本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)中硬地層鉆井作業(yè)用的高速沖擊鉆井工具。

背景技術：

在石油天然氣行業(yè)中，鉆井作業(yè)具有周期長、投入高、風險大、技術要求高的特點，而隨著資源開采的程度增加，深井和超深井的開發(fā)越加重要，對鉆井技術的要求進一步提高。隨著鉆井深度的增加，地層硬度和強度明顯提高，硬地層鉆進的效率普遍偏低，大大增加了鉆井成本。

對于硬地層鉆進，采用沖擊鉆井的方式可以明顯提高鉆井效率，其作用機理是讓巖石受到扭轉切削的同時，承受高頻交變鉆壓，區(qū)別于常規(guī)鉆井的恒定鉆壓鉆進，極大地提升鉆井效率，降低鉆井成本。為實現(xiàn)上述沖擊鉆井的功能，需要研制專用的沖擊鉆井工具。

基于上述技術背景，本發(fā)明特提供一種高速沖擊鉆井工具，在為鉆頭提供扭矩的同時，施加高頻交變鉆壓，提高鉆井效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為了提高硬地層鉆井效率，特提供一種高速沖擊鉆井工具。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種高速沖擊鉆井工具，是由上接頭、鎖緊帽、渦輪組件、旋轉軸、動力殼體、推力軸承、錘體、套筒、鋼球、錘砧筒、外筒、碟簧、碟簧座、傳動軸和防掉帽構成；其結構特征是：上接頭上端和上部鉆柱絲扣連接，傳動軸下端和鉆頭絲扣連接；動力殼體內(nèi)腔中部設置一臺階面，動力殼體內(nèi)腔下部設置一圈凸起臺階；渦輪組件是由渦輪定子葉片和渦輪轉子葉片組裝而成，渦輪組件置入動力殼體內(nèi)腔；上接頭下端和動力殼體上端絲扣連接，上接頭下端面和動力殼體內(nèi)腔中部臺階面壓緊渦輪組件的渦輪定子葉片；旋轉軸上端設置為公螺紋，旋轉軸上部設置為臺階軸，旋轉軸下部外圓設置為花鍵軸，旋轉軸下部內(nèi)腔設置為盲孔，旋轉軸中部周向均勻設置三斜孔連通內(nèi)外腔空間，旋轉軸中部外圓設置凸起臺階；渦輪組件套入旋轉軸上部臺階軸，旋轉軸上端和鎖緊帽絲扣連接，鎖緊帽和旋轉軸壓緊渦輪組件的渦輪轉子葉片；推力軸承安裝在動力殼體內(nèi)腔下部的凸起臺階上，旋轉軸中部外圓的凸起臺階和推力軸承貼合；錘體內(nèi)腔設置為花鍵，錘體外圓設置一圈圓柱凸輪凹槽，圓柱凸輪凹槽的截面形狀為半圓形；錘體套入旋轉軸下部花鍵軸上；套筒中部周向均勻設置兩個通孔，套筒內(nèi)腔套在錘體外圓上，兩個鋼球分別置入套筒中部兩個通孔內(nèi)，兩個鋼球均可在錘體外圓的圓柱凸輪凹槽內(nèi)滑動；錘砧筒是一個圓柱筒，錘砧筒套入旋轉軸下部花鍵軸；傳動軸下端設置為母螺紋，傳動軸內(nèi)腔設置為通孔，傳動軸上端內(nèi)腔設置為花鍵，傳動軸上端外圓設置為公螺紋；碟簧座和傳動軸上端絲扣連接，傳動軸上部插入旋轉軸下部，碟簧座和錘砧筒之間安裝碟簧；外筒內(nèi)腔中部設置一臺階面，外筒上端和動力殼體下端絲扣連接，外筒下端和防掉帽絲扣連接；外筒內(nèi)腔中部臺階面和動力殼體下端面壓緊套筒。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明輸出扭矩的同時可提供高頻交變軸向力，利于硬地層破巖，提高硬地層鉆井效率；(2)本發(fā)明由鉆井液驅動，動力可靠；(3)本發(fā)明采用渦輪組件作為動力，轉速高，軸向力交變頻率高，利于硬地層巖石破碎；(4)純機械結構，井下惡劣工況下性能可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種高速沖擊鉆井工具錘體下?lián)魻顟B(tài)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明一種高速沖擊鉆井工具錘體上返狀態(tài)的結構示意圖；

