[發明專利]基于渦輪和凸輪的新型軸向沖擊工具

有效

• 申請號: 201711001111.4
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107503678B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 田家林;何虹志;楊琳;熊潔;周思奇;周儀;黎根銀
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B6/00
• 分類號: E21B6/00;E21B7/00;E21B10/44;E21B12/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于渦輪和凸輪的新型軸向沖擊工具，包括外殼體、沖擊總成、減速器、導流總成、渦輪總成。其技術方案是：上部接鉆柱，下部接螺桿鉆具或渦輪鉆具，工作時，鉆井液進入外殼體，驅動渦輪總成高速轉動，通過減速器，將渦輪總成的高速轉動減速到凸輪的適合工作速度，通過凸輪與滾輪的配合運動，上沖擊筒和下沖擊筒、內導流筒軸向周期運動，產生周期性的軸向機械振動和水力脈沖，并且進入螺桿鉆具或渦輪鉆具的鉆井液流量發生周期性變化，鉆頭在較低轉速時產生較大軸向沖擊，在較高轉速時產生較小軸向沖擊。本發明可有效提高鉆頭機械鉆速和壽命，提高破巖效率。

技術領域

本發明涉及一種用于石油天然氣鉆探工程領域的基于渦輪和凸輪的新型軸向沖擊工具。

背景技術

隨著經濟不斷發展，油氣需求量越來越大，而我國淺層油氣資源則口益枯竭，油氣開發技術不斷進步，油氣井的深度增大，深井、超深井的數目增多。使鉆井工程面臨的地層工作環境更加復雜，鉆井深度不斷增加，巖石在底層圍壓作用下硬度和強度都會有明顯增加，導致鉆頭破巖效率不高?，F在比較有效的鉆井工具主要是旋沖鉆具，在旋轉鉆進的同時對鉆頭施加周期性沖擊載荷，有利于提高鉆頭的破巖效率，提高鉆進的速度。

基于此，為了有效地提高鉆頭機械鉆速和壽命，提高破巖效率，推動快速鉆井技術的發展，我們提出一種基于渦輪和凸輪的新型軸向沖擊工具。

發明內容

為進一步提高中深井、硬地層鉆井速度、堅硬打滑地層的鉆進時效，降低生產成本，提高鉆頭的破巖效果，改善鉆頭和巖石的受力情況，提高鉆頭使用壽命，本發明提供了一種基于渦輪和凸輪的新型軸向沖擊工具。

本發明的技術方案是：渦輪和凸輪的新型軸向沖擊工具，包括外殼體、沖擊總成、減速器、導流總成、渦輪總成，其特征在于：在外殼體內由后端至前端依次為沖擊總成、減速器、導流總成、渦輪總成；所述的沖擊總成包括打撈軸套、限位套a、導流套a、O型密封圈a、上沖擊筒、打撈軸、O型密封圈b、下沖擊筒、O型密封圈c、滾輪a，O型密封圈a安裝于上沖擊筒內壁，O型密封圈c安裝于下沖擊筒外壁，滾輪a周向間隔120°均勻布置于下沖擊筒前端，上沖擊筒從打撈軸后端裝入，下沖擊筒從打撈軸前端裝入，上沖擊筒和下沖擊筒通過螺紋連接，導流套a、限位套a依次從打撈軸后端裝入，打撈軸套和打撈軸通過螺紋連接；所述的減速器包括O型密封圈d、連接套a、減速器外殼a、減速器外殼b、從動齒輪、主動齒輪連接套a、主動齒輪輸入軸保持架、連接套b、主動齒輪輸入軸、連接套c、凸輪a、主動齒輪輸出軸、主動齒輪、主動齒輪連接套b、軸承a、軸承b、軸承c、凸輪b，O型密封圈d安裝于連接套a和連接套c外壁，將主動齒輪輸入軸安裝在連接套c后端，將軸承b放入連接套b內后一起安裝到主動齒輪輸入軸后端，將主動齒輪輸入軸保持架、軸承a分別安裝到主動齒輪連接套a前端，將主動齒輪連接套a和主動齒輪輸入軸后端通過花鍵連接，將主動齒輪連接套a前端的凸處安裝到主動齒輪連接套b的凹處，將從動齒輪安裝好后，將主動齒輪的凸處安裝到主動齒輪連接套b的凹處，將主動齒輪輸出軸前端安裝到主動齒輪，將軸承b與連接套b組合體安裝到主動齒輪輸出軸后端面，將連接套a前端安裝在主動齒輪輸出軸后端，將以上裝配好的減速器內部組合件放入減速器外殼b，分別從減速器外殼b前后端依次安裝軸承c、減速器外殼a，并將凸輪b安裝在減速器前端的連接套b上，將凸輪a安裝在減速器后端的連接套b上，將打撈軸與連接套a后端通過螺紋連接，通過減速器的作用將渦輪總成輸出的高速轉動減速到適合凸輪a、凸輪b工作的轉速；所述的導流總成包括渦輪軸、內導流筒、彈簧a、楔形套、卡瓦、滾輪b、砧子、彈簧b，滾輪b周向間隔120°均勻布置于內導流筒后端，將彈簧a、內導流筒依次從渦輪軸后端裝入，并將渦輪軸與連接套c前端通過螺紋連接，將楔形套從渦輪軸前端裝入，從楔形套前端依次裝入卡瓦、砧子，在卡瓦前端裝入彈簧b；所述的渦輪總成包括限位套b、防掉環、導流套b、O型密封圈e、渦輪定子、渦輪轉子、鍵、渦輪轉子安裝軸、角接觸球軸承，O型密封圈e安裝于渦輪轉子安裝軸內壁，通過花鍵配合將渦輪轉子安裝軸安裝在渦輪軸前端，依次將限位套b、渦輪定子、渦輪轉子通過鍵安裝在渦輪轉子安裝軸上，將防掉環安裝在渦輪轉子安裝軸前端，將兩個角接觸球軸承反向安裝在渦輪轉子安裝軸和導流套b上，當鉆井液流過渦輪總成，渦輪轉子旋轉，渦輪轉子通過鍵傳遞扭矩使渦輪轉子安裝軸旋轉，渦輪轉子安裝軸通過花鍵連接驅使渦輪軸旋轉，從而驅使減速器工作；所述的外殼體總成包括上殼體、下殼體、外導流筒、下接頭，將外導流筒從下殼體前端口裝入，將沖擊總成、減速器和導流總成組裝而成的內部整體從外導流筒后端裝入，將渦輪總成從外導流筒前端裝入，最后將下殼體與下接頭通過螺紋連接。