扭转冲击钻井装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扭转冲击钻井装置，包括钻头和与钻头连接的用于为钻头提供破坏岩层的冲击扭矩的高频扭转冲击机构，所述高频扭转冲击机构内包括射流换向元件和旋转冲击件，进入所述高频扭转冲击机构的流体的液压能经过射流换向元件后转化为旋转冲击件的往复周向高频低幅旋转冲击作用于钻头上。该装置结构更简单、易损件更少从而能够更好地提高机械钻速和延长钻头的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钻井施工
，具体涉及一种通过旋转剪切进行钻井的扭转冲击钻井装置，该扭转冲击钻井装置尤其可用于石油钻井、地质勘探、水文水井和地热等领域的钻井井下施工。
技术介绍
石油钻井过程中使用PDC钻头(聚晶金刚石复合片钻头)钻一些难钻地层(例如钻井阻力大的硬地层)时，PDC钻头经常得不到足够大的扭矩来破碎地层，导致钻头短时间内停止旋转。与此同时钻柱在井口转盘的驱动下仍然继续旋转并开始卷绕，沿钻柱长度储存扭转能量。当破碎地层所需要的扭矩值一旦达到，钻柱上储存的扭转能量瞬间释放，驱动PDC钻头快速旋转，其结果必然使得对PDC钻头切削齿的冲击载荷要远大于正常值，引起切削齿破损，从而导致钻头损坏。另外，下部钻柱快速旋转，相对于上部钻柱具有更高的转速，极易引发钻柱螺纹倒扣，导致下部钻柱脱扣掉井，造成钻井事故的发生。以上过程反复出现即发生所谓的粘滑振动现象。在钻探过程中，粘滑振动频率越高，对PDC钻头的冲击破坏越大，不仅缩短PDC钻头的正常使用寿命、影响钻探速度的提高，而且增加钻探施工成本，造成安全隐患。国内外研究表明，在常规PDC钻头上部安装一个扭转冲击发生器，在钻井的同时不断给钻头施加周向冲击载荷，可以大大减少粘滑振动，显著提高机械钻速和钻头寿命。现有技术中公开了一种通过螺杆马达驱动冲击锤来产生扭转冲击的扭转冲击发生器。但由于需要将冲击锤、由螺杆马达定子和螺杆马达转子构成的螺杆马达以及用于连接螺杆马达与冲击锤的连接组件等均设在壳体内来形成该扭转冲击发生器，导致该扭转冲击发生器的内部结构复杂、易损件多的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是，提供一种结构更简单、易损件更少从而能够更好地提高机械钻速和延长钻头的使用寿命的扭转冲击钻井装置。针对该问题的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的扭转冲击钻井装置，包括钻头和与钻头连接的用于为钻头提供破坏岩层的冲击扭矩的高频扭转冲击机构，所述高频扭转冲击机构内包括射流换向元件和旋转冲击件，进入所述高频扭转冲击机构的流体的液压能经过射流换向元件后转化为旋转冲击件的往复周向高频低幅旋转冲击作用于钻头上。与现有技术相比，本专利技术的扭转冲击钻井装置具有以下优点。通过旋转冲击件产生的高频往复周向高频低幅旋转冲击来消除钻头旋转切削过程中的粘滑振动现象，从而能提高机械钻速。而且包括的部件更少，结构也更简单。尤其是采用的射流换向元件内部没有运动部件而是通过射流来换向，简化了结构，也减少了易损件，工作可靠性高。因此，该高频扭转冲击机构能够更好地为钻头提供稳定的高频低幅旋转冲击，不仅能更好地克服地层的剪切阻力，从而能更好地提高机械钻速。另外，由于克服了粘滑现象，不容易出现钻头卡滞和导致钻头的切削齿被损坏的现象，保护了钻头，因此也就能延长钻头的使用寿命。在一个实施例中，所述高频扭转冲击机构还包括上接头、砧子以及连接上接头和砧子的外筒，其中，所述射流换向元件设在外筒内，所述旋转冲击件的上端连接在外筒内且承接射流换向元件流出的液压能，所述旋转冲击件的下端连接在站子内，通过所述旋转冲击件将液压能转化为作用在与砧子连接的钻头上的高频旋转冲击。在这种结构中，上接头的上端通过螺纹连接钻柱，上接头的下端与外筒的上端通过螺纹固定连接。另外，外筒的下端又与砧子的下端外周部分形成无相对转动的连接。还有，砧子的下端通过内螺纹连接roc钻头。这样的结构，使得能够保证效率地将高频扭转冲击机构的高频低幅旋转冲击扭矩传递给钻头。因此，能够更好地保证机械钻速和保护钻头。在一个实施例中，所述旋转冲击件包括摆动杆和冲击锤,所述摆动杆的上端连接在外筒内的流体驱动腔内，所述摆动杆的下端与冲击锤无相对转动地连接，所述冲击锤位于砧子内的腔体中。