一种双扭转作用的高速破岩钻具制造技术

本发明专利技术公开了一种双扭转作用的高速破岩钻具，采用液压冲击锤与定转子马达为主要动力执行机构，通过液压冲击锤往复高频冲击以及转子的高速旋转为本发明专利技术的一种双扭转作用的高速破岩钻具的双扭转作用提供动力，为钻头提供超高转速，使钻头能更加高效的钻进坚硬的岩石，有效的提高了机械钻速，降低钻井成本；由于本发明专利技术的一种双扭转作用的高速破岩钻具形成了高频率、均匀稳定的机械冲击能量和旋转动能，使钻头和井底能够始终保持连续的高频切削，提高剪切效率，消除钻头运动时可能出现的有害振动，有利于消除粘滑现象。本发明专利技术能够使得钻头在软硬交错的不均质的夹层中，特别是在塑性的岩层中能够发挥良好的效果，使得钻头的使用范围大大提高。

A high speed rock breaking drilling tool with double torsion

The invention discloses a high-speed drill rock breaking a double torsion effect, using hydraulic hammer and rotor motor actuators as the main driving force, double torsion effect of high-speed rock breaking drilling through high speed rotating high frequency reciprocating hydraulic hammer impact and a double rotor torsion effect for the method of the present invention provides the power to provide super high speed drill bit can make more efficient drilling hard rock, effectively improve the drilling speed and reduce drilling cost; due to the high speed of rock breaking drilling a double torsion effect of the invention of the formation of a high frequency, stable mechanical shock energy and rotational kinetic energy, and the bottom to keep the bit high frequency continuous cutting, improves the cutting efficiency, eliminate harmful vibration may occur when the bit motion, is conducive to the elimination of stick slip phenomenon. The invention enables the drill bit to play a good effect in the hard and hard interlaced heterogeneous interlayer, especially in the plastic rock stratum, and greatly improves the application range of the drill bit.

【技术实现步骤摘要】
一种双扭转作用的高速破岩钻具
本专利技术属于石油天然气钻探、地质钻探等非开挖工程领域的一种破岩钻具，尤其是涉及在钻探深井、超深井中的软硬交错的不均质的夹层以及塑性的岩层中发挥良好的效果的一种双扭转作用的高速破岩钻具。
技术介绍
近年来，随着我国经济的飞速发展以及油气田开发和不可再生资源的不断衰减，为了缓解我国油气资源过度依赖进口的局面，国内各大油田加快对油气资源的勘探和开发，因此，石油工程技术人员开始向深井、超深井等地质条件极其恶劣以及岩石的可钻性极差的地层进行油气资源的开采，这也就使得钻井方式向多样化发展，同时，对钻井工具的要求越来越高。如何提高机械钻速以及降低钻井成本成为所有钻井技术人员所关注的焦点。为了解决该问题国内外进行了大量的研究通过改变钻井方式以及研发新的钻井工具等，在提高机械钻速和降低钻井成本方面具有显著的效果。但是，随着钻探行业的不断深入的发展以及对PDC钻头（PolycrystallineDiamondCompactbit，聚晶金刚石复合片钻头）的深入研究，与其他类型的钻头相比，PDC钻头依靠高转速、高排量、低钻压、小扭矩等技术优势在钻井中的使用数量越来越广，但在使用的过程中人们发现，在旋转钻进的过程中，钻头在一定钻压下与地层接触，由于PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭转方向的振动以及这几种振动的组合，因此，可能会出现横向涡动、纵向跳动以及扭转方向的粘滑，同时，井下的振动会损坏单个PDC切削齿，导致钻头的寿命降低，也可能会干扰定向控制信号和随钻测井信号以及产生不规则井眼，降低了井身质量。因此，有必要提出一种改进，以克服传统技术的缺陷。
