專利名稱：一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的制作方法
技術領域：
一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具技術領域[0001]本實用新型涉及鉆井工程中井下工具領域。 技術背景[0002]鉆頭在使用過程存在以下幾方面的問題[0003](1)鉆進過程中，鉆頭通常有粘-滑、卡鉆現(xiàn)象，鉆柱總是像發(fā)條一樣擰緊，待扭 矩積聚，又快速釋放，這種工程問題較為嚴重，鉆柱扭轉(zhuǎn)震蕩，使整個鉆井過程不穩(wěn)定，對鉆 頭、鉆柱配套部件的使用壽命產(chǎn)生不利影響。[0004](2)對于較硬地層或研磨性地層，鉆頭的吃入深度不夠，機械鉆速有待提高。[0005]目前鉆井作業(yè)中使用的各類旋沖或沖旋工具只能產(chǎn)生軸向沖擊力，不但不會解決 鉆頭粘-滑、卡鉆現(xiàn)象，加劇的不穩(wěn)定鉆進反而會縮短鉆頭壽命。美國的TorkBuster扭轉(zhuǎn) 沖擊發(fā)生器(專利號US 6742609B2)采用渦輪驅(qū)動沖擊錘產(chǎn)生高頻扭轉(zhuǎn)沖擊，西南石油大 學的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具(專利申請?zhí)?00910058083. 9)利用螺桿鉆具驅(qū)動沖擊錘，這兩種 鉆井工具易損件多、消耗的壓降大。實用新型內(nèi)容[0006]本實用新型要解決的技術問題在于提供一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，目前旋轉(zhuǎn)鉆井 中，一方面，對于較硬地層或研磨性地層的機械鉆速有待提高；另一方面，作為石油鉆井的 鉆頭——鉆頭的粘-滑現(xiàn)象亟待解決。因此，迫切需要一種能夠提高較硬或研磨性地層的 機械鉆速、解決PDC鉆頭粘-滑現(xiàn)象的井下工具。在現(xiàn)有鉆井體系工況下，該工具巧妙地將 部分鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換成高頻的、周向扭轉(zhuǎn)的、沖擊型的井底機械破巖功率并直接作 用鉆頭上，這種能夠產(chǎn)生高頻小幅度扭轉(zhuǎn)沖擊的鉆井工具能夠使鉆頭穩(wěn)定的鉆進，工具內(nèi) 部無渦輪或螺桿等其它鉆具，易損件少，消耗的壓降少，使用壽命長。本實用新型的目的就 是為了提高較硬地層或研磨性地層的機械鉆速，消除鉆頭的粘-滑現(xiàn)象提供一種扭轉(zhuǎn)沖擊 鉆井工具。[0007]為達到上述目的，該實用新型采用了以下技術方案一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，主要 由鉆鋌短節(jié)、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體組成，其特征在于所述扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器主要由導流 蓋、軸環(huán)、沖擊錘、定位套、扶正圈、截流噴嘴、篩管、錘座、支撐環(huán)和封蓋環(huán)組成；鉆鋌短節(jié)在 外，扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器在內(nèi)，二者以聯(lián)接體間隙聯(lián)接，以花鍵定位；導流蓋在上，錘座在下，二 者固定后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由內(nèi)到外依次為截流噴嘴、篩管、定位套、沖擊錘；沖擊錘、 定位套、篩管和錘座圓周方向有通孔；沖擊錘上加工有沖擊錘頭和啟動錘頭，沖擊錘頭封閉 在主要由錘座、沖擊錘和導流蓋組成的沖擊倉內(nèi)并能轉(zhuǎn)動，啟動錘頭封閉在主要由沖擊錘、 定位套和封蓋環(huán)組成的啟動倉中并能轉(zhuǎn)動；沖擊錘上、下安裝有軸環(huán)；定位套由安裝于篩 管上的支撐環(huán)支撐，定位套與篩管之間安裝有扶正圈；鉆鋌短節(jié)為圓管狀，上端有螺紋，下 端與錘座外側(cè)有花鍵相互扣合形成的環(huán)狀間隙；錘座外形為圓柱狀，上部有錘座導流道，下 