CN108625783A - 一种井下增压辅助破岩工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井下增压辅助破岩工具；属于石油，天然气井下作业工具技术领域。该破岩工具包括转换接头、上壳体、下壳体、涡轮主轴、旋转轴和液压缸，上壳体内装有涡轮主轴；下壳体内装有旋转轴，旋转轴一侧的下壳体内固定安装有液压缸，液压缸和旋转轴滑动连接；液压缸与推力轴承之间的旋转轴上通过密封块安装有磁力往复机构。该井下增压辅助破岩工具结构简单、脉冲平稳、不存在有害冲击；解决了现有井下增压装置结构复杂、制造难度大；寿命短、且存在有害冲击的问题；有效提高了增压辅助破岩工具的使用寿命和可靠性，增加了钻头破岩效率，从而缩短了建井周期，降低了钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下增压辅助破岩工具；属于石油，天然气井下作业工具技术领域。
背景技术
目前随着深井、超深井在油田所占比例增大，钻井遇到坚硬地层时钻速会大幅度下降，普通钻井工具难以达到施工要求。国内研究表明井下增压辅助钻井在油气井钻井中能够大幅度的提高机械钻速，目前国内井下增压装置中，大部分都是使用水压来推动活塞，活塞带动液压缸往复运运动来实现井底增压，主要区别是换向方式不同；为了实现活塞的往复运动，必须建立活塞缸上下腔两端的压力差，压差越大，输出的压力越大。这类装置增压效果良好，但是也存在缺点：增压器流道复杂，给加工和安装造成很大困难；增压装置的往复机构存在有害冲击。由此，有必要研发一种结构简单，脉冲平稳，不存在有害冲击，连接简单、安装方便的辅助破岩工具。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结构简单、脉冲平稳、不存在有害冲击、可以有效提高使用寿命和可靠性、解决现有井下增压装置结构复杂、制造难度大；寿命短、且存在有害冲击的井下增压辅助破岩工具。
本发明的技术方案为：
一种井下增压辅助破岩工具，包括转换接头、上壳体、下壳体、涡轮主轴、旋转轴和液压缸，其特征在于：上壳体和下壳体之间相互螺纹连接，上壳体的一端螺纹安装有转换接头；上壳体内通过涡轮组件和对称设置的扶正轴承安装有涡轮主轴；涡轮主轴一侧的下壳体内通过推力轴承安装有旋转轴，涡轮主轴和旋转轴之间螺纹连接，旋转轴一侧的下壳体内固定安装有液压缸，液压缸和旋转轴滑动连接；液压缸与推力轴承之间的旋转轴上通过密封块安装有磁力往复机构；磁力往复机构与液压缸螺纹连接；磁力往复机构与下壳体滑动连接，扶正轴承和推力轴承之间的涡轮主轴和旋转轴上通过间隔设置的隔环安装有限流套和分流套。
所述的旋转轴上设置有中心通孔，涡轮主轴与旋转轴连接处的涡轮主轴圆周上径向均布有多个分流孔，分流孔与旋转轴的中心通孔连通。
所述的磁力往复机构由套筒、动磁铁和静磁铁构成；套筒内壁上呈间隔对称状设置有两组静磁铁，旋转轴上呈间隔对称状固定安装有两组动磁铁，动磁铁和静磁铁之间成交叉状设置。套筒的圆周上设置有健齿，与健齿对应的下壳体内壁上设置有键槽，套筒通过健齿与键槽的配合与下壳体滑动连接。
所述的动磁铁和静磁铁的截面分别呈扇形。
所述的限流套和分流套上分别设置有过流孔。
所述的液压缸由缸体和活塞杆构成，缸体底部设置有射流孔，缸体内设置有活塞杆，液压缸通过活塞杆与旋转轴滑动连接；液压缸通过活塞杆与套筒螺纹连接。
所述的活塞杆上设置有活塞杆中心孔，活塞杆中心孔内装有单向阀。
所述的单向阀由外壳体、堵盖、弹簧和钢球构成，外壳体的一端设置有进液口，与进液口对应的外壳体另一端螺纹安装有堵盖，堵盖上通过弹簧安装有钢球，钢球与进液口接触连接，所述的弹簧两侧的堵盖上设置有出液口。
本发明的有益效果在于：
该井下增压辅助破岩工具工作时；高压钻井液使得涡轮组件驱动涡轮主轴旋转，涡轮主轴带动旋转轴旋转，旋转轴上的动磁铁与套筒上的静磁铁对齐后会在异极相吸作用下，会使套筒向上运动，当旋转轴旋转180°后，旋转轴与套筒上的磁铁再次对齐，同极相斥作用会使套筒向下运动，由此在钻井液的驱动下，套筒会有规律的上下往复运动。如此往复运动，进而通过活塞杆使得缸体的液体被周期性压缩从而在钻头水眼处形成高压射流，该高压水力射流即可辅助钻头破岩，增加钻头破岩效率。该井下增压辅助破岩工具结构简单、脉冲平稳、不存在有害冲击；解决了现有井下增压装置结构复杂、制造难度大；寿命短、且存在有害冲击的问题；有效提高了增压辅助破岩工具的使用寿命和可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A—A向的截面结构示意图；
