[發明專利]基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具

有效

• 申請號: 201810872602.4
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108661551B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 田家林;周儀;楊琳;何虹志;熊潔;黎根銀;周思奇;魏來;王彥之
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B4/14
• 分類號: E21B4/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具，由上接頭、動力總成、傳動軸、下接頭和沖擊總成組成；上接頭上部與鉆桿連接，下部與動力總成連接，動力總成在鉆井液的沖擊作用下產生高速旋轉運動，進而依次帶動傳動軸、錘體固定腔旋轉，錘體固定腔帶動沖擊錘轉動，沖擊錘旋轉與下接頭發生碰撞，產生沖擊扭轉振動。本發明中，沖擊錘關于錘體固定腔的軸線對稱安放，其旋轉一次可提供兩次扭轉振動沖擊作用，沖擊錘在彈簧力的作用下和下接頭不斷出現周期性的周向碰撞。該工具產生的轉動和沖擊經下接頭傳遞到鉆頭，為鉆頭提供動力，并使鉆頭產生高頻單向周向振動，進而能有效的避免卡鉆和粘滑現象產生，提高鉆井效率。

技術領域

本發明涉及一種用于石油天然氣頁巖氣鉆井、礦山開采、地質鉆井等領域中的基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具。

背景技術

近年來，隨著國家對石油天然氣需求日益增加，同時對于頁巖氣的開采也是當今熱點，也是一個挑戰。因為在鉆井過程中，常會因為司鉆技術、經驗問題以至于送鉆不及時或送鉆過快，或是因為井壁摩阻問題，造成施加給鉆頭的鉆壓不穩定，影響破巖效率，甚至有可能因為鉆壓突然增大而損壞鉆頭、崩裂鉆頭的切削齒等，影響鉆進速度。另一方面PDC鉆頭在鉆硬或研磨性地層時，通常沒有足夠的扭矩來破碎巖石，從而產生卡鉆的現象，井下鉆桿扭力釋放導致鉆頭失效。油田深部地層巖石堅硬、研磨極值高，應用常規牙輪鉆頭鉆進，單只鉆頭進尺少，需要多次起下鉆且機械鉆速較低；應用螺桿進行復合鉆進時，由于深井中溫度較高，螺桿壽命低、使用效果不理想；同時在鉆探深井超深井中常出現粘滑振動現象，粘滑振動易造成鉆具失效，導致機械鉆速降低。此外，采用氣體鉆井技術鉆進可較大程度提高機械鉆速，但在地層出水的情況下易引起井下復雜情況發生，且氣體鉆井配套設備多，成本相對較大。

針對以上問題，國內外已嘗試了多種工具，取得了一定的提速效果，其中高頻扭轉沖擊類工具占提速工具的主導地位。現場實驗和理論研究均表明，該類工具可以給鉆頭附加高頻扭轉沖擊力，輔助鉆頭破巖，降低鉆柱的粘滑現象，提高機械鉆速，降低鉆進成本，實現更大的經濟效益，同時也更好地保證鉆井的安全性。

發明內容

本發明的目的是：為了解決鉆井過程中的鉆頭卡鉆和鉆柱的粘滑導致鉆具失效和機械鉆速較低的問題，特提供一種基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具，以克服現有技術的缺陷，提高鉆進速度。該工具能有效保護鉆頭，降低成本，提高破巖效率，增加鉆井效率。

本發明的技術方案是：基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具，其特征在于：所述的基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具由上接頭、動力總成、傳動軸、下接頭和沖擊總成組成；所述上接頭上部與鉆桿連接；所述動力總成包括葉輪殼體、鎖母、葉輪、葉輪軸、密封圈a、軸承端蓋、鎖緊螺釘a、串軸承、導流套筒、密封圈b和墊圈a；所述葉輪殼體上部通過螺紋與上接頭連接；葉輪通過花鍵連接的方式安裝在葉輪軸上，并利用鎖母軸向固定，葉輪軸通過螺紋與傳動軸連接，葉輪軸和軸承端蓋接觸處由密封圈a進行密封，串軸承安裝在葉輪軸的下部，并固定在導流套筒內，軸承端蓋通過螺紋連接安裝在導流套筒的端面，導流套筒和葉輪軸設有密封圈b，在導流套筒的端面為對稱十字輻條形流道；在導流套筒圓周方向均布開有3個螺紋盲孔，在葉輪殼體安裝導流套筒處圓周方向面開有3個均勻分布的螺紋孔，利用鎖緊螺釘a將導流套筒固定在葉輪殼體上，導流套筒和傳動軸之間安放有墊圈a；所述沖擊總成包括錘體固定腔、彈簧、導向桿、沖擊錘、擋板、墊圈b、鎖緊螺釘b、墊圈c、鎖緊螺母，下接頭通過螺紋與上接頭進行連接，錘體固定腔通過螺紋與傳動軸進行連接，沖擊錘通過錘體固定腔上開設的矩形通孔卡入錘體固定腔內，彈簧穿過導向桿，安裝在對稱安放的沖擊錘中間，導向桿穿過錘體固定腔沖擊錘上開設的通孔，通過其兩端開設的螺紋與墊圈c、鎖緊螺母進行配合，擋板通過墊圈b、鎖緊螺釘b與錘體固定腔連接。

上述方案中，所述的基于葉輪與彈簧的扭轉振動工具，其特征在于：所述密封圈a數量的為2件，鎖緊螺釘a的數量為3件，彈簧的數量為8件，導向桿的數量為8件，沖擊錘的數量為2件，墊圈b的數量為3件，鎖緊螺釘b的數量為3件，墊圈c的數量為16件，鎖緊螺母的數量為16件。