技术实现思路
为了提高井身质量和机械钻速、降低钻井成本以及解决在钻井过程中出现的粘滑、卡钻等现象，特别是在钻探深井、超深井中的软硬交错的不均质的夹层以及塑性的岩层的硬质地层时出现的PDC钻头磨损严重，使用寿命短等问题本专利技术提供一种双扭转作用的高速破岩钻具。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种双扭转作用的高速破岩钻具，包括阀体、阀芯、O型圈、弹簧、阀套、阀板、筛网、第一挡圈、第二挡圈、防掉接头、防掉螺母、防掉连杆、马达壳体、定子橡胶、转子、第一活接、球座、钢球、连杆、第二活接、油封装置、丝堵、外连接头、第一内连接头、第二内连接头、轴用弹簧片、锁紧螺母、中心管、上端盖、冲击环、液压冲击锤阀体、上端盖钢套、液压冲击锤装配体、换向开关装配体、喷嘴、挡环、下接头、紧钉螺钉；其中，所述阀体、防掉接头、马达壳体依次通过螺纹相连，所述马达壳体下端为外连接头，所述外连接头的上端开有均匀分布的6个斜通孔，并且与中心线成60°夹角，所述马达壳体与所述外连接头通过油封装置进行密封，并通过马达壳体下端的螺纹与丝堵上的螺纹进行固定；所述外连接头的下端为下接头，所述外连接头下端内部与下接头之间通过O型圈进行密封并通过所述紧定螺钉进行固定；在阀体内，阀体上一侧开设有通孔，所述通孔内从里向外依次设置有阀板、筛网、阀板、第一挡圈，所述阀芯与所述阀体之间采用O型圈进行密封，所述阀芯下部开有周向均匀分布的5个通孔，所述阀芯的下部设置有阀套并采用O型圈进行密封，所述阀套与所述阀体之间采用O型圈进行密封，所述阀体、阀芯、阀套与O型圈之间的配合部位均设置有黄油进行装配，所述弹簧卡设于所述阀芯和所述阀套之间并利用所述阀芯的台肩和阀套的台肩进行轴向限位，所述阀体上的台肩和所述第二挡圈将阀芯与阀套卡在中间进行轴向定位；所述防掉接头内，所述防掉连杆的上端与防掉螺母通过螺纹连接，所述防掉连杆的下端与所述转子也通过螺纹进行连接，所述防掉螺母的最大外径大于所述防掉接头内台肩的内径；所述马达壳体内，所述定子橡胶与所述马达壳体采用过盈配合，所述定子橡胶硫化固定于所述马达壳体上，所述定子橡胶与所述转子的头数比为3:4，所述转子与所述定子橡胶进行配合并传递动力，所述第一活接位于所述转子上半部分的内部并通过螺纹与所述转子连接，所述第一活接的内部设置有两个球座和一个钢球，球座上开有周向均匀分布的4个通孔，第一活接的下端与连杆的上端通过螺纹进行连接，连杆的下端与第二活接的上端同样也通过螺纹进行连接，并且端部都通过焊接的方式进行固定，第二活接的内部也含有两个球座和一个钢球，第二活接与外连接头通过螺纹进行连接；外连接头内，第一内连接头与外连接头之间通过O型圈进行密封，第一内连接头的下方设置第二内连接头，第一内连接头与第二内连接头之间通过螺纹进行连接，第二内连接头上开有均匀分布的4个环形孔，第二内连接头的下面为中心管，第二内连接头与中心管通过螺纹进行连接，中心管的中间部分开有均匀分布的6个环形孔，中心管的下端部分周向上开有均匀分布的6个斜通孔，并且与中心线呈45°夹角，喷嘴位于中心管下端的内部并与中心管通过螺纹连接，中心管上端的外面开有一环形槽，轴用弹簧片卡在环形槽内，轴用弹簧片的下端为锁紧螺母，锁紧螺母与中心管之间通过螺纹连接上端盖，上端盖的外壁与外连接头的内壁紧贴，上端盖外壁四周开有均匀分布的4个过液槽，上端盖的下面为液压冲击锤阀体，换向开关装配体与液压冲击锤装配体在中心管与液压冲击锤阀体之间并进行旋转运动，液压冲击锤装配体与上端盖之间含有冲击环，冲击环通过上端盖套筒与液压冲击锤装配体进行限位，液压冲击锤阀体的下端与下接头通过螺纹进行连接以及通过O型圈进行密封，液压冲击锤阀体的下部外端面与下接头的上部外台肩之间通过挡环进行限位，挡环沿着圆周方向均匀分布3个。作为一种优选的技术方案，所述定子橡胶为氟橡胶材质。作为一种优选的技术方案，所述油封装置包括唇形密封圈、骨架以及弹簧。作为一种优选的技术方案，所述换向开关装配体包括换向开关套筒以及换向开关。作为一种优选的技术方案，所述液压冲击锤装配体包括液压冲击锤钢套以及液压冲击锤。作为一种进一步优选的技术方案，所述冲击环通过上端盖套筒与液压冲击锤钢套进行限位。通过采用以上技术方案，本专利技术取得的有益效果为：（1）本专利技术一种双扭转作用的高速破岩钻具的液压冲击锤与定转子马达是该工具的主要动力执行机构，通过液压冲击锤往复高频冲击以及转子的高速旋转为该工具的双扭转作用提供动力，突破了传统的牙轮钻头和PDC钻头常规的钻井方法，以此来为PDC钻头提供超高转速，使PDC钻头能更加高效的钻进坚硬的岩石，有效的提高了PDC的机械钻速以及降低钻井成本；（2）由于该工具形成了高频率、均匀稳定的机械冲击能量和旋转动能，使PDC钻头和井底能够始终保持连续的高频切削，提高剪切效率，消除PDC钻头运动时可能出现的一种或者多种有害振动，有利于消除粘滑现象。（3）突破PDC钻头的使用瓶颈：由于该工具的使用，能够使得PDC钻头在软硬交错的不均质的夹层中，特别是在塑性的岩层中能够发挥良好的效果，使得PDC钻头的使用范围大大提高。附图说明图1为本专利技术一种双扭转作用的高速破岩钻具具体实施方式的结构示意图。