一种偏心式扭转冲击钻具制造技术

本发明专利技术公开了一种偏心式扭转冲击钻具，主要由冲击短节、壳体、密封圈、防掉块、堵头、弹簧、锁紧块、冲击锤、传动轴、推力球轴承、涡轮定子、涡轮转子、定子压帽、转子压帽和转换接头组成，其特征在于所述传动轴的上端设有上部圆柱，其下端设有下部圆柱，上部圆柱和下部圆柱的中心轴不重合；所述传动轴设有中部圆盘且传动轴的上部圆柱的中心轴与中部圆盘的中心轴重合；所述冲击锤为等截面块状体，冲击锤上设有轴向传动圆孔；当将所述冲击锤装于下部圆柱上时，二者的形心轴不重合，即冲击锤绕下部圆柱的中心轴的转动为偏心转动。本发明专利技术结构简单，由冲击锤与扇形凸块形成的冲击单元不易损坏，可形成用于提高破岩效率的周期性扭矩脉冲。

An eccentric torsional percussion drilling tool

The invention discloses an eccentric torsion impact drill tool, which is mainly composed of impact knuckle, shell, sealing ring, anti-drop block, plug, spring, locking block, impact hammer, drive shaft, thrust ball bearing, turbine stator, turbine rotor, stator pressure cap, rotor pressure cap and transfer joint, and is characterized by the transmission shaft. The upper end is provided with an upper cylinder, the lower end is provided with a lower cylinder, and the central axis of the upper cylinder and the lower cylinder does not coincide; the driving shaft is provided with a middle disc and the central axis of the upper cylinder of the driving shaft coincides with the central axis of the middle disc; the impact hammer is a block of equal cross-section, and the impact hammer is provided with an axial transmission circular hole; When the impact hammer is mounted on the lower cylinder, the two shafts do not coincide, that is, the rotation of the impact hammer around the central axis of the lower cylinder is eccentric rotation. The invention has simple structure, and the impact unit formed by the impact hammer and the fan-shaped convex block is not easy to be damaged, and can form periodic torque pulse for improving the rock breaking efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种偏心式扭转冲击钻具
本专利技术涉及一种钻井工具，特别是一种针对硬地层钻井提速的扭转冲击钻井工具，属于机械工程或钻井工程

技术介绍