部有與鉆鋌短節(jié)扣合的花鍵，錘座內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘外形相應3的空腔，下部有內(nèi)螺紋；定位套中空結(jié)構(gòu)，外側(cè)有U形結(jié)構(gòu)，與啟動錘頭外形相應，沿圓周方 向有通孔；篩管為圓管狀，與錘座固定，篩管上部圓周方向有過流槽，下部圓周方向有泄流 通道；截流噴嘴為圓管狀，下部有螺紋，固定在篩管內(nèi)過流槽與泄流通道之間；封蓋環(huán)位于 定位套與沖擊錘之間，并在導流蓋下面；導流蓋上分流槽；聯(lián)接體、軸環(huán)、扶正圈、支撐環(huán)、 封蓋環(huán)為滾動體組合，或為環(huán)狀體或環(huán)狀體組合；[0008]該實用新型具有以下優(yōu)點[0009]利用流體驅(qū)動能夠產(chǎn)生高頻扭轉(zhuǎn)沖擊能使鉆柱的扭矩保持基本穩(wěn)定和平衡，減少 鉆柱扭轉(zhuǎn)震蕩、延長鉆頭、鉆柱等配套部件的使用壽命。[0010]該鉆井工具產(chǎn)生的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊直接作用在鉆頭上，提高機械鉆速的同時，消除 了鉆頭的粘-滑、卡鉆現(xiàn)象，使鉆頭穩(wěn)定的鉆進。[0011]該鉆井工具內(nèi)部運動部件少，易損件少，結(jié)構(gòu)簡單、可打撈。


[0012]
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。[0013]圖1為扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具結(jié)構(gòu)剖面圖[0014]圖2為扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具結(jié)構(gòu)剖面圖[0015]圖3為圖1、2中的A-A截面圖[0016]圖4為圖1、2中的B-B沖擊錘順時針敲擊截面圖[0017]圖5為圖1、2中的B-B沖擊錘逆時針敲擊截面圖[0018]圖6為圖1、2中的C-C截面圖[0019]1-鉆鋌短節(jié)；2-導流蓋；3-軸環(huán)；4-沖擊錘；5-定位套；6_扶正圈；7_截流噴嘴； 8-聯(lián)接體；9-篩管；10-錘座；11-支撐環(huán)；12-封蓋環(huán)；13-導流通孔；14-分流槽；15-花 鍵；16-泄流通道；17-過流槽；18-環(huán)狀間隙；19-沖擊倉；20-沖擊倉出口流道；21-沖擊 錘頭；22-沖擊倉入口流道；23-正敲擊面；24-啟動倉出口流道；25-反定位面；26-啟動錘 頭；27-啟動倉入口流道；28-啟動倉；29-反敲擊面；30-正定位面；31-錘座導流道具體實施方式
[0020]圖1所示，扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具主要由鉆鋌短節(jié)1、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體8組成， 所述扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器主要由導流蓋2、軸環(huán)3、沖擊錘4、定位套5、扶正圈6、截流噴嘴7、篩 管9、錘座10、支撐環(huán)11和封蓋環(huán)12組成；圖1、2所示，鉆鋌短節(jié)1在外，扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器 在內(nèi)，二者以聯(lián)接體8間隙聯(lián)接，以花鍵15定位；聯(lián)接體8由20個滾珠組成；參見圖1、2、 4、5、6，鉆鋌短節(jié)1為圓管狀，上端有螺紋，下端與錘座10外側(cè)有花鍵15相互扣合形成的環(huán) 狀間隙18 ；錘座10外形為圓柱狀，上部有錘座導流道31，下部有與鉆鋌短節(jié)1扣合的花鍵 15，錘座10內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘4外形相應的空腔，下部有內(nèi)螺 紋；導流蓋2在上，錘座10在下，二者固定后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由內(nèi)到外依次為截流噴 