[發明專利]能夠對鉆頭產生周期性的周向和軸向振動的鉆具

在審

• 申請號: 202010039893.6
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN113123722A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 徐少俊;肖睿
• 申請（專利權）人: 成都百施特金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24;E21B7/18;E21B10/60;E21B12/00
• 代理公司: 成都極緯知識產權代理有限公司 51320
• 代理人: 李凌峰

本發明公開了一種能夠對鉆頭產生周期性的周向和軸向振動的鉆具，包括鉆具本體、上接頭、下接頭以及安裝于鉆具本體的中心通孔內的導流壓帽、第一轉軸、渦輪、配流盤、第二轉軸、沖擊壓帽、帶孔套筒、沖擊套筒、驅動閥、沖擊錘和噴嘴，下接頭與鉆具本體的下端通過用于使下接頭與鉆具本體之間在具有傳動功能的同時具有微距移動空間的非固定連接裝置連接，多部件有效組裝整合為旋轉傳動結構、周向振動結構和軸向振動結構。本發明在不影響將鉆桿的旋轉動力傳遞給鉆頭的功能前提下，對鉆頭形成周期性的周向振動和軸向振動，有效降低了周向不規格振動產生的“粘?滑效應”，提高了鉆進速度、效率和井眼質量，保護了鉆頭，延長了鉆頭壽命。

技術領域

本發明涉及一種用于與鉆頭連接的輔助鉆具，尤其涉及一種能夠對鉆頭產生周期性的周向和軸向振動的鉆具。

背景技術

隨著石油鉆井行業的發展，鉆井提速的重要性日益呈現。在實際鉆井過程中，不存在理想的鉆進狀態，鉆頭的運動是無序的，雜亂無章的。井下的振動包括橫向、縱向和扭向的振動以及這幾種振動的組合，井下無規律的不良振動會損壞鉆頭切削齒，導致鉆頭壽命降低；另一方面，在堅硬和塑性地層，采用正常鉆進鉆壓則鉆頭切削齒無法有效吃入地層，采用過高鉆壓又會導致切削齒崩損。

綜上，傳統鉆頭依靠鉆桿帶動旋轉鉆入地層，因為沒有對鉆頭的振動方向和頻率進行約束，所以鉆頭的振動方向和頻率都是雜亂無章的，一方面導致鉆進地層困難、效率低下，另一方面容易損壞鉆頭的切削齒，降低鉆頭壽命。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種能夠對鉆頭產生周期性的周向和軸向振動的鉆具。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種能夠對鉆頭產生周期性的周向和軸向振動的鉆具，包括套管形的鉆具本體、用于與鉆桿連接的上接頭和用于與鉆頭連接的下接頭，所述上接頭和所述下接頭分別與所述鉆具本體的上端和下端連接，所述上接頭和所述下接頭分別設有豎向中心通孔，所述下接頭與所述鉆具本體的下端通過非固定連接裝置連接，所述非固定連接裝置使所述下接頭與所述鉆具本體之間在具有傳動功能的同時具有微距移動空間；所述鉆具還包括安裝于所述鉆具本體的中心通孔內的導流壓帽、第一轉軸、渦輪、配流盤、第二轉軸、沖擊壓帽、帶孔套筒、沖擊套筒、驅動閥、沖擊錘和噴嘴，所述導流壓帽與所述鉆具本體固定連接且其上端靠近所述上接頭，所述導流壓帽上靠近外壁的位置設有豎向的壓帽導流通孔且所述壓帽導流通孔的上端與所述上接頭的豎向中心通孔的下端相通，所述第一轉軸的上端與所述導流壓帽連接且能夠自由旋轉，所述第一轉軸的外壁與所述鉆具本體的內壁之間留有過流間隙且該過流間隙的上端與所述壓帽導流通孔的下端對應相通，所述渦輪安裝于所述過流間隙內，所述渦輪的靜子與所述鉆具本體的內壁連接，所述渦輪的轉子與所述第一轉軸的外壁連接，所述第一轉軸的下端與所述配流盤連接且能夠自由旋轉，所述配流盤與所述鉆具本體固定連接，所述配流盤上靠近外壁的位置設有豎向的配流盤導流通孔且所述配流盤導流通孔的上端與所述過流間隙的下端對應相通，所述第二轉軸的上端與所述第一轉軸的下端固定連接，所述第二轉軸設有豎向中心通孔，所述第二轉軸的外壁與所述鉆具本體的內壁之間留有分流間隙，所述分流間隙的上端與所述配流盤導流通孔的下端對應相通，所述第二轉軸的中下段外壁厚度小于上段外壁厚度形成薄壁段，所述沖擊壓帽通過自身的中心通孔套裝于所述第二轉軸的薄壁段的上段外，所述沖擊壓帽的外壁與所述鉆具本體的內壁接觸，所述帶孔套筒通過自身的豎向中心通孔套裝于所述第二轉軸的薄壁段的上段外且位于所述第二轉軸的上段與所述沖擊壓帽之間，所述帶孔套筒與所述沖擊壓帽之間通過薄型平鍵連接，所述帶孔套筒的筒壁上設有一個套筒通孔，所述第二轉軸的上段壁上設有多個周向分布的第一轉軸通孔，所述第二轉軸的薄壁段的上段壁上設有一個第二轉軸通孔，所述套筒通孔和所述第二轉軸通孔能夠對應連通且連通時具有相同的中心軸線且該中心軸線與豎向之間具有15-75°的夾角，所述驅動閥通過自身的豎向中心通孔套裝于所述第二轉軸的薄壁段的中下段外且固定連接，所述驅動閥上設有橫向的驅動通孔，豎向同一高度的兩個所述驅動通孔對稱分布于所述驅動閥的豎向中心軸線兩側，所述第二轉軸的薄壁段上與所述驅動通孔對應的豎向高度位置的圓周壁上設有多個橫向的第三轉軸通孔，所述沖擊錘通過自身的豎向中心通孔套裝于所述驅動閥外且能夠旋轉，所述沖擊錘的外周壁上設有兩個外凸的錘頭，豎向同一高度的兩個所述錘頭對稱分布于所述沖擊錘的豎向中心軸線兩側，所述沖擊錘的外周壁上位于所述錘頭周向兩側的位置分別設有橫向的沖擊錘通孔，同一個所述錘頭兩側的兩個所述沖擊錘通孔的內端之間的周向距離與對應的所述驅動通孔的周向寬度相同，所述沖擊套筒通過自身的豎向中心通孔套裝于所述沖擊錘外，所述沖擊套筒的外壁與所述鉆具本體的內壁接觸且固定，所述沖擊套筒的內壁上設有橫向內凹的套筒凹槽，兩個所述套筒凹槽對稱分布于所述沖擊套筒的豎向中心軸線兩側，兩個所述錘頭分別置于兩個所述套筒凹槽內且能夠周向擺動，同一個所述錘頭兩側的兩個所述沖擊錘通孔能夠同時置于對應的所述套筒凹槽內，所述沖擊壓帽的下端與所述沖擊套筒的上端連接，所述沖擊套筒的下端與所述下接頭連接，所述噴嘴安裝于所述第二轉軸的下端，所述噴嘴的豎向中心通孔為上大下小的錐形孔且其最小孔徑小于所述第二轉軸的豎向中心通孔的孔徑，所述噴嘴的豎向中心通孔的上端和下端分別與所述第二轉軸的豎向中心通孔的下端和所述下接頭的豎向中心通孔的上端相通。