通过流体驱动腔内的流体压力驱动摆动杆往复摆动。摆动杆又将摆动传递给冲击锤，通过冲击锤将旋转冲击经砧子传递给PDC钻头。这样的结构，零部件以及运动部件均相对比较少，易损件更少，因此能保证本专利技术的扭转冲击钻井装置的使用寿命。在一个实施例中，所述外筒内设有:分流压盖，其设在上接头和射流换向元件之间，其内设有用于连通上接头的流道和射流换向元件的流道的通道；上缸盖，其设在射流换向元件和摆动杆之间，其内设有用于连通射流换向元件的流道和流体驱动腔的内流道；和缸体，其设在外筒内且位于上缸盖下，并与上缸盖和旋转冲击件的摆动杆形成驱动摆动杆旋转的流体驱动腔，所述流体驱动腔与上缸盖的内流道连通。该分流压盖的流道决定了经过该分流压盖的流体的流量，通过设计分流压盖的流道尺寸，可以确定冲击载荷的大小。在一个优选的实施例中，所述射流换向元件的流道包括进液流道和出液流道，所述上缸盖的内流道包括进液内流道和出液内流道，所述流体驱动腔被旋转冲击件的摆动杆分成进液腔和回液腔；流入的流体依次经所述分流压盖的通道、射流换向元件的进液流道、上缸盖的进液内流道进入进液腔，所述出液腔内的流体经上缸盖的出液内流道和射流换向元件的出液流道流出。通过确定流体的流动路径和缩短流体流经的路径，可以减少流体的压力损耗。在一个优选的实施例中，所述摆动杆为双叶摆动杆，在工作时所述双叶摆动杆将流体驱动腔分成两个进液腔和两个回液腔。这样的结构能量转化的效率更高，从而可以充分利用流体的液压能。在一个优选的实施例中，所述射流换向元件内仅设置有流道，所述流道构造成:在旋转冲击件的冲击锤撞击设于高频扭转冲击机构的砧子的工作止点，所述射流换向元件所在的流体驱动腔内的瞬间高背压切换流体输出方向从而使得所述旋转冲击件的摆动杆形成往复摆动。该射流换向元件内不设置运动部件，仅通过流道的设计以及流体驱动腔与摆动杆的配合来实现换向，因此，能够减少零部件，简化结构，提高使用寿命，保证工作可靠性。在一个优选的实施例中，所述射流换向元件包括人字形的流道，在人字形的流道的两侧分支流道上分别连接有向上延伸的出口，在人字形的流道的主干流道的两侧分别设有用于信号连接的信号分支通道。该人字形的流道的两侧分支中的一侧分支形成进液流道，另一侧则形成回液流道，然后流体通过与回液通道连接的出口流出。这种结构设计合理，而且相对比较容易控制。在一个优选的实施例中，所述外筒的下端和所述砧子的下端的外周部设有相互配合的牙嵌式结构，所述外筒和砧子通过牙嵌式结构和联接钢球联接在一起。这里的联接钢球用于传递钻压以及承受轴向压力。牙嵌式结构则主要用于传递钻具扭矩。在一个实施例中，在所述分流压盖和所述上接头之间设有调整垫。通过调整该调整垫的厚度可以实现调整垫、分流压盖、射流换向元件、上缸盖和缸体的轴向压紧，实现相邻各部件端面之间的密封，尽量避免流道及腔体的泄漏。【附图说明】图1所示是本专利技术的扭转冲击钻井装置的高频扭转冲击机构的一种具体实施例。图2所示是图1中的高频扭转冲击机构中的外筒和砧子连接的一种结构示意图。图3所示是图1中的A-A剖视图。图4所示是图1中的B-B剖视图。图5所示是图1中的C-C剖视图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。在本专利技术的实施例中，该扭转冲击钻井装置包括钻头和与钻头连接的高频扭转冲击机构12。在一个实施例中，如图1所示,该高频扭转冲击机构12主要包括三个部分:上接头1、外筒2和砧子10。该上接头I的上端通过螺纹连接钻柱，其下端通过外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扭转冲击钻井装置，包括钻头和与钻头连接的用于为钻头提供破坏岩层的冲击扭矩的高频扭转冲击机构，所述高频扭转冲击机构内包括射流换向元件和旋转冲击件，进入所述高频扭转冲击机构的流体的液压能经过射流换向元件后转化为旋转冲击件的往复周向高频低幅旋转冲击作用于钻头上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王甲昌，牛新明，陶兴华，孙明光，张仁龙，张海平，索忠伟，马东军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11