嘴7、篩管9、定位套5、沖擊錘4 ；沖擊錘4、定位套5、篩管9和錘座10圓周方向有通孔；沖 擊錘4上加工有1個沖擊錘頭21和1個啟動錘頭沈，沖擊錘頭21封閉在主要由錘座10、沖 擊錘4和導流蓋2組成的沖擊倉19內(nèi)并能轉(zhuǎn)動，啟動錘頭沈封閉在主要由沖擊錘4、定位 套5和封蓋環(huán)2組成的啟動倉28中并能轉(zhuǎn)動；沖擊錘4上、下安裝有1個軸環(huán)3 ；定位套5由安裝于篩管9上的支撐環(huán)11支撐，定位套5與篩管9之間上、下各安裝有1個扶正圈6 ； 定位套5中空結(jié)構(gòu)，外側(cè)有1個U形結(jié)構(gòu)，與啟動錘頭沈外形相應，沿圓周方向2個通孔； 篩管9為圓管狀，與錘座10固定，篩管9上部圓周方向有過流槽17，下部圓周方向有8個泄 流通道16 ；截流噴嘴7為圓管狀，下部有螺紋，固定在篩管9內(nèi)過流槽17與泄流通道16之 間；封蓋環(huán)12位于定位套5與沖擊錘4之間，并在導流蓋2下面；導流蓋2上分流槽14 ；軸 環(huán)3、扶正圈6、支撐環(huán)11、封蓋環(huán)12都為環(huán)狀體。鉆鋌短節(jié)1上部螺紋連接鉆柱；錘座10 下部內(nèi)螺紋連接鉆頭。[0021]工作時，旋轉(zhuǎn)鉆柱驅(qū)動鉆鋌短節(jié)1轉(zhuǎn)動，由扣合的花鍵15帶動與錘座10相連的鉆 頭旋轉(zhuǎn)；流體由導流通孔13經(jīng)截流噴嘴7分流成三部分一部分直接到達鉆頭；一部分流 體經(jīng)分流槽14到錘座導流道31，由啟動倉入口流道27流入啟動倉觀，推動啟動錘頭沈貼 合反定位面25，使沖擊錘4和定位套5以相同角速度逆時針轉(zhuǎn)動，當沖擊錘頭21由正敲擊 面23到達反敲擊面四時，沖擊錘4停止轉(zhuǎn)動，定位套5仍繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，直至啟動錘頭 26與正定位面30貼合，使啟動倉28中的流體由啟動倉出口流道M流出，經(jīng)泄流通道16到 達鉆頭；就在沖擊錘4和定位套5 —同逆時針旋轉(zhuǎn)使沖擊錘頭21剛剛離開正敲擊面23時， 另一部分流體經(jīng)篩管9上開有的過流槽17，由沖擊倉入口流道22流入沖擊倉19，此時沖擊 倉19由沖擊錘頭21分隔成兩個空間，與正敲擊面23相鄰的空間因沖擊倉入口流道22涌 入流體而不斷擴大，與反敲擊面四相鄰的空間流體因沖擊倉出口流道20流出而不斷縮小， 沖擊錘頭21兩邊產(chǎn)生壓差，推動沖擊錘頭21繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，直到反敲擊面29，由沖擊倉 出口流道20流出的流體經(jīng)泄流通道16，最后也到達鉆頭。每當沖擊錘頭21與反敲擊面四 貼合、啟動錘頭26與正定位面30貼合時，啟動倉入口流道27和沖擊倉入口流道22開啟， 流體驅(qū)動沖擊錘4與定位套5順時針旋轉(zhuǎn)，直至沖擊錘4與正敲擊面23貼合、定位套5與 反定位面25貼合，而此時啟動倉入口流道27和沖擊倉入口流道22又開啟，沖擊錘4與定 位套5又開始進行上述的逆時針旋轉(zhuǎn)的過程，這樣在流體驅(qū)動下，沖擊錘4順時針沖擊過程 與逆時針沖擊過程交替進行。[0022]以上僅是實現(xiàn)本實用新型的一種方法，基于此實用新型原理的其它實現(xiàn)形式在本 實用新型的范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，主要由鉆鋌短節(jié)(1)、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體⑶組成， 其特征在于所述扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器主要由導流蓋O)、軸環(huán)(3)、沖擊錘G)、定位套(5)、扶 正圈(6)、截流噴嘴(7)、篩管(9)、錘座(10)、支撐環(huán)(11)和封蓋環(huán)(1 組成；鉆鋌短節(jié) ⑴在外，扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器在內(nèi)，二者以聯(lián)接體⑶間隙聯(lián)接，以花鍵(15)定位；導流蓋⑵ 