[實用新型]一種新型扭力沖擊鉆井工具

有效

• 申請號: 201320528810.5
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN203430420U
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 楊明合;田波;張松峰;左惠明;馮進;夏宏南;楊頡
• 申請（專利權）人: 楊明合
• 主分類號: E21B4/16
• 分類號: E21B4/16
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務所 42216
• 代理人: 陳德斌

技術領域

本實用新型涉及一種新型扭力沖擊鉆井工具，屬石油工業鉆井行業鉆井配套設備技術領域。

背景技術

在正常鉆井條件下PDC鉆頭能連續地剪切破碎地層，而用PDC鉆頭打堅硬、固結地層時，通常沒有足夠的扭矩來破碎地層巖石，從而使得鉆頭瞬間停止轉動。這時，扭矩能量就開始在鉆柱中聚集，當鉆柱中的扭矩能量達到一定值時就會突然釋放出來，鉆頭將會以一個更高的轉速破巖，產生PDC鉆頭鉆進過程中的粘滑振動現象。室內試驗和現場實踐均表明，這種粘滑振動是導致鉆頭失效及鉆進效率低下的重要因素之一，會直接損壞PDC切削齒、降低鉆頭及下部鉆具的使用壽命。

目前國外針對鉆頭“粘滑”振動現象而研發的專利主要有美國、加拿大，國內的西南石油大學、中國石油大學（北京）及中石化勝利油田等相關單位也提出過申請。但到目前國內還沒有成功應用的實例。

發明內容

本實用新型的目的在于，提供一種將鉆井液的流體能量轉換成扭向的、高頻的、均勻穩定的沖擊能量，并直接傳遞給PDC鉆頭，使鉆頭不需要等待積蓄足夠的扭力能量就可以切削地層，避免鉆頭鉆進時因扭矩不足而產生的粘滑振動現象，提高機械鉆速、延長鉆頭及下部鉆具組合的壽命。且結構小，與鉆頭連接后，不會影響鉆具組合使用性能的新型扭力沖擊鉆井工具。

本實用新型是通過如下的技術方案來實現上述目的的：

該新型扭力沖擊鉆井工具由外筒、旋轉動力總成、扭力沖擊總成及鉆頭接頭構成，外筒上端接頭帶有標準API石油螺紋，其特征在于：外筒內腔從上至下依次安裝有旋轉動力總成和扭力沖擊總成，下端裝有鉆頭接頭；所述的旋轉動力總成由制動短接、彈簧、推力軸承、導流環、螺旋葉片、止推底座、內筒、推力軸承副、螺旋葉片中軸、軸瓦、制動軸組成；軸瓦和螺旋葉片安裝在螺旋葉片中軸上，制動短接與內筒之間安放有彈簧與推力軸承，止推底座下端安放有推力軸承副，制動軸與螺旋葉片中軸螺紋連接，止推底座與螺旋葉片中軸螺紋連接；所述的扭力沖擊總成由工作腔上蓋、轉動閥芯、液動錘、砧座和密封墊片組成；液動錘通過花鍵與鉆頭接頭連接，液動錘的錘頭位于砧座的工作腔中，工作腔上蓋通過螺釘與砧座的上端連接；鉆頭接頭通過花鍵和鋼珠與外筒的下端連接，帶有中心噴嘴的噴嘴底座以花鍵形式與鉆頭接頭連接。

所述的轉動閥芯的旋轉動力由導流環和螺旋葉片組成的渦輪節提供，流體通過渦輪節后流經止推底座直接進入轉動閥芯，且螺旋葉片和止推底座隨同轉動閥芯一起轉動。

所述的轉動閥芯外側由兩個突出的隔離體把轉動閥芯和液動錘內側面形成的環形空間隔離成低壓腔和高壓腔兩個獨立的空間：當轉動閥芯轉動一周時，低壓腔和高壓腔交替與工作腔相連通，迫使砧座繞中心來回擺動一次。

所述的轉動閥芯及中心噴嘴均為浮動裝配，二者之間靠間隙密封，不傳遞軸向載荷。

所述的液動錘和鉆頭接頭通過花鍵連接。在砧座內凹形成的空間內，由液動錘的錘頭隔成兩個彼此獨立的工作腔，工作時液動錘固定不動，當轉動閥芯轉動一周時，工作腔內的高低壓交換一次，砧座繞中心來回擺動一次，與液動錘完成正反兩次碰撞。

所述的鉆頭接頭上的鉆頭提離井底時，制動軸在彈簧的作用下和制動短接相結合，螺旋葉片制動；當鉆頭接頭上的鉆頭正常鉆進時，鉆壓的作用力使彈簧壓縮，制動軸和制動短接脫開，螺旋葉片正常轉動。

本實用新型與現有技術相比的有益效果在于：

該新型扭力沖擊鉆井工具由螺旋葉片提供動力，能夠巧妙地將鉆井液的流體能量轉換成扭向的、高頻的、均勻穩定的沖擊能量，直接傳遞給PDC鉆頭，結構簡單，易損原件少，不受鉆井地質復雜情況限制；并能夠對鉆頭施加扭向的高頻沖擊，可以顯著改善鉆頭的粘滑振動現象，能大幅提高機械鉆速和鉆井綜合技術經濟效益。極大地消除了粘滑振動現象，提高了機械鉆速、延長了鉆頭及下部鉆具組合的壽命，與鉆頭連接后不會影響鉆具組合的使用性能。

附圖說明

圖1是一種新型扭力沖擊鉆井工具的結構示意圖；

圖2是圖1的A—A剖面結構示意圖；

圖3是圖1的B—B剖面結構示意圖。