石油天然气与人们的日常生活和工业生产息息相关。随着国民经济的快速发展，全世界对于油气资源的消耗也在不断增加。当前，我国国内原油产量已连续多年下降，对外依存度超过石油安全极限。尽管如此，但我国依然具有较大的石油剩余开采量，面对能源危机加剧的局面，加速我国油气资源的开发显得必要而紧迫。随着油气开采的不断进行，浅层油气资源不断减少，深层油气资源勘探开发成为我国中长期油气资源发展的重要组成部分。然而，深部地层由于地层年代久远且承受较大的地应力，普遍存在岩石强度和硬度高、可钻性差等问题，使得深井段的机械钻速普遍较低。将冲击应用于深部地层的岩石破碎从而提高破岩效率是近年来国际上常用的钻井提速技术。近年来，国内外开发了扭转冲击钻井技术，且大量现场应用案例证明了该技术用于提高深部地层破岩效率的先进性。因此，国内外众多研究单位均开展关于扭转冲击钻具设计、扭转冲击提速机理研究等方面的研究。专利US6742609B2、CN101463709B、CN201554363U、CN201778652U等所报道的结构主要通过棘轮结构形成冲击，其缺点在于棘轮式结构比较脆弱，撞击处容易出现磨损或断裂。专利US7096980B2、CN103628819B、CN102454346B等所报道的结构则主要通过不同压力腔道的液体驱动冲击锤撞击冲击短节，其缺点在于零件间的摩擦阻力问题及工具的密封问题。基于现有技术存在的问题，提出一种新型的扭转冲击钻具结构从而用于深部地层的岩石破碎，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服上述难点，特提出一种偏心式扭转冲击钻具，用于提高深部地层或研磨性地层的钻井效率。为达到上述目的，本专利技术解决此技术问题采用的技术方案是：一种偏心式扭转冲击钻具，主要由冲击短节、壳体、密封圈、防掉块、堵头、弹簧、锁紧块、冲击锤、传动轴、推力球轴承、涡轮定子、涡轮转子、定子压帽、转子压帽和转换接头组成，其特征在于所述冲击短节上端的内侧设有扇形空腔和扇形凸块，扇形空腔用于安放冲击锤，扇形凸块用于承受冲击锤的撞击；所述冲击短节的中部设有与扇形空腔连通的内孔，其中部外侧设有安放防掉块的冲击短节凹槽，其下端内部设有与钻头连接的冲击短节螺纹，其下端外部设有与壳体耦合的冲击短节花键；所述壳体下端设有与冲击短节耦合的壳体花键，在壳体内壁的壳体花键上端设有用于防掉块作用的壳体凹槽；所述传动轴的上端设有上部圆柱，其下端设有下部圆柱，上部圆柱和下部圆柱的中心轴不重合；所述传动轴设有中部圆盘且传动轴的上部圆柱的中心轴与中部圆盘的中心轴重合，传动轴的中部圆盘上设有沿其轴线方向的过流通孔；所述冲击锤为等截面块状体，冲击锤上设有轴向传动圆孔；当将所述冲击锤装于下部圆柱上时，二者的形心轴不重合，即冲击锤绕下部圆柱的中心轴的转动为偏心转动；所述冲击短节的顶端与传动轴的中部圆盘间设有推力球轴承；所述壳体内壁中部设有支承台阶，涡轮定子安放于壳体内壁的支承台阶上并通过定子压帽压紧；所述传动轴的上部圆柱穿过涡轮转子，涡轮转子通过转子压帽压紧固定于传动轴上；所述转换接头下端与壳体连接，上端与钻铤或动力钻具连接；当所述传动轴安装于壳体内时，传动轴的上部圆柱和中部圆盘的中心轴均与壳体的中心轴重合；当钻井液由转换接头进入钻具时，涡轮转子带动传动轴转动，使得传动轴的下部圆柱绕壳体的中心轴做公转运动，下部圆柱带动冲击锤转动，偏心转动的冲击锤远离轴向传动圆孔的部分撞击扇形凸块，在冲击力作用下冲击锤绕下部圆柱高速转动并使冲击锤远离轴向传动圆孔的部分避开扇形凸块的阻碍，当冲击锤绕过扇形凸块后由于其绕下部圆柱的偏心转动以及下部圆柱绕钻具中心轴公转运动的共同作用，偏心转动的冲击锤远离轴向传动圆孔的部分在离心力的作用下再次远离钻具形心轴并为下一次撞击扇形凸块作准备；所述传动轴在涡轮转子的驱动下作周期转动，使得冲击锤在扭转方向周期性地撞击冲击短节上的扇形凸块，从而形成周期性的扭矩脉冲并经冲击短节传至钻头。