本發(fā)明涉及石油鉆井井下工具，是一種軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具。

背景技術(shù)：

1、隨著石油勘探向縱向發(fā)展,互層頻繁、復(fù)雜地層鉆遇率高，鉆遇地層的巖石硬度大、研磨性強(qiáng)、可鉆性級(jí)值高,導(dǎo)致鉆頭吃入困難、黏滑振動(dòng)嚴(yán)重,且復(fù)雜鉆井時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)械鉆速低,嚴(yán)重制約了油氣勘探開(kāi)發(fā)速度與成本。提高深井硬地層鉆井機(jī)械鉆速、減少趟鉆次數(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)沖擊鉆井技術(shù)進(jìn)行了大量研究并研制了多種沖擊鉆井工具。在深井硬地層的鉆進(jìn)過(guò)程中，pdc鉆頭會(huì)出現(xiàn)因扭矩不足而無(wú)法破碎巖石的情況;此時(shí)，鉆柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，直至鉆頭克服鉆井阻力，鉆柱中的能量被瞬間釋放，鉆柱與鉆頭產(chǎn)生劇烈振動(dòng)(“黏滑”振動(dòng))，導(dǎo)致鉆頭受到磨損。

2、油氣勘探開(kāi)發(fā)中常采用扭力沖擊器與pdc鉆頭的配合來(lái)降低“黏滑”振動(dòng)的產(chǎn)生，從而提高鉆頭對(duì)深井硬地層的鉆進(jìn)速度。目前使用的沖擊器大多為torkbuster，國(guó)內(nèi)的螺桿鉆具式、渦輪式扭力沖擊器等只能產(chǎn)生單向扭轉(zhuǎn)沖擊，這會(huì)造成沖擊機(jī)構(gòu)單側(cè)受力不均勻而出現(xiàn)偏磨失效。扭力沖擊器能夠產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)沖擊振動(dòng)，從而輔助鉆頭破巖，但在面對(duì)硬地層切削齒無(wú)法吃入或大斜度、水平段等鉆頭無(wú)法進(jìn)尺的情況時(shí)，幾乎沒(méi)有提速效果。增加鉆頭吃入深度、減弱或消除粘滑振動(dòng)是提高鉆井效率的有效手段。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有軸向沖擊工具和扭轉(zhuǎn)沖擊工具在互層頻繁或高研磨地層提速效果不太理想,在硬地層中扭轉(zhuǎn)沖擊切削作用下巖石更易發(fā)生脆性破碎,提高鉆頭的侵入能力,而在較軟地層中會(huì)產(chǎn)生尺寸較小的巖屑易引起鉆頭泥包。軸向沖擊能夠增加pdc鉆頭切削深度,?但增加的阻抗扭矩會(huì)引起鉆頭扭轉(zhuǎn)振動(dòng),?易引起鉆頭崩齒。

