CN106939763A - 一种非常规致密岩层冲击工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非常规致密岩层钻井用的机械冲击钻具。它解决非常规致密岩层钻井效率低的问题。其技术方案是：动力壳体上端和上部钻柱丝扣连接，下接头下端和钻头丝扣连接；推力轴承安装在动力转子外圆下部的台阶面上，动力转子下端和中心管上端丝扣连接；连接筒上端和动力壳体下端丝扣连接，连接筒下端和扶正筒上端丝扣连接；卡块和弹簧b整体置入扶正筒扶正翼上的径向通孔内，盖板和扶正筒的扶正翼用螺钉固紧；锁套和弹簧c整体置入扶正筒内腔；防转壳体上端和扶正筒下端丝扣连接，防转壳体下端和防掉端盖丝扣连接。本发明的可以为钻头提供连续稳定的轴向冲击载荷，提高非常规致密岩层钻井效率；利用钻井液驱动，控制方便简单。

Description

一种非常规致密岩层冲击工具

技术领域

本发明涉及一种非常规致密岩层钻井用的机械冲击钻具，尤其涉及石油天然气行业非常规致密岩钻井提速用的冲击钻具。

背景技术

在钻井工程中，非常规致密岩层质地坚硬，强度高，耐磨耐钻，导致非常规致密岩层钻井效率低，钻进非常困难。而随着能源开发趋势，钻井深度一直在不断增加。非常规致密岩层受到的围压很高，岩层坚硬，这就给钻井作业带来了巨大的障碍，严重限制了非常规致密岩地层能源的勘探和开发。非常规致密岩层虽然质地坚硬，耐磨耐钻，但是在交变的冲击载荷下，硬地质岩层极易破碎，利用该原理对硬地质地层进行钻井可以大大提高钻井效率。

关于冲击钻具的应用比较具有代表性的空气钻井中使用的空气锤，然而空气锤是以空气或者氮气作为工作介质，尽在空气钻井的特殊作业条件下可以使用，不具备普遍性。目前国外也有使用液压锤的钻井工具，主要利用钻井液的蓄能和能量释放产生冲击作用，对钻井产生了积极的作用，然后钻井液能量的连续变化也增加了循环系统的负担，对钻井泵和井下动力钻具的正常工作均有一定程度的干扰。

基于上述技术背景，本发明特提供一种非常规致密岩层冲击工具，提高非常规致密岩钻井效率。

发明内容

本发明的目的是：为了解决非常规致密岩层钻井效率低的问题，特提供一种非常规致密岩层冲击工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种非常规致密岩层冲击工具，是由动力壳体、动力转子、推力轴承、连接筒、弹簧a、中心管、冲锤、盖板、弹簧b、卡块、螺钉、扶正筒、锁套、弹簧c、防转销、防转壳体、防掉端盖和下接头构成；其结构特征是：动力壳体上端和上部钻柱丝扣连接，下接头下端和钻头丝扣连接；动力转子上部设置有螺旋叶片，动力转子外圆下部设置有一圈台阶面，动力转子下部周向均匀设置四个斜孔连通内外腔空间；动力转子置入动力壳体内腔；推力轴承安装在动力转子外圆下部的台阶面上，动力转子下端和中心管上端丝扣连接；中心管外圆中部设置为外六方；冲锤内腔设置为内六方，冲锤外圆上部设置一圈台阶面，冲锤外圆下部设置一圈台阶面，冲锤外圆中部设置有单头螺旋凹槽，单头螺旋凹槽两端收口处设置为斜面；冲锤内腔内六方套入中心管外圆中部外六方；连接筒内腔上部设置一圈凸起台阶，弹簧a安装在连通筒内腔上部凸起台阶上；连接筒上端和动力壳体下端丝扣连接，连接筒下端和扶正筒上端丝扣连接；扶正筒外圆中部周向均匀设置六条扶正翼，其中一条扶正翼中部设置一径向通孔，该扶正翼上端和下端分别设置有螺钉孔；卡块外侧设置一轴向沉孔，卡块内侧设置为内凹圆弧面，卡块内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡块内侧中部的内凹圆弧凸台可以在冲锤外圆中部的单头螺旋凹槽内滑动；弹簧b安装在卡块外侧轴向沉孔内；卡块和弹簧b整体置入扶正筒扶正翼上的径向通孔内，盖板和扶正筒的扶正翼用螺钉固紧；锁套内腔下端设置一圈凸起内缘，弹簧c安装在锁套下端面，锁套和弹簧c整体置入扶正筒内腔；防转壳体内腔上端设置一圈凸起内缘，防转壳体内腔中部周向均匀设置八个销子滑槽；下接头外圆上部设置一圈台阶面，下接头外圆中部周向均匀设置八个销子槽；下接头置入防转壳体内腔，八个防转销依次安装在防转壳体内腔中部八个销子滑槽和下接头外圆中部八个销子槽形成的空腔内；防转壳体上端和扶正筒下端丝扣连接，防转壳体下端和防掉端盖丝扣连接。

