本实用新型专利技术为一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具。主要由拉杆、上壳体、圆柱凸轮、短壳体、滚轮、滚轮保持架、支撑座、传动轴、中壳体、下壳体、涡轮、涡轮轴、接头组成，其特征在于：所述传动轴通过下端花键随涡轮轴转动，再通过上端花键向拉杆和圆柱凸轮传递扭矩；所述滚轮保持架与支撑座通过螺钉连接；所述滚轮安装在滚轮保持架的半圆凹槽内；所述滚轮沿凸轮轨道上行工作面滚动时存储冲击能量，当从下行工作面跌落时，由于拉杆和传动轴端面的距离小于凸轮轨道工作面顶端与底端的高度差，因此拉杆和传动轴端面接触处会产生轴向冲击。本实用新型专利技术可有效解决现有非常规井钻井中出现的托压、粘卡、钻井效率低和振动效果不理想等问题。题。题。
A turbine driven high frequency axial impact speed raising tool for near bit
【技术实现步骤摘要】
一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具
[0001]本技术涉及一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，属石油、天然气开采钻井工具
技术介绍
[0002]目前，常规能源开采已达70％以上，能源供需矛盾不断升级，页岩气、水溶气、致密砂岩气等非常规能源逐渐得到人们的广泛关注，石油开采技术也随之发展，许多新型钻井工具也随之被研发使用，使复杂、非常规的钻探成为可能。中国非常规能源丰富，但具有地质年代老、埋深大、热演化程度高、构造和地貌条件复杂的特点。钻井提速问题任然是相关领域研究中的重点。在大多非常规井中，由于井身结构和岩石可钻性差，钻柱与井壁之间的摩擦比常规井更大，会导致托压、卡钻现象的出现，钻头破岩能量的需求也随之增加，降低了钻井效率。针对上述问题冲击钻井提速工具被研发和使用于钻采作业中，高频冲击载荷可加速岩石破碎、减少摩阻、增加水平进尺和提升钻速，缩短钻井周期和提高钻井效率。目前冲击钻井方式主要包括两类：轴向冲击和扭转冲击，其中轴向冲击方式应用最为广泛。
[0003]最常用的井下动力工具螺杆钻具和涡轮钻具可用于增大钻头处的扭矩从而提高钻井效率。随着井深的变深、温度的提高，螺杆结构由于其磨损严重且不耐高温，逐渐体现出一定的技术不适应性，然而涡轮结构具有工作可靠、耐高温和压降小等优点，可应用于深井、超深井和地热井等非常规井身结构中，是冲击钻井提速工具动力结构的发展方向。
[0004]基于此，本文在现有研究的基础上，提出一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，用工作稳定可靠的涡轮产生动力带动凸轮、滚轮转动，以此来产生反复稳定的轴向冲击，实现钻井效率的提升。
技术实现思路
[0005]本技术的目的在于：为了克服现有非常规井中，由于井身结构和岩石可钻性差，钻头破岩能量的需求也随之增加，同时会导致托压、卡钻的现象，钻井液的携岩能力低和振动效果不理想的问题，设计一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具。
[0006]为达到上述目的，本技术解决此问题所采用的技术方案是：一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，由拉杆、O形密封圈A、滑套、滑动扶正轴承A、上壳体、套筒A、圆柱凸轮、O形密封圈B、短壳体、滚轮、滚轮保持架、螺钉、支撑座、双列深沟球轴承、滑动扶正轴承B、传动轴、套筒B、O形密封圈C、中壳体、下壳体、涡轮、涡轮轴、涡轮定子压帽、涡轮转子压帽、接头组成，其技术特征在于，上壳体和中壳体通过锥形螺纹连接在短壳体两端；下壳体通过螺纹上端连接于中壳体，下端连接于接头；拉杆和圆柱凸轮通过螺纹连接；传动轴通过下端花键随涡轮轴转动，再通过上端花键向拉杆和圆柱凸轮传递扭矩；滚轮保持架与支撑座通过螺钉连接；滚轮安装在滚轮保持架的半圆凹槽内；拉杆与上壳体上部安装有O形密封圈A，拉杆下端台阶处安装有滑套，拉杆可旋转和轴向振动；滑动扶正轴承A位于滑套和套筒A之间，其上端外圈用滑套定位，其下端内圈用套筒A定位；圆柱凸轮上端面与套筒A接
触，下端面与滚轮滚动接触，下端面设计有凸轮轨道，下端台阶与上壳体底部接触，圆柱凸轮下部与传动轴之间安装有O形密封圈B；滚轮和滚轮保持架位于短壳体与传动轴之间；支撑座上端面用短壳体定位，下端面与双列深沟球轴承外圈和中壳体接触，变截面处用传动轴台阶定位；滑动扶正轴承B装于双列深沟球轴承下，其台阶处与中壳体接触，防止部件轴向窜动，其下端面内圈用套筒B定位；中壳体底部与涡轮轴上部接触，其上装有O形密封圈A；涡轮轴上部与传动轴结合处装有O形密封圈C，其下端装有涡轮定子压帽；涡轮安装在涡轮轴与下壳体之间，利用涡轮轴、下壳体上台阶、涡轮定子压帽和涡轮转子压帽定位；钻井液从所述拉杆的锥形口流入，先通过拉杆和传动轴的中间流道流入涡轮轴的上部流道，再通过涡轮轴上部流道处开有的斜孔流向下壳体内腔，然后通过涡轮时带动其旋转，最后从接头流出；所述涡轮轴随涡轮一起旋转，通过其上部花键向传动轴传递扭矩；所述拉杆和圆柱凸轮由传动轴上部花键传递的扭矩而旋转；在钻压影响下，所述拉杆和圆柱凸轮上行，使滚轮与圆柱凸轮紧密接触；所述滚轮在滚轮保持架的约束下沿圆柱凸轮下端面上的凸轮轨道滚动，滚轮沿凸轮轨道上行工作面滚动时存储冲击能量，当滚轮沿凸轮轨道下行工作面跌落时，由于拉杆内端面和传动轴上端面的距离小于凸轮轨道上行工作面顶端与下行工作面底端的高度差，因此拉杆内端面和传动轴上端面接触处会产生轴向冲击。
