本发明专利技术公开了一种冲击式螺杆钻具，属于钻井技术，解决了现有技术中螺杆钻具瞬间产生冲击力使钻头的切削齿容易损坏的问题，包括依次连接的旁通阀总成，马达总成，万向轴总成和传动轴总成，其中，旁通阀总成主要由阀体、阀芯、弹簧、筛板组成，马达总成主要由定子壳体和转子组成，万向轴总成主要由万向轴壳体和万向轴组成，传动轴总成主要由传动轴壳体、中空的传动轴、推力轴承组和径向轴承组构成；所述传动轴总成和万向轴总成之间设有流量调节总成。本发明专利技术在螺杆钻具原有性能的基础上，通过流量控制总成产生柔和的冲击力，提高了钻头破岩效率，提高了机械钻速，极大地提高了使用寿命，并利用在不同位置的水力加压总成拓宽了本发明专利技术的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻井工程液动冲击器和井下动力工具领域，具体地说，是涉及一种冲击式螺杆钻具。
技术介绍
如何提高钻井速度是目前世界各国正在研究的技术难题，特别是，随着井深的增力口，水力沿程损耗增大，井底钻头可用水能急剧下降，水力破岩和清岩能力减弱，造成深井钻速低、钻头磨损快、粘卡严重等问题；另外，为了提高采油效率，水平井、分支井、大位移井、从式井等越来越受重视，当前的井眼越来越不规则，摩阻和扭矩大，滑动钻井困难，井眼延伸范围小。提高钻井速度的核心
技术实现思路
是如何提高钻头的破岩效率，围绕该
技术实现思路
，除 了研究钻头技术、水力喷射破岩技术以及其它钻井技术以外，近几十年又提出了旋冲钻井技术，并进行了大量的技术研究和现场应用，其原理是在钻头上部连接一个液动冲击器(旋冲接头)，在钻进过程中，钻头在一定钻压下随钻柱旋转，同时还受到来自冲击器的高频冲击应力，并在旋转和冲击的联合作用下破碎岩石。旋冲钻井可以大幅度提高钻井的机械钻速，具有广泛的应用价值。实践证明，冲击器和扭力冲击器能够大幅度提高钻井速度，其钻进速度比普通旋转钻进速度提高30%以上，井斜明显减小，钻具损坏减小。而旋冲钻井技术的核心内容是在钻具的近钻头上方连接一个冲击器，钻井过程中，钻具一边旋转，冲击器一边产生一个轴向冲击力作用于钻头，钻头对岩石产生一个交变的冲击力，达到快速破岩的目的。石油旋转钻井技术的设想始于欧洲，该技术的核心是液动冲击器工具。1867—1887年相继出现了液动冲击器钻具。1887年英国曾给德国人沃 布什授予了新钻井方法的专利。1900—1905 :俄国工程师B 沃尔斯基设计了几种石油钻井液动冲击器，他是液动冲击钻具作用原理的第一位理论研究者。二十世纪40年代前苏联H 葛莫夫研制出滑阀式正作用液动冲击器，美国巴辛格尔研制出了活阀式正作用液动冲击器。50年代美国艾莫雷研制出了活阀式反作用冲击器；海湾石油公司和壳牌石油公司也研制出了各自的液动冲击器，主要用于油气钻井及卡钻事故处理。60年代美国潘美公司经过努力改进其液动冲击器的材料和设计，以及与之相配套的钻头类型，使之日臻完善，充分显示了液动冲击旋转钻井技术的优势及潜力；匈牙利研制了直径在48 160mm的5种双作用液动冲击钻具。70年代日本也开始研制液动冲击钻具，比较成功的是日本立根公司研制的液动双作用冲击钻具。90年代以后深井、超深井、易斜井、硬地层、水平井及大位移井在石油钻井中所占的比例越来越大，深井中遇到的硬地层和坚硬地层用常规单纯旋转钻进方法破岩效果差，钻进效率低，深井中的井斜问题也日益突出；在水平井和大位移钻井中，随着水平位移的增加，水平井的加压更为困难，钻具的损坏也更为严重，该项技术在石油钻井中再次得到人们的重视。美国和德国共同投资700万美元研究在石油钻井特别是在超深井中应用的旋冲钻井技术。德国一所大学的深井研究所从1987年开始在室内对旋冲钻井工具做了大量的仿真和性能测试工作，目前还在加紧研究这一技术在超深井中的应用。目前世界各国研制出的冲击器类型较多，按动力方式不同可分为液动、气动、电动、气液混合及机械作用等形式。在石油钻井或地质勘查领域研究应用最广泛的是液动和气动两种，其中，液动冲击器是以钻井液的液力为驱动介质，按照结构的不同又可分为阀式正作用、阀式反作用、阀式双作用(含活阀式和节流式)、射流式、射吸式等形式。