本发明的有益效果是：(1)本发明的可以为钻头提供连续稳定的轴向冲击载荷，提高非常规致密岩层钻井效率；(2)本发明在稳定的钻井液流量下连续工作，保证钻柱内腔压降稳定，不干扰钻井泵和动力钻具的工作参数；(3)本发明利用钻井液驱动，控制方便简单，采用机械冲击的方式，避免传统液压锤的冲蚀伤害；(4)本发明是纯机械结构，可适应钻井的恶劣工况，故障率低，安全可靠。

附图说明

图1是本发明一种非常规致密岩层冲击工具冲锤上行极限位置的结构示意图；

图2是本发明一种非常规致密岩层冲击工具冲锤冲击过程的结构示意图；

图3是本发明一种非常规致密岩层冲击工具冲锤下行极限位置的结构示意图；

图4是图1中A-A截面剖视图；

图5是图1中B-B截面剖视图；

图6是冲锤的三维结构示意图；

图7是卡块的三维结构示意图；

图中：1.动力壳体、2.动力转子、3.推力轴承、4.连接筒、5.弹簧a、6.中心管、7.冲锤、8.盖板、9.弹簧b、10.卡块、11.螺钉、12.扶正筒、13.锁套、14.弹簧c、15.防转销、16.防转壳体、17.防掉端盖、18.下接头。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明一种非常规致密岩层冲击工具，是由动力壳体1、动力转子2、推力轴承3、连接筒4、弹簧a5、中心管6、冲锤7、盖板8、弹簧b9、卡块10、螺钉11、扶正筒12、锁套13、弹簧c14、防转销15、防转壳体16、防掉端盖17和下接头18构成；其结构特征是：动力壳体1上端和上部钻柱丝扣连接，下接头18下端和钻头丝扣连接；动力转子2上部设置有螺旋叶片，动力转子2外圆下部设置有一圈台阶面，动力转子2下部周向均匀设置四个斜孔连通内外腔空间；动力转子2置入动力壳体1内腔；推力轴承3安装在动力转子2外圆下部的台阶面上，动力转子2下端和中心管6上端丝扣连接；中心管6外圆中部设置为外六方；冲锤7内腔内六方套入中心管6外圆中部外六方；连接筒4内腔上部设置一圈凸起台阶，弹簧a5安装在连通筒内腔上部凸起台阶上；连接筒4上端和动力壳体1下端丝扣连接，连接筒4下端和扶正筒12上端丝扣连接；扶正筒12外圆中部周向均匀设置六条扶正翼，其中一条扶正翼中部设置一径向通孔，该扶正翼上端和下端分别设置有螺钉孔；如图4所示，弹簧b9安装在卡块10外侧轴向沉孔内，卡块10和弹簧b9整体置入扶正筒12扶正翼上的径向通孔内；盖板8和扶正筒12的扶正翼用螺钉11固紧；锁套13内腔下端设置一圈凸起内缘，弹簧c14安装在锁套13下端面，锁套13和弹簧c14整体置入扶正筒12内腔；防转壳体16内腔上端设置一圈凸起内缘，防转壳体16内腔中部周向均匀设置八个销子滑槽；下接头18外圆上部设置一圈台阶面，下接头18外圆中部周向均匀设置八个销子槽；如图5所示，下接头18置入防转壳体16内腔，八个防转销15依次安装在防转壳体16内腔中部八个销子滑槽和下接头18外圆中部八个销子槽形成的空腔内；防转壳体16上端和扶正筒12下端丝扣连接，防转壳体16下端和防掉端盖17丝扣连接。

如图6所示，冲锤7内腔设置为内六方，冲锤7外圆上部设置一圈台阶面，冲锤7外圆下部设置一圈台阶面，冲锤7外圆中部设置有单头螺旋凹槽，单头螺旋凹槽两端收口处设置为斜面。