[0007]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述拉杆和圆柱凸轮在钻压为0时，由于重力而相对下行，使滚轮与凸轮轨道脱离,当下行距离为8～19mm时，轴向冲击结构处于防空打状态。
[0008]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述涡轮将运动流体的能量转换为机械能，先后带动涡轮轴、传动轴、圆柱凸轮和拉杆做旋转运动。
[0009]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述滚轮数量为两个或者三个，对应滚轮保持架的半圆凹槽数量为两个或者三个。
[0010]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述圆柱凸轮的凸轮轨道工作面为两个或者三个，圆柱凸轮转速为150～200r/min，振动频率在5HZ到10HZ之间。
[0011]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述拉杆内端面和传动轴上端面的距离为5～10mm，凸轮轨道上行工作面顶端与下行工作面底端的高度差为8～15mm，拉杆内端面和传动轴上端面的距离比凸轮轨道上行工作面顶端与下行工作面底端的高度差小3～5mm。
[0012]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述圆柱凸轮的台阶用于防止圆柱凸轮和用螺纹与其连接的拉杆脱落；所述圆柱凸轮上设有密封圈沟槽，用于密封拉杆和传动轴。
[0013]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述滚轮保持架下端面开有三个螺纹孔，用于通过螺钉与支撑座连接；所述支撑座上端面用短壳体定位，可以防止滚轮、滚轮保持架掉落，支撑座变截面与传动轴台阶接触，用于防止传动轴向下掉落或窜动。
[0014]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述涡轮轴上部设有密封圈沟槽，用于密封传动轴和涡轮轴。
[0015]所述的一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，其特征在于所述涡轮的涡
轮定子通过涡轮定子压帽压紧固定于下壳体内，涡轮定子压帽通过下壳体台阶轴向定位；所述涡轮的涡轮转子通过涡轮转子压帽压紧固定于涡轮轴上，涡轮转子压帽通过螺纹与涡轮轴连接。
[0016]本技术与现有技术比较，其有益效果是：(1)本技术主体结构由纯金属零件组成，较之螺杆动力驱动，没有橡胶衬套对高温的敏感的原件，有耐高温耐磨损的性能；(2)本技术采用涡轮驱动，具有工作可靠、压降小和耐高温等优点，没有偏心引起的径向振动，可提高钻具的稳定性和使用寿命，在非常规井中也有较好的适应性；(3)本技术采用圆柱凸轮和滚轮产生轴向冲击，结构简单且产生的冲击效本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种涡轮驱动的近钻头高频轴向冲击提速工具，由拉杆(1)、O形密封圈A(2)、滑套(3)、滑动扶正轴承A(4)、上壳体(5)、套筒A(6)、圆柱凸轮(7)、O形密封圈B(8)、短壳体(9)、滚轮(10)、滚轮保持架(11)、螺钉(12)、支撑座(13)、双列深沟球轴承(14)、滑动扶正轴承B(15)、传动轴(16)、套筒B(17)、O形密封圈C(18)、中壳体(19)、下壳体(20)、涡轮(21)、涡轮轴(22)、涡轮定子压帽(23)、涡轮转子压帽(24)、接头(25)组成，其技术特征在于，上壳体(5)和中壳体(19)通过锥形螺纹连接在短壳体(9)两端；下壳体(20)通过螺纹上端连接于中壳体(19)，下端连接于接头(25)；拉杆(1)和圆柱凸轮(7)通过螺纹连接；传动轴(16)通过下端花键随涡轮轴(22)转动，再通过上端花键向拉杆(1)和圆柱凸轮(7)传递扭矩；滚轮保持架(11)与支撑座(13)通过螺钉连接；滚轮(10)安装在滚轮保持架(11)的半圆凹槽内；拉杆(1)与上壳体(5)上部安装有O形密封圈A(2)，拉杆(1)下端台阶处安装有滑套(3)，拉杆(1)可旋转和轴向振动；滑动扶正轴承A(4)位于滑套(3)和套筒A(6)之间，其上端外圈用滑套(3)定位，其下端内圈用套筒A(6)定位；圆柱凸轮(7)上端面与套筒A(6)接触，下端面与滚轮(10)滚动接触，下端面设计有凸轮轨道，下端台阶与上壳体(5)底部接触，圆柱凸轮(7)下部与传动轴(16)之间安装有O形密封圈B(8)；滚轮(10)和滚轮保持架(11)位于短壳体(9)与传动轴(16)之间；支撑座(13)上端面用短壳体(9)定位，下端面与双列深沟球轴承(14)外圈和中壳体(19)接触，变截面处用传动轴(16)台阶定位；滑动扶正轴承B(15)装于双列深沟球轴承(14)下，其台阶处与中壳体(19)接触，防止部件轴向窜动，其下端面内圈用套筒B(17)定位；中壳体(19)底部与涡轮轴(22)上部接触，其上装有O形密封圈A(2)；涡轮轴(22)上部与传动轴(16)结合处装有O形密封圈C(18)，其下端装有涡轮定子压帽(23)；涡轮(21)安装在涡轮轴(22)与下壳体(20)之间，利用涡轮轴(22)、下壳体(20)上台阶、涡轮定子压帽(23)和涡轮转子压帽(24)定位；钻井液从...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝效华，石昌帅，王澳，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。