專利名稱：一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鉆井過程中能夠同時(shí)提供往復(fù)沖擊和扭矩的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，適用于石油天然氣鉆井工程以及修井服務(wù)中，也可用于地質(zhì)勘探孔洞鉆進(jìn)工程。
背景技術(shù)：
目前油田所采用的鉆井工具大部分只能單一的提供軸向沖擊力或周向扭矩，對(duì)于較硬的地層或研磨性地層，當(dāng)鉆具只提供軸向沖擊力時(shí)，鉆頭的吃入深度不夠，機(jī)械鉆速有待提高；而當(dāng)鉆具只提供周向扭矩時(shí)，常缺少足夠的扭矩來(lái)破壞地層，從而使鉆頭瞬間停止轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)粘滑、卡鉆現(xiàn)象，這時(shí)鉆柱會(huì)像發(fā)條一樣扭緊，扭矩積聚后又快速釋放，導(dǎo)致鉆柱扭轉(zhuǎn)震蕩，同時(shí)鉆頭上也會(huì)受到更高的沖擊載荷，對(duì)鉆頭、鉆柱配套部件的使用壽命產(chǎn)生不利影響。為了提高鉆井速度，除了研究鉆頭技術(shù)、水力噴射破巖技術(shù)等鉆井技術(shù)外，又提出了旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)概念，其核心內(nèi)容是鉆具在提供軸向沖擊載荷的同時(shí)對(duì)鉆頭施加周向扭矩，通過大量的技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井可大幅提高鉆井的機(jī)械鉆速，達(dá)到快速破巖的目的。因此本發(fā)明提出了一種能夠同時(shí)提供往復(fù)沖擊和旋轉(zhuǎn)扭矩的鉆井工具，該工具將鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)化為扭矩和軸向沖擊載荷，并直接作用于鉆頭上，大大提高了鉆井效率。該工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度短，克服了常規(guī)鉆井工具大、笨、重的問題，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為石油天然氣開發(fā)鉆井、非石油資源勘查開采鉆井提供一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具，該工具大幅提高了鉆頭破巖效率和鉆井機(jī)械鉆速，且長(zhǎng)度短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有廣發(fā)的應(yīng)用價(jià)值。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具是由流量控制器、上部接頭、自動(dòng)閥裝置、外殼、芯軸、旋轉(zhuǎn)裝置、承重接頭等組成。其結(jié)構(gòu)特征是上部接頭通過螺紋連接在外殼上部，其內(nèi)部裝有流量控制器；自動(dòng)閥裝置安裝在上部接頭內(nèi)，自動(dòng)閥裝置由閥沖程校準(zhǔn)裝置、閥桿、閥體、閥頭、卸閥彈簧構(gòu)成，它與外殼、芯軸的上端面共同構(gòu)成了體積可變?nèi)萸?；芯軸的上部大直徑外表面與外殼的內(nèi)表面間隙配合， 兩者之間有密封件；旋轉(zhuǎn)裝置上有三個(gè)螺旋槽，下端面上有單向的下棘爪面，芯軸上的圓柱隨動(dòng)件與旋轉(zhuǎn)裝置上的螺旋槽接觸，旋轉(zhuǎn)裝置的外壁與外殼的內(nèi)壁構(gòu)成間隙配合，內(nèi)壁與芯軸的外壁也構(gòu)成間隙配合；承重接頭通過螺紋連接在外殼的下端，其上部有單向的上棘爪面，與旋轉(zhuǎn)裝置的下棘爪面接觸，構(gòu)成了棘爪機(jī)構(gòu)，下部有上承撞面22 ；芯軸下部的螺紋用來(lái)連接鉆頭。本發(fā)明的有益效果是(1)該工具可以將鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)化為扭矩和軸向沖擊載荷，并直接作用于鉆頭上，大大提高了破巖效率；(2)鉆具產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)沖擊力可減弱鉆頭的粘滑現(xiàn)象，大幅提高機(jī)械鉆速；(3)該工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度短，可以在造斜作業(yè)和彎曲井眼中使用。


