CN106121513A - 一种复合冲击钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合冲击钻井工具，主要由冲击短节、壳体、防掉块、螺帽、径向弹簧、密封圈、冲击锤、轴向弹簧、冲击轴、止推轴承、定轴、涡轮定子、涡轮转子、定子压帽、转子压帽和转换接头组成，其特征在于所述冲击短节的顶端设有承撞块，该承撞块上设有用于承受冲击锤撞击的斜面；所述冲击锤底端设有冲击块，该冲击块上设有用于撞击冲击短节的承撞块的斜面，冲击锤顶端设有通孔且通孔上设有矩形花键槽；所述冲击轴上设有矩形花键，冲击轴的下端设有圆盘形台阶；所述壳体中间设有台阶且在壳体台阶的下端面与冲击锤的上端面间设有轴向弹簧。本发明能同时产生周向的扭矩脉冲和轴向的轴力脉冲，可用于钻头辅助破岩从而提高钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井工具，特别是一种针对硬地层钻井提速的复合冲击钻井工具，属于机械工程或钻井工程技术领域。
背景技术
地层中的油气资源是基于一定的钻采工艺，通过钻井***在地层中形成井眼开采出来的，该钻井***包括井架与顶驱等地面设备以及钻杆与钻头等井下设备。井口能量由持续转动的转盘输入钻柱***，该能量通过钻柱由井口传至井底的钻头，钻头在下部钻具的重量以及钻柱的扭矩下与地层直接作用，刮切岩石并形成井眼，钻头破碎的岩屑由钻井液带出井筒完成钻井过程。
随着油气资源开采的不断进行，深井超深井的数量逐步增大。通常情况下，随井深的增加，岩石强度增大且可钻性变差，钻头破岩能量需求增加使钻井效率降低；另一方面，由于钻柱具有大长径比的特性，其刚度很小，在地层的阻碍作用下，钻柱***很容易产生振动，包括纵向、横向和扭转振动。钻头处产生振动时速度和加速度通常都较高，这种振动会造成钻头处的能量浪费，还容易引起下部钻具的提前失效并影响井身质量，进一步影响钻井效率与开发成本。
螺杆钻具和涡轮钻具等井下动力工具可用于增大钻头处的扭矩从而提高钻井效率。然而，随着井深的增大，井口设备的泵压能力限制了这些工具在深井中的应用。现有研究表明，作用于钻头上的高频冲击载荷可加速岩石破碎并减缓钻柱振动，并实现钻井效率的提高。现有冲击钻井主要包括两类：一类为轴向冲击，例如液动冲击器；另一类为扭转冲击，例如扭转冲击器。既然轴向冲击和扭转冲击都能加速钻头破岩效率，那么如何将这两种功能结合起来形成实用的复合冲击钻井工具便是难点所在。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述难点，特提出一种复合冲击钻井工具，用于提高深部地层或硬地层的钻井效率。
为达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：
一种复合冲击钻井工具，主要由冲击短节、壳体、防掉块、螺帽、径向弹簧、密封圈、冲击锤、轴向弹簧、冲击轴、止推轴承、定轴、涡轮定子、涡轮转子、定子压帽、转子压帽和转换接头组成，其特征在于所述冲击短节的顶端设有承撞块，该承撞块上设有用于承受冲击锤撞击的斜面；所述冲击锤底端设有冲击块，该冲击块上设有用于撞击冲击短节的承撞块的斜面，冲击锤顶端设有通孔且通孔上设有矩形花键槽；所述冲击轴上设有矩形花键，冲击轴的下端设有圆盘形台阶；所述壳体中间设有台阶且在壳体台阶的下端面与冲击锤的上端面间设有轴向弹簧。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节的承撞块数量为一个或者两个，冲击锤的冲击块数量为一个或者两个。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击锤的矩形花键槽与冲击轴的矩形花键间隙配合；所述冲击轴下端的圆盘形台阶用于防止冲击锤向下脱落。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节与壳体下端通过花键连接，即由钻柱传递的扭矩和钻压均通过壳体下端的花键作用于冲击短节上；所述壳体上端通过螺纹与转换接头连接。