这些冲击器的主要结构包括主要由活塞、弹簧、密封件、冲锤等部件构成的换向机构和主要由砧子、钻头等部件构成的能量传递机构等，而液动冲击器的换向动作是依靠钻井液驱动换向机构的阀件来实现的。我国早在1958年就开始研究和应用该项技术，八十年代后，旋冲钻井技术在地质岩芯钻探领域日趋成熟，已研制出射流式、射吸式、正作用式、双作用式和绳索取芯液动冲击器等五类二十余种冲击器，总进尺超过百万米，取得了很好的经济效益，钻进效率大幅提高，特别在硬地层钻进，平均机械钻速比旋转钻井钻速提高50% 100%。自1995年以来，德州石油钻井研究所通过近几年的研究和反复实践，取得了一定的成果，其设计制造的YSC-178型液动射流式冲击器在国内许多油田和地区进行了十余次入井试验，进尺1000多米，机械钻速平均提高30% 50%，最高达160%，首次将冲击器应用到4000米深的石油钻井深井中，冲击器易损件的寿命有了较大的提高。长庆石油管理局钻采工艺研究院设计了 CQS型液动正作用冲击器，在八口浅井中进行了试验，进一步验证了旋冲钻井在硬地层中提高机械钻速的优越性，但由于该种结构的冲击器内部结构有弹簧部件，弹簧的寿命决定了冲击器的寿命，其使用寿命较短，给推广应用造成了困难。1995年至今石油大学(北京)一直在研制新型液动冲击器，并在新疆塔里木盆地山前构造带上进行了多次试验，与旋转钻井相比机械钻速提高了 20% 60%。冲击器钻井技术不能广泛推广的重要原因之一是冲击器质量不过关，寿命还达不到所需要的时间，无法满足实际钻井的需要，几十年来该技术尚未进行普及性推广应用。现场应用证明，液动冲击器普遍存在两个无法克服的缺陷一是钻井液的冲蚀或其中的固相颗粒，使得开关阀件不能正常地实现规定的动作，要么工作不正常，要么不工作，且阀件寿命短，从而造成了整个冲击器性能不稳定，寿命短；二是振动频率和冲击力随着钻井液排量和泵压等因素的变化而变化，是一个随机变量，这种变化，无论对钻头设计(或选型)还是对岩层破碎做功的求解都很难做到与实际情况相符，冲击破岩效果不理想。气动冲击器是以空气为循环介质，工作原理与液动冲击器大同小异，因其无液体的冲蚀或固相颗粒的破坏，设计相对容易，且寿命和应用效果都优于液动冲击器，但仅限于空气钻井使用，应用范围局限太大。其它方式冲击器不能应用于石油钻井。中国专利授权公告号CN101581196B，授权公告日2012年I月11日，专利技术名称为“具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成”的专利，公开了 “一种具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，它具有传动轴及外体，外体与传动轴之间设有双向限位轴承，特点是，传动轴分为上传动轴和下传动轴两部分，对应于传动轴的外体也分为上外体和下外体两部分，在下外体与下传动轴之间的环形空腔内活动设有环形刚体冲击套和上启振座，环形刚体冲击套与上启振座连接为一体，在上启振座的顶端设有弹簧，弹簧的另一端与下外体的内顶壁相接，在环形刚体冲击套的下端设有冲击座，冲击座固定连接在下传动轴上，在上启振座与下传动轴之间、环形刚体冲击套与下传动轴之间设有启振装置，下传动轴的上端设有与其内腔相通的传压孔，传压孔的位置设在上启振座上方，间设有启振装置，其不仅保持了螺杆钻具原有的功能，还具有使用寿命长、可控频率、可控冲击力大小的液动冲击器功能，可以在任何井型的钻井施工中，大幅度提高钻头破岩效率，提 高钻井机械钻速，降低钻井施工成本。”该专利技术产生的冲击力仍然为瞬间产生，容易破坏钻头的切削齿，故对钻头和其他钻具的性能要求均较高。综上所述，旋冲钻井技术能显著提高破岩效率，但冲击器工作原理严重制约了该技术的进一步发展，限制了冲击破岩技术在钻井中的应用，有必要根据旋冲钻井提高破岩效率的原理，设计其他类工具替代目前的冲击器。