图2为图1所示一种双扭转作用的高速破岩钻具的油封装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图，详细说明本专利技术一种双扭转作用的高速破岩钻具的具体结构。如图1所示，本专利技术的一种双扭转作用的高速破岩钻具，主要包括阀体、阀芯、O型圈、弹簧、阀套、阀板、筛网、第一挡圈、第二挡圈、防掉接头、防掉螺母、防掉连杆、马达壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双扭转作用的高速破岩钻具，其特征在于，包括阀体（1）、阀芯（2）、O型圈（3）、弹簧（4）、阀套（5）、阀板（6）、筛网（7）、第一挡圈（8）、第二挡圈（9）、防掉接头（10）、防掉螺母（11）、防掉连杆（12）、马达壳体（13）、定子橡胶（14）、转子（15）、第一活接（16）、球座（17）、钢球（18）、连杆（19）、第二活接（20）、油封装置（21）、丝堵（22）、外连接头（23）、第一内连接头（24）、第二内连接头（25）、轴用弹簧片（26）、锁紧螺母（27）、中心管（28）、上端盖（29）、冲击环（30）、液压冲击锤阀体（31）、上端盖钢套（33）、液压冲击锤装配体、换向开关装配体、喷嘴（37）、挡环（38）、下接头（39）、紧钉螺钉（40）；其中，所述阀体（1）、防掉接头（10）、马达壳体（13）依次通过螺纹相连，所述马达壳体（13）下端为外连接头（23），所述外连接头（23）的上端开有均匀分布的6个斜通孔，并且与中心线成60°夹角，所述马达壳体（13）与所述外连接头（23）通过油封装置（21）进行密封，并通过马达壳体（13）下端的螺纹与丝堵（22）上的螺纹进行固定；所述外连接头（23）的下端为下接头（39），所述外连接头（23）下端内部与下接头（39）之间通过O型圈（3）进行密封并通过所述紧定螺钉（40）进行固定；在阀体（1）内，阀体（1）上一侧开设有通孔，所述通孔内从里向外依次设置有阀板（6）、筛网（7）、阀板（6）、第一挡圈（8），所述阀芯（2）与所述阀体（1）之间采用O型圈（3）进行密封，所述阀芯（2）下部开有周向均匀分布的5个通孔，所述阀芯（2）的下部设置有阀套（5）并采用O型圈（3）进行密封，所述阀套（5）与所述阀体（1）之间采用O型圈（3）进行密封，所述阀体（1）、阀芯（2）、阀套（5）与O型圈（3）之间的配合部位均设置有黄油进行装配，所述弹簧（4）卡设于所述阀芯（2）和所述阀套（5）之间并利用所述阀芯（2）的台肩和阀套（5）的台肩进行轴向限位，所述阀体（1）上的台肩和所述第二挡圈（9）将阀芯（2）与阀套（5）卡在中间进行轴向定位；所述防掉接头（10）内，所述防掉连杆（12）的上端与防掉螺母（11）通过螺纹连接，所述防掉连杆（12）的下端与所述转子（15）也通过螺纹进行连接，所述防掉螺母（11）的最大外径大于所述防掉接头（10）内台肩的内径；所述马达壳体（13）内，所述定子橡胶（14）与所述马达壳体（13）采用过盈配合，所述定子橡胶（14）硫化固定于所述马达壳体（13）上，所述定子橡胶（14）与所述转子（15）的头数比为3:4，所述转子（15）与所述定子橡胶（14）进行配合并传递动力，所述第一活接（16）位于所述转子（15）上半部分的内部并通过螺纹与所述转子连接，所述第一活接（16）的内部设置有两个球座（17）和一个钢球（18），球座（17）上开有周向均匀分布的4个通孔，第一活接（16）的下端与连杆（19）的上端通过螺纹进行连接，连杆（19）的下端与第二活接（20）的上端同样也通过螺纹进行连接，并且端部都通过焊接的方式进行固定，第二活接（20）的内部也含有两个球座（17）和一个钢球（18），第二活接（20）与外连接头（23）通过螺纹进行连接；外连接头（23）内，第一内连接头（24）与外连接头（23）之间通过O型圈（3）进行密封，第一内连接头（24）的下方设置第二内连接头（25），第一内连接头（24）与第二内连接头（25）之间通过螺纹进行连接，第二内连接头（25）上开有均匀分布的4个环形孔，第二内连接头（25）的下面为中心管（28），第二内连接头（25）与中心管（28）通过螺纹进行连接，中心管（28）的中间部分开有均匀分布的6个环形孔，中心管（28）的下端部分周向上开有均匀分布的6个斜通孔，并且与中心线呈45°夹角，喷嘴（37）位于中心管(28)下端的内部并与中心管（28）通过螺纹连接，中心管（28）上端的外面开有一环形槽，轴用弹簧片（26）卡在环形槽内，轴用弹簧片（26）的下端为锁紧螺母（27），锁紧螺母（27）与中心管（28）之间通过螺纹连接上端盖（29），上端盖（29）的外壁与外连接头（23）的内壁紧贴，上端盖（29）外壁四周开有均匀分布的4个过液槽，上端盖（29）的下面为液压冲击锤阀体（31），换向开关装配体与液压冲击锤装配体在中心管（28）与液压冲击锤阀体（31）之间并进行旋转运动，液压冲击锤装配体与上端盖（29）之间含有冲击环（30），冲击环（30）通过上端盖套筒（33）与液压冲击锤装配体进行限位，液压冲击锤阀体（31）的下端与下接头（39）通过螺纹进行连接以及通过O型圈（3）进行密封，液压冲击锤阀体（31）的下部外端面与下接头（39）的上部外台肩之间通过挡环（38）进行限位，挡环（38...