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节中间和壳体下端均设有凹槽，防掉块放置于两个凹槽间并通过径向弹簧将防掉块推向壳体从而防止冲击短节从壳体上脱离；所述径向弹簧处于压缩状态。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述涡轮定子通过定子压帽压紧固定于壳体内，定子压帽通过螺纹与壳体连接；所述涡轮转子通过转子压帽压紧固定于定轴上，转子压帽通过螺纹与定轴连接；所述定轴与冲击轴通过螺纹连接，定轴下端设有台阶；在所述壳体台阶上端与定轴台阶下端间设有止推轴承用于支撑定轴。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于当钻井液流入工具时，涡轮转子在流体作用下顺时针转动。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于冲击短节上设有密封圈沟槽且冲击短节与壳体由密封圈密封。
所述的一种复合冲击钻井工具，其工作方法在于所述转换接头与上部钻柱连接，钻井液由转换接头流入工具并带动涡轮转子顺时针转动，由于涡轮转子压紧于定轴上，因此定轴也将随涡轮转子一起转动；定轴带动冲击轴相对于壳体旋转，由于冲击轴与冲击锤通过花键连接，因此冲击轴也将带动冲击锤顺时针转动；冲击短节相对壳体在圆周方向仅能微小转动；冲击锤每转动一圈便撞击冲击短节上的承撞块一次或者两次，并在冲击短节上产生高频扭矩脉冲，该高频扭矩脉冲直接传至钻进中的钻头用于辅助破岩；在冲击锤和冲击短节撞击过程中，冲击锤沿轴向向上运动从而使冲击锤的冲击块在冲击短节的承撞块上滑动，在这一过程中冲击锤压缩轴向弹簧，当冲击锤的冲击块从冲击短节的承撞块上滑脱时，冲击锤在自身重力以及轴向弹簧恢复力的作用下向下运动；随着冲击锤的不断转动，冲击锤周期性地撞击冲击短节，从而形成周期性的冲击脉冲；由于冲击锤的冲击块与冲击短节的承撞块为斜面撞击，因此冲击短节所受冲击力既有扭转分力又有轴向分力。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：(1)本发明可产生周期性的复合冲击脉冲，可用于提高钻井效率；(2)本发明结构简单、长度小、无电子元器件，容易操作且对下部钻具影响小。
附图说明
图1为本发明一种复合冲击钻井工具的结构示意图；
图2为本发明一种复合冲击钻井工具的冲击锤的结构示意图；
图3为本发明一种复合冲击钻井工具的防掉单元的截面示意图；
图中：1.冲击短节，2.壳体，3.防掉块，4.螺帽，5.径向弹簧，6.密封圈，7.冲击锤，8.轴向弹簧，9.冲击轴，10.止推轴承，11.定轴，12.涡轮定子，13.涡轮转子，14.定子压帽，15.转子压帽，16.转换接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，一种复合冲击钻井工具，主要由冲击短节1、壳体2、防掉块3、螺帽4、径向弹簧5、密封圈6、冲击锤7、轴向弹簧8、冲击轴9、止推轴承10、定轴11、涡轮定子12、涡轮转子13、定子压帽14、转子压帽15和转换接头16组成，其特征在于所述冲击短节1的顶端设有承撞块，该承撞块上设有用于承受冲击锤7撞击的斜面；所述冲击锤7底端设有冲击块，该冲击块上设有用于撞击冲击短节1的承撞块的斜面，冲击锤7顶端设有通孔且通孔上设有矩形花键槽；所述冲击轴9上设有矩形花键，冲击轴9的下端设有圆盘形台阶；所述壳体2中间设有台阶且在壳体2台阶的下端面与冲击锤7的上端面间设有轴向弹簧8。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节1的承撞块数量为一个或者两个，冲击锤7的冲击块数量为一个或者两个。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击锤7的矩形花键槽与冲击轴9的矩形花键间隙配合；所述冲击轴9下端的圆盘形台阶用于防止冲击锤7向下脱落。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节1与壳体2下端通过花键连接，即由钻柱传递的扭矩和钻压均通过壳体2下端的花键作用于冲击短节1上；所述壳体2上端通过螺纹与转换接头16连接。