“具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成”专利为拓宽螺杆钻具的应用范围，开辟冲击器研究新领域，提供了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种冲击式螺杆钻具，包括依次连接的旁通阀总成（1），马达总成（3），万向轴总成（4）和传动轴总成（6），其中，旁通阀总成（1）主要由阀体、阀芯、弹簧、筛板组成，马达总成（3）主要由定子壳体和转子组成，万向轴总成（4）主要由万向轴壳体和万向轴组成，传动轴总成（6）主要由传动轴壳体、中空的传动轴、推力轴承组和径向轴承组构成，其特征在于，所述传动轴总成（6）和万向轴总成（4）之间设有流量调节总成（5），该流量调节总成（5）的上端与万向轴连接，下端与传动轴连接。
【技术特征摘要】
1.一种冲击式螺杆钻具，包括依次连接的旁通阀总成(1)，马达总成(3)，万向轴总成(4)和传动轴总成(6 )，其中，旁通阀总成(I)主要由阀体、阀芯、弹簧、筛板组成，马达总成(3)主要由定子壳体和转子组成，万向轴总成(4)主要由万向轴壳体和万向轴组成，传动轴总成(6)主要由传动轴壳体、中空的传动轴、推力轴承组和径向轴承组构成，其特征在于，所述传动轴总成(6)和万向轴总成(4)之间设有流量调节总成(5)，该流量调节总成(5)的上端与万向轴连接，下端与传动轴连接。2.根据权利要求I所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，所述流量调节总成(5)主要由与万向轴连接的导流水帽(51)和与传动轴连接的流量调节筒(53)组成，其中，导流水帽(51)位于流量调节筒(53)内且与之活动连接；流量调节筒(53) —端面为平整面，另一端面为凹凸面，导流水帽(51)上设有导流孔(52)，该导流孔(52)的最低处与流量调节筒(53)的凹凸端面的最低处平齐，导流孔(52)的最高处高于流量调节筒(53)的凹凸端面的最闻处。3.根据权利要求2所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，所述流量调节筒(53)的凹凸端面为正弦端面。4.根据权利要求3所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，在所述旁通阀总成(I)的上端或者旁通阀总成(I)与马达总成(3)之间设有水力加压总成(2)。5.根据权利要求4所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，所述旁通阀总成(I)和水力加压总成(2 )之间还设有中空的钻杆(7 )。6.根据权利要求4所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，所述旁通阀总成(I)的上端设有两个以上依次连接的水力加压总成(2)。7.根据权利要求6所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，所述旁通阀总成(I)和水力加压总成(2)之间或者两个水力加压总成(2)之间还设有中空的钻杆(7)。8.根据权利要求4 7中任意一项所述的一种冲击式螺杆钻具，其特征在于，所述水力加压总成(2)主要由中空的芯轴(21)、上下相通的外壳(22)、密封环(23)、碟形弹簧组(24)和管塞(25)组成；所述芯轴(21)上端设有螺纹，下部位于外壳(22)内且中部与外壳(22)的上部内侧配合连接，芯轴(21)外侧的下部和中部之间设有台肩且下部壁厚为中部壁厚的1/3 1/2，下端通过螺纹与管塞(25)连接，碟形弹簧组(24)套接于管塞(25)与台肩之间的芯轴(21)下部，一组密封环(23 )位于芯...
【专利技术属性】
技术研发人员：董学成，熊继有，魏小梅，王国华，
申请(专利权)人：熊继有，魏小梅，
类型：发明
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。