[發(fā)明專利]一種水力沖擊螺桿鉆具

在審

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• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106894756A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉哲偉;吳凱豪;蹇寶銳;胡玉帆
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B4/02
• 分類號: E21B4/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于硬質(zhì)巖層并能提高機械鉆速的水力沖擊螺桿鉆具。

技術(shù)背景

與傳統(tǒng)鉆井或金剛石鉆井技術(shù)相比沖擊鉆井具有更高的機械鉆速，尤其在硬質(zhì)地層鉆進時能大幅提高機械鉆速。鉆頭在沖擊動載荷的作用下破碎巖石，旋沖鉆井則是在鉆頭沖擊巖石的基礎(chǔ)上加上鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖石，其破巖效率一般是旋轉(zhuǎn)鉆井的2～3倍，故能大幅度提高鉆井速度、降低鉆井成本具有顯著的經(jīng)濟效益。

在諸多沖擊鉆井技術(shù)中，如何有效可靠地產(chǎn)生沖擊動載荷且保證機械在該動載荷的作用下具有可靠壽命是該技術(shù)的關(guān)鍵。通過流體來產(chǎn)生沖擊動載荷較為可靠，且振動波的產(chǎn)生源頭為流體，相比機械振動降低了零件失效的風(fēng)險。近些年來，液動沖擊器不斷發(fā)展，并被大量運用于硬質(zhì)地層的鉆進過程中。本發(fā)明設(shè)計一種可產(chǎn)生沖擊動載荷的螺桿鉆具，通過周期性改變螺桿鉆具流道的面積產(chǎn)生水擊現(xiàn)象從而產(chǎn)生沖擊動載荷，大大提高在硬質(zhì)地層的機械鉆速。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：實現(xiàn)深井和硬質(zhì)地層的快速鉆進，特提供一種水力沖擊螺桿鉆具。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種水力沖擊螺桿鉆具是由旁通閥總成、防掉總成、動力總成、萬向軸總成、水力沖擊總成、傳動軸總成構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)特征是：旁通閥總成右端與防掉總成左端采用螺紋連接，防掉總成右端與動力總成左端采用螺紋連接，動力總成右端與萬向軸總成左端采用螺紋連接，萬向軸總成右端與水力沖擊總成左端采用螺紋連接，水力沖擊總成右端與傳動軸總成左端采用螺紋連接。所述水力沖擊總成由內(nèi)中心管、外套筒和殼體構(gòu)成；

進一步，所述內(nèi)中心管設(shè)置3個流道Ⅰ，所述流道Ⅰ周向均布。

進一步，所述內(nèi)中心管設(shè)置3個流道Ⅱ，所述流道Ⅱ周向均布。

進一步，所述內(nèi)中心管外表面燒結(jié)硬質(zhì)合金層Ⅰ。

采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是：增加內(nèi)中心管外表面的耐磨性；對內(nèi)中心管起到扶正作用。

進一步，所述內(nèi)中心管設(shè)置1個主流道，所述主流道通過流道Ⅰ與殼體內(nèi)腔相連通；所述主流道通過流道Ⅱ、流道孔與殼體內(nèi)腔相連通；所述主流道中心線與所述流道Ⅰ中心線夾角為α，所述α角介于30°到90°之間；所述主流道中心線與所述流道Ⅱ中心線夾角為β，所述β角介于30°到90°之間。

進一步，所述內(nèi)中心管左端與萬向軸總成右端連接；所述內(nèi)中心管右端與傳動軸總成左端連接。

進一步，所述外套筒設(shè)置2個流道孔，所述流道孔周向均布；所述流道孔連通殼體內(nèi)腔與流道Ⅱ。

進一步，所述外套筒上端面設(shè)置6個槽，槽在圓周方向均布。

采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是：流體可以通過槽進入殼體內(nèi)腔，從而順利到達流道孔附近。

進一步，所述外套筒內(nèi)表面燒結(jié)硬質(zhì)合金層Ⅱ。

采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是：增加外套筒內(nèi)表面的耐磨性；對外套筒起到扶正作用。

進一步，所述外套筒與所述內(nèi)中心管采用間隙配合。

進一步，所述外套筒下端面與傳動軸總成臺肩形成軸向定位。

進一步，所述殼體設(shè)置內(nèi)臺肩，所述內(nèi)臺肩與所述外套筒上端面形成軸向定位。

進一步，所述殼體與所述外套筒采用過盈配合。

本發(fā)明的有益效果是：(1)相同機械鉆速時，沖擊鉆井方式所需要的鉆壓較小，從而減小了鉆柱的受力；(2)沖擊鉆井方式下鉆頭與巖石接觸時間較少，從而提高了鉆頭的壽命；(3)由于破巖方式以沖擊為主，所以井眼的井斜角較小，且在直井的鉆進過程中井斜角較易控制從而改善了井眼狀況；(4)與其他的液動沖擊器相比，該螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)原理均較為簡單，只是在傳統(tǒng)螺桿鉆具上增加了關(guān)于流道面積的改動，故簡化了加工工藝以及降低井下事故的風(fēng)險。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種水力沖擊螺桿鉆具的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖2是水力沖擊總成的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是外套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是流道面積變化情況示意圖；

圖5是外套筒三維示意圖；

圖6是內(nèi)中心管剖面三維示意圖。

圖中：1.旁通閥總成，2.防掉總成，3.動力總成，4.萬向軸總成，5.水力沖擊總成，6.傳動軸總成，5-1.內(nèi)中心管，5-2.外套筒，5-3.殼體，6-1.傳動軸總成殼體，5-1a.流道Ⅰ，5-1b.流道Ⅱ，5-1c.硬質(zhì)合金層Ⅰ，5-1d.主流道，5-2a.槽，5-2b.流道孔，5-2c.硬質(zhì)合金層Ⅱ，5-2d.外套筒下端面，5-3a.內(nèi)臺肩，6-1a.傳動軸總成殼體臺肩。

具體實施方式