[發明專利]一種軸向振蕩螺桿鉆具

有效

• 申請號: 202110889797.5
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113685140B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 查春青;王寧華;席巖
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種軸向振蕩螺桿鉆具，包括螺桿鉆具本體和軸向振蕩總成，螺桿鉆具本體包括旁通閥總成、防掉總成、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成，旁通閥總成用于控制鉆井液流向，旁通閥總成的下方設置防掉總成和馬達總成，防掉總成連接在馬達總成的上方，馬達總成的底部通過萬向軸總成連接傳動軸總成，馬達總成用于將鉆井液的液壓能轉換為驅動傳動軸總成繞其中心軸旋轉的機械能，傳動軸總成的底部連接有能軸向往復移動的軸向振蕩總成，軸向振蕩總成用于將鉆井液的流體能量轉換為對鉆頭的軸向振蕩載荷，軸向振蕩總成的底部連接鉆頭。本發明將螺桿鉆具和軸向振蕩結合在一起，兼容性良好，有效提高鉆具機械鉆速和鉆進能力。

技術領域

本發明涉及石油開發領域中的井下鉆井工具，尤其涉及一種軸向振蕩螺桿鉆具。

背景技術

隨著鉆井工程的快速發展，螺桿鉆具憑借著在石油工程鉆井中較好的實用性和適用性，使其逐漸成為了鉆井工程中必不可少的常規鉆井工具。螺桿鉆具是一種容積式井下動力鉆具，以鉆井液為驅動介質，把液壓能轉換為機械能，在馬達的進出口形成一定的壓差，推動轉子繞定子的軸線旋轉，并將轉速和扭矩通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，從而實現鉆井作業。螺桿鉆具的結構較為簡單，可靠性較高。

為了提高螺桿鉆具的鉆進能力和機械轉速，國內外一些學者通過對馬達定轉子進行改進以增大螺桿鉆具的扭矩，如串聯馬達、加長馬達、多頭馬達等。通過增加扭矩的方式能提高螺桿鉆具的破巖效率，但是對螺桿本身的使用壽命及穩定性有一定的影響，同時增加扭矩會降低螺桿鉆具的轉速。

在硬質地層及長水平井的鉆進過程中，由于摩擦阻力的影響，使得傳遞到近鉆頭處的鉆壓較小，而常規螺桿鉆具主要是給鉆頭提供扭矩，不能改變鉆頭處的鉆壓。目前，通常采用水力振蕩器解決這類“托壓”問題，該類工具通過采用產生高頻的軸向往復振蕩，將鉆柱與井壁之間的靜摩擦力轉換為動摩擦力，從而實現減小摩擦阻力的目的。水力振蕩器是一種較為有效的降摩減阻的工具，但是該類工具壓降較高，再加上該類工具的安放位置的限制，使得該類工具不能降低近鉆頭處的摩擦阻力。軸向振蕩螺桿鉆具吸取螺桿鉆具與水力振蕩器的優點將螺桿鉆具與軸向往復振蕩結合在一起，不僅可以改變近鉆頭處的摩擦阻力過大的問題，而且可以增加鉆頭的破巖效率和鉆進能力。

由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種軸向振蕩螺桿鉆具，以克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種軸向振蕩螺桿鉆具，解決現有技術中存在的近鉆頭摩阻大、破巖效率低等問題，該軸向振蕩螺桿鉆具將螺桿鉆具和軸向振蕩結合在一起，兼容性良好，能有效提高鉆具機械鉆速和鉆進能力。

本發明的目的是這樣實現的，一種軸向振蕩螺桿鉆具，包括螺桿鉆具本體和軸向振蕩總成，所述螺桿鉆具本體包括旁通閥總成、防掉總成、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成，所述旁通閥總成用于控制鉆井液流向，所述旁通閥總成的下方設置防掉總成和馬達總成，所述防掉總成連接在馬達總成上方，所述馬達總成的底部連接傳動軸總成，所述馬達總成用于將鉆井液的液壓能轉換為驅動所述傳動軸總成繞其中心軸旋轉的機械能，所述傳動軸總成向下傳遞扭矩和轉速。所述軸向振蕩總成連接在所述傳動軸總成的下方，所述軸向振蕩總成將鉆井液的流體能量轉換為對鉆頭的軸向振蕩載荷，所述軸向振蕩總成的底部連接鉆頭。

在本發明的一較佳實施方式中，所述軸向振蕩總成包括振蕩外殼，所述振蕩外殼上方與所述扶正器采用螺紋連接，所述振蕩外殼下方與下TC軸承靜圈采用螺紋連接，所述振蕩外殼上方內部設置上TC軸承靜圈，所述上TC軸承靜圈內部設置套設在傳動軸上的上TC軸承動圈；所述振蕩外殼上設置密封槽、兩排相同且每排四個周向均勻分布的第一沉頭通孔和四個周向均勻分布的泄壓孔；所述振蕩外殼內部設置內襯，所述內襯上分別設置四個周向均勻分布的第一徑向透槽、四個周向均勻分布的第一軸向通孔、兩排相同且每排四個周向均勻分布的第一螺紋孔和內外各一個密封槽，所述內襯與所述振蕩外殼通過第一螺釘連接固定；所述內襯內部設置懸掛套筒，所述懸掛套筒上端面與所述傳動軸的軸肩相抵。