在上，錘座(10)在下，二者固定后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由內(nèi)到外依次為截流噴嘴(7)、篩 管(9)、定位套(5)、沖擊錘(4)；沖擊錘(4)、定位套(5)、篩管(9)和錘座(10)圓周方向有 通孔；沖擊錘(4)上加工有沖擊錘頭和啟動錘頭( )，沖擊錘頭封閉在主要由 錘座(10)、沖擊錘(4)和導流蓋( 組成的沖擊倉(19)內(nèi)并能轉(zhuǎn)動，啟動錘頭06)封閉 在主要由沖擊錘G)、定位套( 和封蓋環(huán)( 組成的啟動倉08)中并能轉(zhuǎn)動；沖擊錘(4) 上、下安裝有軸環(huán)(3)；定位套(5)由安裝于篩管(9)上的支撐環(huán)(11)支撐，定位套(5)與 篩管(9)之間安裝有扶正圈(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為鉆鋌短節(jié)(1)為圓管狀， 上端有螺紋，下端與錘座(10)外側(cè)有花鍵(1 相互扣合形成的環(huán)狀間隙(18)；錘座(10) 外形為圓柱狀，上部有錘座導流道(31)，下部有與鉆鋌短節(jié)(1)扣合的花鍵(15)，錘座(10) 內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘(4)外形相應的空腔，下部有內(nèi)螺紋。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為定位套(5)中空結(jié)構(gòu)， 外側(cè)有U形結(jié)構(gòu)，與啟動錘頭06)外形相應，沿圓周方向有通孔。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為篩管(9)為圓管狀，與錘 座(10)固定，篩管(9)上部圓周方向有過流槽(17)，下部圓周方向有泄流通道(16)；截流 噴嘴(7)為圓管狀，下部有螺紋，固定在篩管(9)內(nèi)過流槽(17)與泄流通道(16)之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為封蓋環(huán)(1 位于定位套 (5)與沖擊錘(4)之間，并在導流蓋(2)下面；導流蓋(2)上分流槽(14)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，其特征為聯(lián)接體(8)、軸環(huán)(3)、扶 正圈(6)、支撐環(huán)(11)、封蓋環(huán)(1 為滾動體組合，或為環(huán)狀體或環(huán)狀體組合。
專利摘要本實用新型公開一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，鉆井工程中能給鉆頭施加高頻扭轉(zhuǎn)沖擊。其技術方案主要由鉆鋌短節(jié)、扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器和聯(lián)接體組成；鉆鋌短節(jié)與扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器間以聯(lián)接體間隙聯(lián)接，花鍵定位；導流蓋固定在錘座上，內(nèi)部形成空腔由內(nèi)到外依次為截流噴嘴、篩管、定位套、沖擊錘；篩管與錘座固定；沖擊錘、定位套、篩管和錘座圓周方向有通孔；沖擊錘上加工有沖擊錘頭和啟動錘頭。該工具安裝于鉆鋌與鉆頭間，鉆頭接收鉆柱旋轉(zhuǎn)扭矩同時，接收沖擊錘在流體驅(qū)動下產(chǎn)生的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊。本實用新型與其它鉆井工具相比，能產(chǎn)生高頻扭轉(zhuǎn)沖擊，消除鉆頭粘-滑現(xiàn)象，提高較硬或研磨性地層機械鉆速，延長鉆頭等鉆柱配套部件使用壽命，提高鉆井效率，降低鉆井成本。
文檔編號E21B7/24GK201818241SQ20102056701
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月19日
發(fā)明者周燕, 安慶寶, 梁錦民, 王新峰, 羅熙, 董懷榮, 蔡文軍, 謝慧 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國石油化工集團公司