如图1、图2、图3、图4和图7所示，卡块10外侧设置一轴向沉孔，卡块10内侧设置为内凹圆弧面，卡块10内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡块10内侧中部的内凹圆弧凸台可以在冲锤7外圆中部的单头螺旋凹槽内滑动。

本发明一种非常规致密岩层冲击工具的工作原理是：下入本发明至井底，开泵循环钻井液，动力转子2驱动中心管6旋转，中心管6驱动冲锤7旋转；卡块10的内凹圆弧凸台卡在冲锤7外圆中部的单头螺旋凹槽内，冲锤7在卡块10的作用下轴向上移，此时状态如图1所示；直至卡块10移动到冲锤7外圆单头螺旋凹槽的端口在斜面的作用下卡块10径向缩回，锁套13轴向上移将卡块缩回状态锁定，此时状态如图2所示；冲锤7在弹簧a5的作用下轴向下击，锤击下接头18，此时状态如图3所示；冲锤7在下击过程中，冲锤7外圆下部的台阶面与锁套13内腔下端凸起内缘接触，并推动锁套13轴向下移，卡块10解锁，冲锤7在旋转过程中卡块10的内凹圆弧凸台可重新进入冲锤7外圆中部的单头螺旋凹槽内，开始下一个循环周期。

Claims (3)

1.本发明一种非常规致密岩层冲击工具，是由动力壳体(1)、动力转子(2)、推力轴承(3)、连接筒(4)、弹簧a(5)、中心管(6)、冲锤(7)、盖板(8)、弹簧b(9)、卡块(10)、螺钉(11)、扶正筒(12)、锁套(13)、弹簧c(14)、防转销(15)、防转壳体(16)、防掉端盖(17)和下接头(18)构成；其结构特征是：动力壳体(1)上端和上部钻柱丝扣连接，下接头(18)下端和钻头丝扣连接；动力转子(2)上部设置有螺旋叶片，动力转子(2)外圆下部设置有一圈台阶面，动力转子(2)下部周向均匀设置四个斜孔连通内外腔空间；动力转子(2)置入动力壳体(1)内腔；推力轴承(3)安装在动力转子(2)外圆下部的台阶面上，动力转子(2)下端和中心管(6)上端丝扣连接；中心管(6)外圆中部设置为外六方；冲锤(7)内腔内六方套入中心管(6)外圆中部外六方；连接筒(4)内腔上部设置一圈凸起台阶，弹簧a(5)安装在连通筒内腔上部凸起台阶上；连接筒(4)上端和动力壳体(1)下端丝扣连接，连接筒(4)下端和扶正筒(12)上端丝扣连接；扶正筒(12)外圆中部周向均匀设置六条扶正翼，其中一条扶正翼中部设置一径向通孔，该扶正翼上端和下端分别设置有螺钉孔；弹簧b(9)安装在卡块(10)外侧轴向沉孔内；卡块(10)和弹簧b(9)整体置入扶正筒(12)扶正翼上的径向通孔内，盖板(8)和扶正筒(12)的扶正翼用螺钉(11)固紧；锁套(13)内腔下端设置一圈凸起内缘，弹簧c(14)安装在锁套(13)下端面，锁套(13)和弹簧c(14)整体置入扶正筒(12)内腔；防转壳体(16)内腔上端设置一圈凸起内缘，防转壳体(16)内腔中部周向均匀设置八个销子滑槽；下接头(18)外圆上部设置一圈台阶面，下接头(18)外圆中部周向均匀设置八个销子槽；下接头(18)置入防转壳体(16)内腔，八个防转销(15)依次安装在防转壳体(16)内腔中部八个销子滑槽和下接头(18)外圆中部八个销子槽形成的空腔内；防转壳体(16)上端和扶正筒(12)下端丝扣连接，防转壳体(16)下端和防掉端盖(17)丝扣连接。

2.根据权利要求1所述的非常规致密岩层冲击工具，其特征在于：所述冲锤(7)内腔设置为内六方，冲锤(7)外圆上部设置一圈台阶面，冲锤(7)外圆下部设置一圈台阶面，冲锤(7)外圆中部设置有单头螺旋凹槽，单头螺旋凹槽两端收口处设置为斜面。

3.根据权利要求1所述的非常规致密岩层冲击工具，其特征在于：所述卡块(10)外侧设置一轴向沉孔，卡块(10)内侧设置为内凹圆弧面，卡块(10)内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡块(10)内侧中部的内凹圆弧凸台可以在冲锤(7)外圆中部的单头螺旋凹槽内滑动。