图3为图1中的A处放大结构示意图；
图4为本发明的单向阀的结构示意图。
图中：1、转换接头，2、上壳体，3、下壳体，4、涡轮主轴，5、旋转轴，6、涡轮组件，7、扶正轴承，8、推力轴承，9、缸体，10、活塞杆，11、射流孔，12、活塞杆中心孔，13、单向阀，14、外壳体，15、堵盖，16、弹簧，17、钢球，18、进液口，19、出液口，20、密封块，21、套筒，22、动磁铁，23、静磁铁，24、健齿，25、中心通孔，26、分流孔，27、限流套，28、分流套。
具体实施方式
该井下增压辅助破岩工具包括转换接头1、上壳体2、下壳体3、涡轮主轴4、旋转轴5和液压缸，上壳体2和下壳体3之间相互螺纹连接，上壳体2的一端螺纹安装有转换接头1；上壳体2内通过涡轮组件6和对称设置的扶正轴承7安装有涡轮主轴4；涡轮组件6包括涡轮转子和涡轮定子；涡轮主轴4一侧的下壳体3内通过推力轴承8安装有旋转轴5，涡轮主轴4和旋转轴5之间螺纹连接，旋转轴5上设置有中心通孔25，涡轮主轴4与旋转轴5连接处的涡轮主轴4圆周上径向均布有多个分流孔26，分流孔26与旋转轴5的中心通孔25连通。旋转轴5一侧的下壳体3内通过螺栓固定安装有液压缸。
液压缸由缸体9和活塞杆10构成，缸体9底部设置有射流孔11，缸体9内设置有活塞杆10，活塞杆10上设置有活塞杆中心孔12，活塞杆中心孔12内固定安装有单向阀13。液压缸通过活塞杆10与旋转轴5滑动密封连接；由此使中心孔12与旋转轴5的中心通孔25连通。
单向阀13由外壳体14、堵盖15、弹簧16和钢球17构成，外壳体14的一端设置有进液口18，与进液口18对应的外壳体14另一端螺纹安装有堵盖15，堵盖15上通过弹簧16安装有钢球17，钢球17与进液口18密封接触连接，弹簧16两侧的堵盖15上设置有出液口19。
液压缸13与推力轴承8之间的旋转轴5上通过密封块20安装有磁力往复机构；磁力往复机构由套筒21、动磁铁22和静磁铁23构成；套筒21内壁上呈间隔对称状设置有两组静磁铁23，两组动磁铁22呈间隔对称状固定安装在旋转轴5上，动磁铁22和静磁铁23的截面分别呈扇形；动磁铁22和静磁铁23之间成交叉状设置，套筒21的圆周上设置有健齿24，与健齿24对应的下壳体3内壁上设置有键槽，套筒21通过健齿24与键槽的配合与下壳体3滑动连接。磁力往复机构通过套筒21与液压缸的活塞杆10螺纹连接。工作过程中，在旋转轴5的转动作用下，旋转轴5上的动磁铁22与套筒21上的静磁铁23会出现周期性的排斥力和相吸力，即同性相斥，异性相吸，这一过程中，带动套筒21在下壳体3内往复运动；套筒21的往复运动带动活塞杆10在缸体9伸缩，使得缸体9内的液体被周期性压缩并从射流孔11喷出作用至钻头水眼处形成高压。该高压水力射流即可辅助钻头破岩，增加钻头破岩效率。
扶正轴承7和推力轴承8之间的涡轮主轴4和旋转轴5上通过间隔设置的隔环安装有限流套27和分流套28；限流套27和分流套28上分别设置有过流孔。
该井下增压辅助破岩工具工作时，由转换接头1进入的高压钻井液冲击涡轮组件6，从而带动涡轮主轴4旋转，由于涡轮主轴4和旋转轴5之间螺纹连接，由此旋转轴5随同涡轮主轴4同时旋转。完成冲击涡轮组件6的高压钻井液少部分经限流套27和分流套28上分别设置的过流孔进入至推力轴承8处；以对推力轴承8起到润滑和冷却的作用。大部分的钻井液经分流孔26进入旋转轴5的中心通孔25内，然后进入活塞杆中心孔12内并压缩钢球17，使得单向阀13开启进入至缸体9内，这一过程中，在旋转轴5的转动作用下；旋转轴5上固定安装的动磁铁22与套筒21上固定安装的静磁铁23之间会出现周期性的排斥力和相吸力，即动磁铁22的正、负极与静磁铁23的正、负极对应或错位时，动磁铁22与静磁铁23之间出现同性相斥，异性相吸的情况，同性相斥时，迫使套筒21向下运动，异性相吸时，迫使套筒21向上运动，如此往复，使得套筒21有规律的上下往复运动，由此带动活塞杆10规律的在缸体9内伸缩；进而使进入缸体9内的钻井液被周期性压缩，压缩后的钻井液经射流孔11喷出，在通过钻头上的连通过和水眼射出对钻头处的岩石形成冲击，以辅助钻头破岩，增加钻头破岩效率。
