[發明專利]渦輪扭轉沖擊發生器

有效

• 申請號: 201310698227.3
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103670269A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 宋洵成;李同同;管志川;許海超;陸桃妹
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B6/00
• 分類號: E21B6/00;E21B7/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及石油天然氣勘探開發過程中提高深部硬地層鉆井速度的工具，具體地說是涉及一種渦輪扭轉沖擊發生器。

背景技術

當前，我國陸地油氣勘探開發呈現出由東向西并向深井超深井發展的趨勢，與此同時，海洋油氣勘探開發由灘海與淺海逐步轉向深海。隨著油氣勘探逐步向深部地層及深海域發展，鉆井操作面臨越來越復雜的地層環境及鉆進工藝難題，勘探開采難度不斷加大。在深井超深井的鉆進過程中，隨著井深的增加，巖石硬度及塑性增大，研磨性增強，可鉆性變差，下部鉆具粘滑振動劇烈。鉆具的粘滑振動現象不但造成機械鉆速降低，還可能造成井下事故的發生，嚴重影響油氣勘探開發的進行。

扭轉沖擊鉆井是一種新興的高效鉆井技術，它正是基于減緩甚至抑制下部鉆具的粘滑振動而發展起來的。扭轉沖擊鉆井是指在常規鉆井的基礎之上在PDC鉆頭的上方增設一個扭轉沖擊鉆井工具用于給鉆頭提供周期性的低幅高頻扭向沖擊的鉆井技術。沖擊器對鉆頭產生的周期性高頻沖擊，可以大幅度減少或消除PDC鉆頭的粘滑振動，在提高機械鉆速的同時，能夠保護鉆頭，延長鉆頭壽命，減少起下鉆次數，有效降低了鉆井成本。

目前，存在的扭力沖擊器雖然能夠實現高頻的扭轉沖擊，但是存在很多缺陷，比如，（1）沖擊結構設計不合理，導致單次沖擊功小，且沖擊副壽命不高；（2）不存在儲能元件，使得扭沖能量利用率較低；（3）現有的扭力沖擊器自身不帶有穩定器；（4）渦輪葉片型線設計不合理，鉆井液能量轉化率低，導致扭沖工具工作性能不佳。

發明內容

針對以上缺陷，本發明設計了一種渦輪扭轉沖擊發生器。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種渦輪扭轉沖擊發生器，包括轉換接頭、外殼、渦輪、定軸、傳動套、沖擊爪、沖擊架、傳動軸和鉆頭套筒，外殼上端連接轉換接頭，外殼下端連接鉆頭套筒，渦輪轉子固定在定軸上，渦輪定子固定在外殼上，定軸和傳動套通過花鍵配合，傳動套安裝在沖擊架上端，沖擊架下端安裝端蓋，傳動軸安裝在傳動套和端蓋上，沖擊爪安裝在沖擊架上；定軸下端設置有擋盤，定軸上設置有側流道，鉆井液經轉換接頭進入外殼內，流經渦輪到達擋盤，然后上返至定軸側流道，匯聚到定軸的主流道，然后經傳動套進入傳動軸，繼續向下流入鉆頭套筒；鉆井液啟動渦輪，渦輪轉子高速旋轉，帶動定軸高速旋轉，定軸帶動傳動套旋轉，傳動套上開設有U形口，沖擊爪包括方形部、爪扣部和連接部，方形部與U形口相配合，連接部為圓柱形，在沖擊架上設置有條形槽，沖擊爪的連接部卡入條形槽中，沖擊爪可相對于沖擊架小角度旋轉，在傳動軸上設置有與爪扣部相配合的爪扣槽，傳動套轉動時通過U形口撥動沖擊爪方形部，帶動沖擊爪和沖擊架轉動，沖擊爪周期性的沖擊傳動軸。

優選的，在外殼側壁上均布四個剛性穩定器，所述剛性穩定器為長型螺旋葉片型。

優選的，所述轉換接頭一端為連接鉆鋌的公扣，另一端為連接外殼的公扣；外殼上端為連接轉換接頭的母扣，外殼下端均布有四個45度的外殼花鍵，形成四個45度的外殼花鍵槽；在鉆頭套筒上有四個40度的花鍵環繞排列在鉆頭套筒端面上，形成四個50度的鉆頭套筒花鍵槽，外殼花鍵與鉆頭套筒花鍵槽形成間隙配合。

優選的，所述定軸下部設置有臺肩，側面設置有半圓條形凸臺，上部安裝鋼套，渦輪轉子通過臺肩、凸臺和鋼套定位，壓盤安裝在鋼套上，二者為滑動連接，端帽和定軸通過螺紋連接將渦輪轉子固定在定軸上；所述渦輪定子下部通過定位套定位，定位套座在擋盤上，擋盤座在外殼內壁的臺肩上，渦輪定子上部通過壓盤和轉換接頭固定在外殼上。

優選的，所述外殼內壁上開設有凹槽，在凹槽內固定承壓軸承，所述沖擊架端蓋和傳動軸座在承壓軸承上。

優選的，所述傳動軸和鉆頭套筒通過螺紋連接，在鉆頭套筒上開設方形溝槽，在溝槽中安放兩個半圓環形防掉擋圈，在外殼下端周向開設四個螺紋孔，在螺紋孔中裝入防掉螺桿，防掉擋圈和防掉螺桿通過螺紋連接。

本發明的有益技術效果是：

（1）本發明合理設計了扭轉沖擊結構，在實現大沖擊功的前提下，儲能元件即沖擊架能夠將兩次沖擊間隔內渦輪產生的扭矩能量儲存起來，在下一次沖擊時完全釋放，從而提高間隔內扭沖能量的利用率；

（2）本發明在外殼外面設計自帶穩定器，在提速快打的同時還能起到防斜作用，保證井身質量；

（3）本發明在外殼下端設置便于拆卸的防掉擋圈和防掉螺桿，在傳動軸鉆頭套筒螺紋連接的同時，對鉆頭套筒起到雙保險作用，提高了鉆井的安全性；

（4）本發明工作性能好，能量轉化率高，使用壽命長。

附圖說明