3、雖然現(xiàn)有的單維度沖擊鉆井工具在一定程度上可以為鉆頭提供軸向或扭轉(zhuǎn)沖擊力，并取得一定的提速效果，但其應(yīng)用效果不理想。其存在如下技術(shù)問(wèn)題：1.?只能提供單維度沖擊；2.軸向沖擊工具會(huì)引起鉆頭的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致鉆頭崩齒的危險(xiǎn)；3.設(shè)計(jì)了多個(gè)換向口的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且容易受到?jīng)_蝕破壞；4.現(xiàn)有的沖擊工具因機(jī)械式?jīng)_擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封圈等結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且這些結(jié)構(gòu)易損壞，導(dǎo)致工具壽命短、維保困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有沖擊裝置沖擊方式單一且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具包括閥體、閥芯、閥套、復(fù)位彈簧、防掉接頭、配流盤(pán)、防掉螺母、防掉連桿、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)子接頭、傳動(dòng)裝置、殼體、軸向沖擊組件、沖擊砧和鉆頭軸，閥體下部?jī)?nèi)側(cè)限位安裝有閥套，閥體上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第一限位環(huán)臺(tái)，閥套內(nèi)設(shè)有上端抵于第一限位環(huán)臺(tái)下側(cè)的閥芯，閥芯與閥套之間設(shè)有復(fù)位彈簧，對(duì)應(yīng)閥套上方位置的閥芯中部外側(cè)設(shè)有至少一個(gè)內(nèi)旁通孔，對(duì)應(yīng)內(nèi)旁通孔位置的閥體外側(cè)設(shè)有一個(gè)外旁通孔；閥體下端外側(cè)設(shè)有外筒，外筒上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第二限位環(huán)臺(tái)，第二限位環(huán)臺(tái)上座有上端抵于閥體下側(cè)的配流盤(pán)，配流盤(pán)中部設(shè)有上下貫通且偏心設(shè)置的配流孔，對(duì)應(yīng)配流孔外側(cè)位置的配流盤(pán)上設(shè)有若干個(gè)上下貫通的過(guò)流孔；外筒中部設(shè)有防掉螺母、防掉連桿，防掉連桿上端通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)與防掉螺母的連接，防掉連桿下端通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)裝置連接，防掉螺母旋轉(zhuǎn)周期性封堵配流盤(pán)上的配流孔，驅(qū)動(dòng)裝置下部設(shè)有轉(zhuǎn)子接頭，轉(zhuǎn)子接頭下端通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)與傳動(dòng)裝置的連接，轉(zhuǎn)子接頭上部外側(cè)沿圓周分布有若干個(gè)進(jìn)液孔，傳動(dòng)裝置下端設(shè)有能隨驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸向沖擊組件，軸向沖擊組件下端固定安裝有下端位于外筒下方的鉆頭軸，對(duì)應(yīng)鉆頭軸與軸向沖擊組件之間位置的外側(cè)設(shè)有沖擊砧。

3、下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

4、上述軸向沖擊組件可包括中心桿、橢形軌道盤(pán)體、滾輪、沖擊砧和重錘，中心桿隨驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)橢形軌道盤(pán)體旋轉(zhuǎn)，滾輪沿橢形軌道盤(pán)體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)重錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸上端凹槽位置設(shè)有沖擊砧，重錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊彈簧。

5、上述外筒可包括由上至下依次固定安裝在一起的防掉接頭、驅(qū)動(dòng)外筒、傳動(dòng)外筒、軸向沖擊外筒，驅(qū)動(dòng)裝置包括襯套、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子接頭，驅(qū)動(dòng)外筒內(nèi)側(cè)設(shè)有襯套，襯套內(nèi)設(shè)有與防掉連桿下端傳動(dòng)連接在一起的轉(zhuǎn)子，軸向沖擊外筒內(nèi)設(shè)有傳動(dòng)裝置、軸向沖擊組件，轉(zhuǎn)子下端通過(guò)轉(zhuǎn)子接頭與傳動(dòng)裝置上連接頭連接在一起，傳動(dòng)裝置下端通過(guò)下傳動(dòng)連接頭與軸向沖擊組件上端傳動(dòng)連接在一起。