该井下增压辅助破岩工具结构简单、脉冲平稳、不存在有害冲击；解决了现有井下增压装置结构复杂、制造难度大；寿命短、且存在有害冲击的问题；有效提高了增压辅助破岩工具的使用寿命和可靠性，增加了钻头破岩效率，从而缩短了建井周期，降低了钻井成本。
Claims (9)
1.一种井下增压辅助破岩工具，包括转换接头（1）、上壳体（2）、下壳体（3）、涡轮主轴（4）、旋转轴（5）和液压缸，其特征在于：上壳体（2）和下壳体（3）之间相互螺纹连接，上壳体（2）的一端螺纹安装有转换接头（1）；上壳体（2）内通过涡轮组件（6）和对称设置的扶正轴承（7）安装有涡轮主轴（4）；涡轮主轴（4）一侧的下壳体（3）内通过推力轴承（8）安装有旋转轴（5），涡轮主轴（4）和旋转轴（5）之间螺纹连接，旋转轴（5）一侧的下壳体（3）内固定安装有液压缸，液压缸和旋转轴（5）滑动连接；液压缸与推力轴承（8）之间的旋转轴（5）上通过密封块（20）安装有磁力往复机构；磁力往复机构与液压缸螺纹连接；磁力往复机构与下壳体（3）滑动连接，扶正轴承（7）和推力轴承（8）之间的涡轮主轴（4）和旋转轴（5）上通过间隔设置的隔环安装有限流套（27）和分流套（28）。
2.根据权利要求1所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的旋转轴（5）上设置有中心通孔（25），涡轮主轴（4）与旋转轴（5）连接处的涡轮主轴（4）圆周上径向均布有多个分流孔（26），分流孔（26）与旋转轴（5）的中心通孔（25）连通。
3.根据权利要求1所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的磁力往复机构由套筒（21）、动磁铁（22）和静磁铁（23）构成；套筒（21）内壁上呈间隔对称状设置有两组静磁铁（23），旋转轴（5）上呈间隔对称状固定安装有两组动磁铁（22），动磁铁（22）和静磁铁（23）之间成交叉状设置。
4.根据权利要求3所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的套筒（21）的圆周上设置有健齿（24），与健齿（24）对应的下壳体（3）内壁上设置有键槽，套筒（21）通过健齿（24）与键槽的配合与下壳体（3）滑动连接。
5.根据权利要求3所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的动磁铁（22）和静磁铁（23）的截面分别呈扇形。
6.根据权利要求1所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的限流套（27）和分流套（28）上分别设置有过流孔。
7.根据权利要求1所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的液压缸由缸体（9）和活塞杆（10）构成，缸体（9）底部设置有射流孔（11），缸体（9）内设置有活塞杆（10），液压缸通过活塞杆（10）与旋转轴（5）滑动连接；液压缸通过活塞杆（10）与套筒（21）螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的活塞杆（10）上设置有活塞杆中心孔（12），活塞杆中心孔（12）内装有单向阀（13）。
9.根据权利要求8所述的一种井下增压辅助破岩工具，其特征在于：所述的单向阀（13）由外壳体（14）、堵盖（15）、弹簧（16）和钢球（17）构成，外壳体（14）的一端设置有进液口（18），与进液口（18）对应的外壳体（14）另一端螺纹安装有堵盖（15），堵盖（15）上通过弹簧（16）安装有钢球（17），钢球（17）与进液口（18）接触连接，弹簧（16）两侧的堵盖（15）上设置有出液口（19）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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