如图3所示，所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节1中间和壳体2下端均设有凹槽，防掉块3放置于两个凹槽间并通过径向弹簧5将防掉块3推向壳体2从而防止冲击短节1从壳体2上脱离；所述径向弹簧5处于压缩状态。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述涡轮定子12通过定子压帽14压紧固定于壳体2内，定子压帽14通过螺纹与壳体2连接；所述涡轮转子13通过转子压帽15压紧固定于定轴11上，转子压帽15通过螺纹与定轴11连接；所述定轴11与冲击轴9通过螺纹连接，定轴11下端设有台阶；在所述壳体2台阶上端与定轴11台阶下端间设有止推轴承10用于支撑定轴11。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于当钻井液流入工具时，涡轮转子13在流体作用下顺时针转动。
所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于冲击短节1上设有密封圈沟槽且冲击短节1与壳体2由密封圈6密封。
如图1所示，所述的一种复合冲击钻井工具，其工作方法在于所述转换接头16与上部钻柱连接，钻井液由转换接头16流入工具并带动涡轮转子13顺时针转动，由于涡轮转子13压紧于定轴11上，因此定轴11也将随涡轮转子13一起顺时针转动；定轴11带动冲击轴9相对于壳体2旋转，由于冲击轴9与冲击锤7通过花键连接，因此冲击轴9也将带动冲击锤7一起顺时针转动；冲击短节1相对壳体2在圆周方向仅能微小转动；冲击锤7每转动一圈便撞击冲击短节1上的承撞块一次或者两次，并在冲击短节1上产生高频扭矩脉冲，该高频扭矩脉冲直接传至钻进中的钻头用于辅助破岩；在冲击锤7和冲击短节1撞击过程中，冲击锤7沿轴向向上运动从而使冲击锤7的冲击块在冲击短节1的承撞块上滑动，在这一过程中冲击锤7压缩轴向弹簧，当冲击锤7的冲击块从冲击短节1的承撞块上滑脱时，冲击锤7在自身重力以及轴向弹簧8恢复力的作用下向下运动；随着冲击锤7的不断转动，冲击锤7周期性地撞击冲击短节1，从而形成周期性的冲击脉冲；由于冲击锤7的冲击块与冲击短节1的承撞块为斜面撞击，因此冲击短节1所受冲击力既有扭转分力又有轴向分力。
以上所述具体实施方式用于说明本发明而非限制本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改，均属于本发明***的保护范围。
Claims (3)
1.一种复合冲击钻井工具，主要由冲击短节(1)、壳体(2)、防掉块(3)、螺帽(4)、径向弹簧(5)、密封圈(6)、冲击锤(7)、轴向弹簧(8)、冲击轴(9)、止推轴承(10)、定轴(11)、涡轮定子(12)、涡轮转子(13)、定子压帽(14)、转子压帽(15)和转换接头(16)组成，其特征在于所述冲击短节(1)的顶端设有承撞块，该承撞块上设有用于承受冲击锤(7)撞击的斜面；所述冲击锤(7)底端设有冲击块，该冲击块上设有用于撞击冲击短节(1)的承撞块的斜面，冲击锤(7)顶端设有通孔且通孔上设有矩形花键槽；所述冲击轴(9)上设有矩形花键，冲击轴(9)的下端设有圆盘形台阶；所述壳体(2)中间设有台阶且在壳体(2)台阶的下端面与冲击锤(7)的上端面间设有轴向弹簧(8)。
2.根据权利要求1所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击短节(1)的承撞块数量为一个或者两个，冲击锤(7)的冲击块数量为一个或者两个。
3.根据权利要求1所述的一种复合冲击钻井工具，其特征在于所述冲击锤(7)的矩形花键槽与冲击轴(9)的矩形花键间隙配合；所述冲击轴(9)下端的圆盘形台阶用于防止冲击锤(7)向下脱落。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161116 |