【技术特征摘要】
1.一种双扭转作用的高速破岩钻具，其特征在于，包括阀体（1）、阀芯（2）、O型圈（3）、弹簧（4）、阀套（5）、阀板（6）、筛网（7）、第一挡圈（8）、第二挡圈（9）、防掉接头（10）、防掉螺母（11）、防掉连杆（12）、马达壳体（13）、定子橡胶（14）、转子（15）、第一活接（16）、球座（17）、钢球（18）、连杆（19）、第二活接（20）、油封装置（21）、丝堵（22）、外连接头（23）、第一内连接头（24）、第二内连接头（25）、轴用弹簧片（26）、锁紧螺母（27）、中心管（28）、上端盖（29）、冲击环（30）、液压冲击锤阀体（31）、上端盖钢套（33）、液压冲击锤装配体、换向开关装配体、喷嘴（37）、挡环（38）、下接头（39）、紧钉螺钉（40）；其中，所述阀体（1）、防掉接头（10）、马达壳体（13）依次通过螺纹相连，所述马达壳体（13）下端为外连接头（23），所述外连接头（23）的上端开有均匀分布的6个斜通孔，并且与中心线成60°夹角，所述马达壳体（13）与所述外连接头（23）通过油封装置（21）进行密封，并通过马达壳体（13）下端的螺纹与丝堵（22）上的螺纹进行固定；所述外连接头（23）的下端为下接头（39），所述外连接头（23）下端内部与下接头（39）之间通过O型圈（3）进行密封并通过所述紧定螺钉（40）进行固定；在阀体（1）内，阀体（1）上一侧开设有通孔，所述通孔内从里向外依次设置有阀板（6）、筛网（7）、阀板（6）、第一挡圈（8），所述阀芯（2）与所述阀体（1）之间采用O型圈（3）进行密封，所述阀芯（2）下部开有周向均匀分布的5个通孔，所述阀芯（2）的下部设置有阀套（5）并采用O型圈（3）进行密封，所述阀套（5）与所述阀体（1）之间采用O型圈（3）进行密封，所述阀体（1）、阀芯（2）、阀套（5）与O型圈（3）之间的配合部位均设置有黄油进行装配，所述弹簧（4）卡设于所述阀芯（2）和所述阀套（5）之间并利用所述阀芯（2）的台肩和阀套（5）的台肩进行轴向限位，所述阀体（1）上的台肩和所述第二挡圈（9）将阀芯（2）与阀套（5）卡在中间进行轴向定位；所述防掉接头（10）内，所述防掉连杆（12）的上端与防掉螺母（11）通过螺纹连接，所述防掉连杆（12）的下端与所述转子（15）也通过螺纹进行连接，所述防掉螺母（11）的最大外径大于所述防掉接头（10）内台肩的内径；所述马达壳体（13）内，所述定子橡胶（14）与所述马达壳体（13）采用过盈配合，所述定子橡胶（14）硫化固定于所述马达壳体（13）上，所述定子橡胶（14）与所述转子（15）的头数比为3:4，所述转子（15）与所述定子橡胶（14）进行配合并传递动力，所述第一活接（16）位于所述转子（15）上半部分的内部并通过螺纹与所述转子连接，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘化国，陈志强，付传红，陈东霞，马向明，张代明，王金乐，刘凯泉，朱艳光，
申请(专利权)人：山东胜利石油装备产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37