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：（1）本扭转冲击钻具通过冲击锤绕下部圆柱的偏心转动以及下部圆柱绕钻具中心轴公转运动的共同作用，使冲击锤在扭转方向周期性地撞击冲击短节上的扇形凸块，从而形成周期性的扭矩脉冲并经冲击短节传至钻头；（2）根据钻井现场对冲击频率的要求，可改变本结构中的涡轮类型或型号从而改变冲击频率，也可在冲击短节上方增加扇形凸块的数量从而使得传动轴每转动一圈均可形成多次撞击；本结构简单、无电子元件，对钻柱结构的影响较小。附图说明图1为本专利技术一种偏心式扭转冲击钻具的结构示意图；图2为本专利技术一种偏心式扭转冲击钻具的冲击短节的结构示意图；图3为本专利技术一种偏心式扭转冲击钻具的壳体的半剖示意图；图4为本专利技术一种偏心式扭转冲击钻具的冲击锤的结构示意图；图5为本专利技术一种偏心式扭转冲击钻具的传动轴的结构示意图；图6为图1的A-A剖面示意图；图7为图1的B-B剖面示意图，其中传动轴的下部圆柱驱动的冲击锤在与扇形凸块撞击后恢复离心运动状态；图8为图1的B-B剖面示意图，其中传动轴的下部圆柱转至扇形凸块对面且冲击锤做离心运动；图9为图1的B-B剖面示意图，其中传动轴的下部圆柱由远离扇形凸块变为靠近扇形凸块状态且冲击锤做离心运动；图10为图1的B-B剖面示意图，其中冲击锤处于撞击扇形凸块的位置；图11为图1的B-B剖面示意图，其中冲击锤处于撞击扇形凸块后反弹的位置；图12为图1的C-C剖面示意图；图13为图1的D-D剖面示意图。图中：1.冲击短节，101.扇形空腔，102.扇形凸块，103.内孔，104.冲击短节凹槽，105.冲击短节螺纹，106.冲击短节花键，2.壳体，201.壳体花键，202.壳体凹槽，203.支承台阶，3.密封圈，4.防掉块，5.堵头，6.弹簧，7.锁紧块，8.冲击锤，801.轴向传动圆孔，9.传动轴，901.上部圆柱，902.下部圆柱，903.中部圆盘，904.过流通孔，10.推力球轴承，11.涡轮定子，12.涡轮转子，13.定子压帽，14.转子压帽，15.转换接头。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1-图13所示，一种偏心式扭转冲击钻具，主要由冲击短节1、壳体2、密封圈3、防掉块4、堵头5、弹簧6、锁紧块7、冲击锤8、传动轴9、推力球轴承10、涡轮定子11、涡轮转子12、定子压帽13、转子压帽14和转换接头15组成，其特征在于所述冲击短节1上端的内侧设有扇形空腔101和扇形凸块102，扇形空腔101用于安放冲击锤8，扇形凸块102用于承受冲击锤8的撞击；所述冲击短节1的中部设有与扇形空腔101连通的内孔103，其中部外侧设有安放防掉块4的冲击短节凹槽104，其下端内部设有与钻头连接的冲击短节螺纹105，其下端外部设有与壳体2耦合的冲击短节花键106；所述壳体2下端设有与冲击短节1耦合的壳体花键201，在壳体2内壁的壳体花键201上端设有用于防掉块4作用的壳体凹槽202；所述传动轴9的上端设有上部圆柱901，其下端设有下部圆柱902，上部圆柱901和下部圆柱902的中心轴不重合；所述传动轴9设有中部圆盘903且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏心式扭转冲击钻具，主要由冲击短节（1）、壳体（2）、密封圈（3）、防掉块（4）、堵头（5）、弹簧（6）、锁紧块（7）、冲击锤（8）、传动轴（9）、推力球轴承（10）、涡轮定子（11）、涡轮转子（12）、定子压帽（13）、转子压帽（14）和转换接头（15）组成，其特征在于所述冲击短节（1）上端的内侧设有扇形空腔（101）和扇形凸块（102），扇形空腔（101）用于安放冲击锤（8），扇形凸块（102）用于承受冲击锤（8）的撞击；所述冲击短节（1）的中部设有与扇形空腔（101）连通的内孔（103），其中部外侧设有安放防掉块（4）的冲击短节凹槽（104），其下端内部设有与钻头连接的冲击短节螺纹（105），其下端外部设有与壳体（2）耦合的冲击短节花键（106）；所述壳体（2）下端设有与冲击短节（1）耦合的壳体花键（201），在壳体（2）内壁的壳体花键（201）上端设有用于防掉块（4）作用的壳体凹槽（202）；所述传动轴（