大端装于一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)周向布置的滑槽(8)内，小端与外筒(1)内壁上的一级导轨(9)、二级导轨(10)、三级导轨(11)配合。
所述的一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)和三级驱动装置(5)内壁上设有多个螺旋叶片(7)，外壁上均布有三个滑槽(8)。
所述的一级导轨(9)、二级导轨(10)、三级导轨(11)为三段上、下交替式凹槽，上、下凹槽过渡区域开设有变道斜坡和防卡直角结构。
所述的滑块(2)整体为T型结构，大端为四边形棱柱，小端为八边形棱柱，小端棱柱斜面与导轨变道斜坡倾角一致。
本发明的有益效果表现在：
1.一级导轨(9)、二级导轨(10)和三级导轨(11)碰撞位置(即变道斜坡处)交错布置，使外筒(1)周向受到均匀碰撞。
2.导轨上、下槽之间的变道斜坡与滑块(2)倒角契合，提高了碰撞的效果和导轨的导向能力，防卡直角则避免了滑块(2)卡住，保证了滑块(2)的在导轨内的周期性运动。
3.一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)上均布有三个滑槽(8)，用于安装滑块(2)，每个驱动装置上的三个滑块(2)同时碰撞，使外筒(1)每次碰撞时受力均匀，并增大碰撞时传递的扭矩。
4.一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)可各自旋转带动三组滑块碰撞，显著的增加了碰撞频率。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明，其中：
图1为扭力冲击钻井装置半剖图
图2为外筒全剖图
图3为外筒内壁轨道平面展开图
图4为一级驱动装置三维图
图5为滑块三维图
图中：1、外筒，2滑块，3、一级驱动装置，4、二级驱动装置，5、三级驱动装置，6、钻头接头，7、螺旋叶片，8、滑槽，9、一级导轨，10、二级导轨，11、三级导轨
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种扭力冲击钻井装置，它包括外筒(1)、滑块(2)、一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)、钻头接头(6)，一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)分别从上至下安装于外筒(1)内部，相互之间设有推力轴承和密封圈，钻头接头(6)通过螺纹连接于外筒(1)底端，滑块(2)大端装于一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)周向布置的滑槽(8)内，小端与外筒(1)内壁上的一级导轨(9)、二级导轨(10)、三级导轨(11)配合。
进一步地，如图1所示，各装置之间均用密封圈密封，且采用推力轴承有效的承受轴向力。
进一步地，如图2和图3所示，所述的一级导轨(9)、二级导轨(10)、三级导轨(11)为三段上、下交替式凹槽，上、下凹槽过渡区域开设有变道斜坡和防卡直角结构。
进一步地，如图4所示，所述的一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)和三级驱动装置(5)内壁上设有多个螺旋叶片(7)，外壁上均布有三个滑槽(8)。
进一步地，如图5所示，所述的滑块(2)整体为T型结构，大端为四边形棱柱，小端为八边形棱柱，小端棱柱斜面与导轨变道斜坡倾角一致。
本发明的工作过程如下：
实施例1
作为本发明的一较佳实施方式，本发明公开了一种扭力冲击钻井装置，当钻头正常钻进时，钻井液从外筒(1)上端流入，经过一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)和钻头接头(6)流向钻头；整个过程中本装置随钻杆整体转动，同时钻井液带动一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)和三级驱动装置(5)分别相对于钻杆旋转；进一步地，带动滑块(2)在一级导轨(9)、二级导轨(10)和三级导轨(11)内周向滑动；进一步地，各驱动装置上的三个滑块(2)同时在导轨变道斜坡倾角处与外筒(1)碰撞，且三组驱动装置上滑块(2)轮流交替碰撞，为钻头正常钻进时传递额外扭矩，提高其破岩能力和钻井效率。实施例2
作为本发明的另一较佳实施方式，本发明公开了一种扭力冲击钻井装置，当钻头发生粘滑现象停钻时，由于之前正常钻进时本装置随钻杆整体转动，且钻井液带动一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)和三级驱动装置(5)分别相对于钻杆旋转；钻头停钻时，一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)和三级驱动装置(5)与钻头相对转速急剧增加，进一步地使滑块(2)与外筒(1)碰撞时传递的额外扭矩成倍增大，同时极大提高了碰撞的频率，使钻头拥有足够扭矩继续工作，而不用等待时间积蓄能量，节约了钻井的时间并延长了钻头及其钻具使用寿命。
Claims (1)
1.一种扭力冲击钻井装置，它包括外筒(1)、滑块(2)、一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)、钻头接头(6)，一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)分别从上至下安装于外筒(1)内部，相互之间设有轴承与密封圈，钻头接头(6)通过螺纹连接于外筒(1)底端，滑块(2)大端装于一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)、三级驱动装置(5)周向布置的滑槽(8)内，小端与外筒(1)内壁上的一级导轨(9)、二级导轨(10)、三级导轨(11)配合；
一级驱动装置(3)、二级驱动装置(4)和三级驱动装置(5)内壁上设有多个螺旋叶片(7)，外壁上均布有三个滑槽(8)；
一级导轨(9)、二级导轨(10)、三级导轨(11)为三段上、下交替式凹槽，上、下凹槽过渡区域开设有变道斜坡和防卡直角结构；
滑块(2)整体为T型结构，大端为四边形棱柱，小端为八边形棱柱，小端棱柱斜面与导轨变道斜坡倾角一致。
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