圖1是本發(fā)明一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具由橫剖面A-A得到的外殼9、旋轉(zhuǎn)裝置 16與芯軸10配合的剖面示意圖。圖3是本發(fā)明一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具的旋轉(zhuǎn)裝置示意圖。圖中1.流量控制器，2.上部接頭，3.閥沖程控制裝置，4.閥桿，5.閥體，6.閥頭， 7.密封件，8.彈簧，9.外殼，10.芯軸，11.下棘爪面，12.上棘爪面，13.中心孔，14.卸閥彈簧，15.圓柱隨動(dòng)件，16.旋轉(zhuǎn)裝置，17.承重接頭，18.容腔，19.自動(dòng)閥裝置，20.閥座， 21.螺旋槽，22.上承撞面，23.下承撞面。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具是由流量控制器1、 上部接頭2、自動(dòng)閥裝置19、外殼9、芯軸10、旋轉(zhuǎn)裝置16、承重接頭17等組成。其結(jié)構(gòu)特征是上部接頭2通過螺紋連接在外殼9上部，其內(nèi)部裝有流量控制器1 ；自動(dòng)閥裝置19安裝在上部接頭2內(nèi)，自動(dòng)閥裝置19由閥沖程校準(zhǔn)裝置3、閥桿4、閥體5、閥頭6、卸閥彈簧14 構(gòu)成，它與外殼9、芯軸10的上端面共同構(gòu)成了體積可變?nèi)萸?8 ；芯軸10的上部大直徑外表面與外殼9的內(nèi)表面間隙配合，兩者之間有密封件7 ；旋轉(zhuǎn)裝置16上有三個(gè)螺旋槽21，下端面上有單向的下棘爪面11，芯軸10上的圓柱隨動(dòng)件15與旋轉(zhuǎn)裝置16上的螺旋槽21接觸，旋轉(zhuǎn)裝置16的外壁與外殼9的內(nèi)壁構(gòu)成間隙配合，內(nèi)壁與芯軸10的外壁也構(gòu)成間隙配合；承重接頭17通過螺紋連接在外殼9的下端，其上部有單向的上棘爪面12，與旋轉(zhuǎn)裝置 16的下棘爪面11接觸，構(gòu)成了棘爪機(jī)構(gòu)，下部有上承撞面22 ；芯軸10下部的螺紋用來(lái)連接鉆頭。本工具連接在鉆柱的最下端。當(dāng)處于工作狀態(tài)時(shí)，依靠流體的壓差將將閥頭6壓在閥座20上，流體流入體積可變?nèi)萸?8中，隨著流體的增多，體積可變?nèi)萸?8內(nèi)的壓力和體積增大，推動(dòng)外殼9向上運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)鉆柱向上運(yùn)動(dòng)；在外殼9向上運(yùn)動(dòng)的過程中，旋轉(zhuǎn)裝置16相對(duì)芯軸10向上運(yùn)動(dòng)，圓柱隨動(dòng)件15與旋轉(zhuǎn)裝置16上的螺旋槽21相互作用，而旋轉(zhuǎn)裝置16下端的下棘爪面11與承重接頭17的上棘爪面12相互作用，使旋轉(zhuǎn)裝置16固定，于是旋轉(zhuǎn)裝置16對(duì)芯軸10產(chǎn)生切向作用力，從而形成扭矩；當(dāng)外殼9向上運(yùn)動(dòng)后，閥頭 