9）的上端设有上部圆柱（901），其下端设有下部圆柱（902），上部圆柱（901）和下部圆柱（902）的中心轴不重合；所述传动轴（9）设有中部圆盘（903）且传动轴（9）的上部圆柱（901）的中心轴与中部圆盘（903）的中心轴重合，传动轴（9）的中部圆盘（903）上设有沿其轴线方向的过流通孔（904）；所述冲击锤（8）为等截面块状体，冲击锤（8）上设有轴向传动圆孔（801）；当将所述冲击锤（8）装于下部圆柱（902）上时，二者的形心轴不重合，即冲击锤（8）绕下部圆柱（902）的中心轴的转动为偏心转动；所述冲击短节（1）的顶端与传动轴（9）的中部圆盘（903）间设有推力球轴承（10）；所述壳体（2）内壁中部设有支承台阶（203），涡轮定子（11）安放于壳体（2）内壁的支承台阶（203）上并通过定子压帽（13）压紧；所述传动轴（9）的上部圆柱（901）穿过涡轮转子（12），涡轮转子（12）通过转子压帽（14）压紧固定于传动轴（9）上；所述转换接头（15）下端与壳体（2）连接，上端与钻铤或动力钻具连接；当所述传动轴（9）安装于壳体（2）内时，传动轴（9）的上部圆柱（901）和中部圆盘（903）的中心轴均与壳体（2）的中心轴重合；当钻井液由转换接头（15）进入钻具时，涡轮转子（12）带动传动轴（9）转动，使得传动轴（9）的下部圆柱（902）绕壳体（2）的中心轴做公转运动，下部圆柱（902）带动冲击锤（8）转动，偏心转动的冲击锤（8）远离轴向传动圆孔（801）的部分撞击扇形凸块（102），在冲击力作用下冲击锤（8）绕下部圆柱（902）高速转动并使冲击锤（8）远离轴向传动圆孔（801）的部分避开扇形凸块（102）的阻碍，当冲击锤（8）绕过扇形凸块（102）后由于其绕下部圆柱（902）的偏心转动以及下部圆柱（902）绕钻具中心轴公转运动的共同作用，偏心转动的冲击锤（8）远离轴向传动圆孔（801）的部分在离心力的作用下再次远离钻具形心轴并为下一次撞击扇形凸块（102）作准备；所述传动轴（9）在涡轮转子（12）的驱动下作周期转动，使得冲击锤（8）在扭转方向周期性地撞击冲击短节（1）上的扇形凸块（102），从而形成周期性的扭矩脉冲并经冲击短节（1）传至钻头。...

【技术特征摘要】
1.一种偏心式扭转冲击钻具，主要由冲击短节（1）、壳体（2）、密封圈（3）、防掉块（4）、堵头（5）、弹簧（6）、锁紧块（7）、冲击锤（8）、传动轴（9）、推力球轴承（10）、涡轮定子（11）、涡轮转子（12）、定子压帽（13）、转子压帽（14）和转换接头（15）组成，其特征在于所述冲击短节（1）上端的内侧设有扇形空腔（101）和扇形凸块（102），扇形空腔（101）用于安放冲击锤（8），扇形凸块（102）用于承受冲击锤（8）的撞击；所述冲击短节（1）的中部设有与扇形空腔（101）连通的内孔（103），其中部外侧设有安放防掉块（4）的冲击短节凹槽（104），其下端内部设有与钻头连接的冲击短节螺纹（105），其下端外部设有与壳体（2）耦合的冲击短节花键（106）；所述壳体（2）下端设有与冲击短节（1）耦合的壳体花键（201），在壳体（2）内壁的壳体花键（201）上端设有用于防掉块（4）作用的壳体凹槽（202）；所述传动轴（9）的上端设有上部圆柱（901），其下端设有下部圆柱（902），上部圆柱（901）和下部圆柱（902）的中心轴不重合；所述传动轴（9）设有中部圆盘（903）且传动轴（9）的上部圆柱（901）的中心轴与中部圆盘（903）的中心轴重合，传动轴（9）的中部圆盘（903）上设有沿其轴线方向的过流通孔（904）；所述冲击锤（8）为等截面块状体，冲击锤（8）上设有轴向传动圆孔（801）；当将所述冲击锤（8）装于下部圆柱（902）上时，二者的形心轴不重合，即冲击锤（8）绕下部圆柱（902）的中心轴的转动为偏心转动；所述冲击短节...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤历平，王成涛，祝效华，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51