圖3是圖2a-a截面剖視圖；

圖4是圖2b-b截面剖視圖；

圖5是錘體的三維結構示意圖；

圖中：1.上接頭、2.鎖緊帽、3.渦輪組件、4.旋轉軸、5.動力殼體、6.推力軸承、7.錘體、8.套筒、9.鋼球、10.錘砧筒、11.外筒、12.碟簧、13.碟簧座、14.傳動軸、15.防掉帽。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，一種高速沖擊鉆井工具，是由上接頭1、鎖緊帽2、渦輪組件3、旋轉軸4、動力殼體5、推力軸承6、錘體7、套筒8、鋼球9、錘砧筒10、外筒11、碟簧12、碟簧座13、傳動軸14和防掉帽15構成；其結構特征是：上接頭1上端和上部鉆柱絲扣連接，傳動軸14下端和鉆頭絲扣連接；動力殼體5內(nèi)腔中部設置一臺階面，動力殼體5內(nèi)腔下部設置一圈凸起臺階；渦輪組件3是由渦輪定子葉片和渦輪轉子葉片組裝而成，渦輪組件3置入動力殼體5內(nèi)腔；上接頭1下端和動力殼體5上端絲扣連接，上接頭1下端面和動力殼體5內(nèi)腔中部臺階面壓緊渦輪組件3的渦輪定子葉片；旋轉軸4上端設置為公螺紋，旋轉軸4上部設置為臺階軸，旋轉軸4下部外圓設置為花鍵軸，旋轉軸4下部內(nèi)腔設置為盲孔，旋轉軸4中部周向均勻設置三斜孔連通內(nèi)外腔空間，旋轉軸4中部外圓設置一圈凸起臺階；渦輪組件3套入旋轉軸4上部臺階軸，旋轉軸4上端和鎖緊帽2絲扣連接，鎖緊帽2和旋轉軸4壓緊渦輪組件3的渦輪轉子葉片；推力軸承6安裝在動力殼體5內(nèi)腔下部的凸起臺階上，旋轉軸4中部外圓的凸起臺階和推力軸承6貼合；如圖5所示，錘體7內(nèi)腔設置為花鍵，錘體7外圓設置一圈圓柱凸輪凹槽，圓柱凸輪凹槽的截面形狀為半圓形；如圖3所示，錘體7套入旋轉軸4下部花鍵軸上，套筒8中部周向均勻設置兩個通孔，套筒8內(nèi)腔套在錘體7外圓上，兩個鋼球9分別置入套筒8中部兩個通孔內(nèi)，兩個鋼球9均可在錘體7外圓的圓柱凸輪凹槽內(nèi)滑動；錘砧筒10是一個圓柱筒，錘砧筒10套入旋轉軸4下部花鍵軸；傳動軸14下端設置為母螺紋，傳動軸14內(nèi)腔設置為通孔，傳動軸14上端內(nèi)腔設置為花鍵，傳動軸14上端外圓設置為公螺紋；如圖4所示，碟簧座13和傳動軸14上端絲扣連接，傳動軸14上部插入旋轉軸4下部；碟簧座13和錘砧筒10之間安裝碟簧12；外筒11內(nèi)腔中部設置一臺階面，外筒11上端和動力殼體5下端絲扣連接，外筒11下端和防掉帽15絲扣連接；外筒11內(nèi)腔中部臺階面和動力殼體5下端面壓緊套筒8。

本發(fā)明本發(fā)明一種高速沖擊鉆井工具的工作原理是：開泵循環(huán)鉆井液，渦輪組件3驅動旋轉軸4高速旋轉；旋轉軸4下部花鍵軸驅動錘體7旋轉，錘體7在鋼球9的作用下做軸向高頻往復運動，反復錘擊錘砧筒10；錘砧筒10利用碟簧12、碟簧座13把高頻交變軸向力傳遞給傳動軸14，最終作用于鉆頭上；同時旋轉軸4驅動傳動軸14高速旋轉。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)中硬地層鉆井作業(yè)用的高速沖擊鉆井工具。它解決硬地層鉆井效率低的問題。其技術方案是：上接頭上端和上部鉆柱絲扣連接，傳動軸下端和鉆頭絲扣連接；渦輪組件置入動力殼體內(nèi)腔；推力軸承安裝在動力殼體內(nèi)腔下部的凸起臺階上，旋轉軸中部外圓的凸起臺階和推力軸承貼合；錘體套入旋轉軸下部花鍵軸上；套筒內(nèi)腔套在錘體外圓上，兩個鋼球分別置入套筒中部兩個通孔內(nèi)，兩個鋼球均可在錘體外圓的圓柱凸輪凹槽內(nèi)滑動；碟簧座和錘砧筒之間安裝碟簧；外筒上端和動力殼體下端絲扣連接，外筒下端和防掉帽絲扣連接。本發(fā)明輸出扭矩的同時可提供高頻交變軸向力，利于硬地層破巖，提高硬地層鉆井效率，降低鉆井成本。

技術研發(fā)人員：張梁;周加偉;李镕成;梁政;趙勇
受保護的技術使用者：西南石油大學
技術研發(fā)日：2017.07.13
技術公布日：2017.09.01