6與閥座20分離，流體經(jīng)中心孔13從鉆頭的水眼流出，閥頭6與閥座20間的壓差減小，體積可變?nèi)萸?8內(nèi)的壓力也減小，外殼9以及上部的鉆柱開始向下運(yùn)動(dòng)；在卸閥彈簧14的作用下，閥頭向上運(yùn)動(dòng)，在彈簧8以及鉆柱自身的重力作用下，上承撞面(22)對(duì)鉆頭上的下承撞面(23)進(jìn)行撞擊，對(duì)鉆頭產(chǎn)生沖擊功，外殼9和芯軸10開始恢復(fù)到初始相對(duì)位置，在外殼9向下運(yùn)動(dòng)的過程中，圓柱隨動(dòng)件15仍與螺旋槽21相互作用，產(chǎn)生了與外殼9向上運(yùn)動(dòng)時(shí)相反的作用力，但由于棘爪面是單向的，無(wú)法使旋轉(zhuǎn)裝置16固定，也就無(wú)法對(duì)芯軸10產(chǎn)生扭矩，因此芯軸10不會(huì)作反向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)閥頭6和芯軸10都回復(fù)到初始位置時(shí)，繼續(xù)循環(huán)上述工作過程。通過流量控制器1可以測(cè)量和控制流體的壓力和速率，從而決定了自動(dòng)閥裝置的循環(huán)周期，快速反復(fù)的沖擊會(huì)使鉆頭相對(duì)鉆柱做斷續(xù)的周期性轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在鉆壓以及沖擊功的作用下，大大提高了機(jī)械鉆速和鉆進(jìn)效率。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具，是由流量控制器(1)、上部接頭(2)、自動(dòng)閥裝置 (19)、外殼(9)、芯軸(10)、旋轉(zhuǎn)裝置(16)、承重接頭(17)等組成；其特征是上部接頭(2) 通過螺紋連接在外殼(9 )上部，其內(nèi)部裝有流量控制器(1)；自動(dòng)閥裝置(19 )安裝在上部接頭(2)下端，它與外殼(9)、芯軸(10)的上端面共同構(gòu)成了體積可變?nèi)萸?18);芯軸(10)的上部外表面與外殼(9)的內(nèi)表面構(gòu)成間隙配合，兩者之間有密封件(7)，芯軸(10)上有圓柱隨動(dòng)件(15)，與旋轉(zhuǎn)裝置(16)上的螺旋槽(21)接觸；承重接頭(17)連接在外殼(9)的下端，其上部有單向的上棘爪面(12)與旋轉(zhuǎn)裝置(16)的下棘爪面(11)接觸；芯軸(10)下部的螺紋用來(lái)連接鉆頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具，其特征是自動(dòng)閥裝置(19) 由閥沖程校準(zhǔn)裝置(3)、閥桿(4)、閥體(5)、閥頭(6)、卸閥彈簧(14)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)鉆井工具，其特征是旋轉(zhuǎn)裝置(16)上有三個(gè)螺旋槽(21)，下端面上有單向的下棘爪面(11)。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于在鉆井過程中同時(shí)提供往復(fù)沖擊和扭矩的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具。它能夠提高鉆進(jìn)效率和機(jī)械鉆速，降低鉆進(jìn)成本。其技術(shù)方案是上部接頭內(nèi)部裝有流量控制器，其下的自動(dòng)閥裝置通過螺紋與上部接頭內(nèi)孔連接；自動(dòng)閥裝置、外殼和芯軸上端面形成了一個(gè)體積可變?nèi)萸?；芯軸中間有流體通道，芯軸上端外壁與外殼內(nèi)壁之間有密封件，芯軸下部的螺紋用來(lái)連接鉆頭；旋轉(zhuǎn)裝置上有螺旋槽，其圓柱隨動(dòng)件裝在芯軸上，底部有單向的下棘爪面，與承重接頭上部的單向上棘爪面相配合。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于修井和鉆井作業(yè)，能夠同時(shí)提供扭矩和沖擊功，減弱鉆頭的粘滑現(xiàn)象，增加機(jī)械鉆速，提高鉆井效率，降低鉆井成本。
文檔編號(hào)E21B6/00GK102418474SQ201110226398
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者李佳南, 石昌帥, 祝效華, 童華 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)