6、上述橢形軌道盤(pán)體的軌道呈橢圓形回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。

7、本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，通過(guò)在配流盤(pán)上設(shè)置偏心的配流孔，能使旋轉(zhuǎn)的防掉螺母周期性封堵配流孔，使得進(jìn)入驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部的流體流量為簡(jiǎn)諧波動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出扭矩形成扭轉(zhuǎn)沖擊；通過(guò)設(shè)置軸向沖擊組件，其能隨傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭軸受到向下的脈沖式?jīng)_擊作用力，且能通過(guò)增加軸向沖擊組件數(shù)量實(shí)現(xiàn)沖擊頻率調(diào)節(jié)，提高工具的地層適應(yīng)性，具有可靠、穩(wěn)定和破巖效果好的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，其特征在于包括閥體、閥芯、閥套、復(fù)位彈簧、防掉接頭、配流盤(pán)、防掉螺母、防掉連桿、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)子接頭、傳動(dòng)裝置、殼體、軸向沖擊組件、沖擊砧和鉆頭軸，閥體下部?jī)?nèi)側(cè)限位安裝有閥套，閥體上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第一限位環(huán)臺(tái)，閥套內(nèi)設(shè)有上端抵于第一限位環(huán)臺(tái)下側(cè)的閥芯，閥芯與閥套之間設(shè)有復(fù)位彈簧，對(duì)應(yīng)閥套上方位置的閥芯中部外側(cè)設(shè)有至少一個(gè)內(nèi)旁通孔，對(duì)應(yīng)內(nèi)旁通孔位置的閥體外側(cè)設(shè)有一個(gè)外旁通孔；閥體下端外側(cè)設(shè)有外筒，外筒上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第二限位環(huán)臺(tái)，第二限位環(huán)臺(tái)上座有上端抵于閥體下側(cè)的配流盤(pán)，配流盤(pán)中部設(shè)有上下貫通且偏心設(shè)置的配流孔，對(duì)應(yīng)配流孔外側(cè)位置的配流盤(pán)上設(shè)有若干個(gè)上下貫通的過(guò)流孔；外筒中部設(shè)有防掉螺母、防掉連桿，防掉連桿上端通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)與防掉螺母的連接，防掉連桿下端通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)裝置連接，防掉螺母旋轉(zhuǎn)周期性封堵配流盤(pán)上的配流孔，驅(qū)動(dòng)裝置下部設(shè)有轉(zhuǎn)子接頭，轉(zhuǎn)子接頭下端通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)與傳動(dòng)裝置的連接，轉(zhuǎn)子接頭上部外側(cè)沿圓周分布有若干個(gè)進(jìn)液孔，傳動(dòng)裝置下端設(shè)有能隨驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸向沖擊組件，軸向沖擊組件下端固定安裝有下端位于外筒下方的鉆頭軸，對(duì)應(yīng)鉆頭軸與軸向沖擊組件之間位置的外側(cè)設(shè)有沖擊砧。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，其特征在于軸向沖擊組件包括中心桿、橢形軌道盤(pán)體、滾輪、沖擊砧和重錘，中心桿隨驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)橢形軌道盤(pán)體旋轉(zhuǎn)，滾輪沿橢形軌道盤(pán)體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)重錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸上端凹槽位置設(shè)有沖擊砧，重錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊彈簧。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，其特征在于外筒包括由上至下依次固定安裝在一起的防掉接頭、驅(qū)動(dòng)外筒、傳動(dòng)外筒、軸向沖擊外筒，驅(qū)動(dòng)裝置包括襯套、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子接頭，驅(qū)動(dòng)外筒內(nèi)側(cè)設(shè)有襯套，襯套內(nèi)設(shè)有與防掉連桿下端傳動(dòng)連接在一起的轉(zhuǎn)子，軸向沖擊外筒內(nèi)設(shè)有傳動(dòng)裝置、軸向沖擊組件，轉(zhuǎn)子下端通過(guò)轉(zhuǎn)子接頭與傳動(dòng)裝置上連接頭連接在一起，傳動(dòng)裝置下端通過(guò)下傳動(dòng)連接頭與軸向沖擊組件上端傳動(dòng)連接在一起。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，其特征在于橢形軌道盤(pán)體的軌道呈橢圓形回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，其特征在于防掉螺母呈偏心回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及石油鉆井井下工具技術(shù)領(lǐng)域，是一種軸扭復(fù)合沖擊鉆井提速工具，其包括閥體、閥芯、閥套、復(fù)位彈簧、防掉接頭、配流盤(pán)、防掉螺母、防掉連桿、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)子接頭、傳動(dòng)裝置、殼體、軸向沖擊組件、沖擊砧和鉆頭軸，閥體下部?jī)?nèi)側(cè)限位安裝有閥套，閥體上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第一限位環(huán)臺(tái)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，通過(guò)在配流盤(pán)上設(shè)置偏心的配流孔，能使旋轉(zhuǎn)的配流塊周期性封堵配流孔，使得進(jìn)入驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部的流體流量為簡(jiǎn)諧波動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出扭矩形成扭轉(zhuǎn)沖擊；通過(guò)設(shè)置軸向沖擊組件，其能隨傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭軸受到向下的脈沖式?jīng)_擊作用力，且能通過(guò)增加軸向沖擊組件數(shù)量實(shí)現(xiàn)沖擊頻率調(diào)節(jié)，提高工具的地層適應(yīng)性，具有可靠、穩(wěn)定和破巖效果好的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：亞森江加入拉,許晨星,袁逸萍,崔鵬飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新疆大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10