一种钻井用旋冲螺杆钻具制造技术

本发明专利技术提供一种钻井用旋冲螺杆钻具，包括旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，传动轴总成包括万向轴总成壳体和万向轴，传动轴总成包括水帽和传动轴，万向轴、水帽和传动轴依次通过丝扣连接，水帽中心设有主输液孔，水帽侧面设有多个呈圆形阵列均匀分布并与主输液孔相贯通的水帽进液孔，传动轴中心设有与主输液孔下端相连通的液体输送通道；万向轴总成壳体内侧安装有阻流挡板，水帽进液孔转动到阻流挡板处时会被阻流挡板遮盖住，使水帽的总进液面积变小。本发明专利技术的有益效果是：该设计可周期性改变马达总成产生的扭力和转速，使马达能够产生持续扭力并伴随高频低幅扭转冲击震动传递给钻头，从而有避免出现钻头“卡‑滑”现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻井工具
，尤其是涉及一种钻井用旋冲螺杆钻具。
技术介绍
随着油气勘探开发的不断发展，油气田当中深井、超深井的比例占整个油气井的比例不断增加。但深井的地层岩石强度大、研磨性高、可钻性差，使钻具跳动严重，最终导致钻速慢、钻井周期长、钻井成本增加。另外，当钻头破岩能力不足时，吃入岩石的钻头瞬间停止转动，钻柱旋转直到钻头处积蓄的能量达到剪切破碎地层的临界值，此时钻头瞬间高速转动并释放钻柱能量，随后整个钻柱进入“卡-滑”循环。“卡-滑”现象的出现，直接引起无规律的震动，在PDC(PolycrystallineDiamondCompactbit)钻头齿上施加比平时高很多的冲击载荷，导致钻头过早失效，也会缩短BHA(bottomholeassembly)底部钻具组合的使用寿命，最终也会影响井身质量。研究表明可通过在进钻头端周期性的施加小幅高频的扭转冲击来辅助钻头提高破岩效率，能够有效缓解钻进过程中由于钻头或BHA的“卡-滑”现象造成的一系列问题。由此可见，如何研究出一种钻井用旋冲螺杆钻具，具有能够为PDC钻头提供稳定破岩动力并同时施加高频低幅扭转冲击震动的特点，从而显著降低钻头的“卡-滑”现象的发生概率，大幅提高机械钻速，延长钻头寿命，降低钻进成本，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种能够为PDC钻头提供稳定破岩动力同时施加高频低幅扭转冲击震动的钻井用旋冲螺杆钻具。本专利技术一种钻井用旋冲螺杆钻具，包括由上至下依次相连的旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。所述万向轴总成包括万向轴总成壳体和位于所述万向轴总成壳体内部并与其共轴线设置的万向轴，所述传动轴总成包括水帽和传动轴，所述万向轴、所述水帽和所述传动轴依次通过丝扣连接固定。所述水帽中心设有主输液孔，所述水帽侧面设有多个呈圆形阵列均匀分布并与所述主输液孔相贯通的水帽进液孔，所述水帽进液孔构成的圆形阵列、所述主进液孔均与所述水帽共轴线设置，所述传动轴中心开设有与所述主输液孔下端相连通的液体输送通道；工作时辅助钻井设备泥浆泵输出的泥浆由所述旁通阀总成进入再流经所述马达总成和所述万向轴总成并通过所述水帽进液孔进入到所述液体输送通道再到达钻具的钻头水眼内。所述万向轴总成壳体内侧安装有阻流挡板，所述阻流挡板与所述水帽进液孔的外端口位于同一水平高度，当所述水帽进液孔转动到所述阻流挡板处时会被所述阻流挡板遮盖住，使所述水帽的总进液面积变小。进一步地，所述水帽进液孔的数量为四个；所述阻流挡板宽度大于所述水帽进液孔的孔径且小于二倍孔径。进一步地，所述水帽的侧面为圆柱状，所述阻流挡板为一块带弧度的钢板，所述阻流挡板内侧弧面与所述水帽外侧边缘紧密贴合。进一步地，所述水帽进液孔沿所述主输液孔中心轴线向上倾斜设置，所述主输液孔与所述水帽进液孔之间的夹角为40-60°。进一步地，所述阻流挡板与所述水帽进液孔的接触面上涂有抗冲蚀磨损的防护涂层。本专利技术一种钻井用旋冲螺杆钻具，与现有技术相比具有以下优点：第一，该钻井用旋冲螺杆钻具中通过将水帽进液孔的数量设计为多个并呈圆形阵列均匀分布，水帽进液孔构成的圆形阵列、主进液孔均与水帽共轴线设置，传动轴中心开设有与主输液孔下端相连通的液体输送通道，可使阻流挡板周期性改变水帽的进液面积。由于钻具在工作时，泥浆等钻井液流经旁通阀进入马达总成中的马达，在马达进出口形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，因此利用这种周期性的改变可使马达压降和流经马达总成钻井液如泥浆等流速也发生相应周期性改变，进而周期性改变马达总成产生的扭力和转速。在钻进过程中利用这种有频率的扭力和转速改变使马达能够产生持续扭力并伴随高频低幅扭转冲击震动传递给钻头，从而大大降低钻头的“卡-滑”现象的发生概率，大幅提高机械钻速，延长钻头寿命，降低钻进成本。第二，该钻井用旋冲螺杆钻具中阻流挡板与水帽进液孔设于同一高度，则当阻流挡板的长度略大于水帽进液孔孔径即可满足遮蔽水帽进液孔、改变钻井液流速的目的，这样不仅使阻流挡板更为小巧从而降低其占用空间，还为钻具的安装与运行提供便利。为了进一步减小阻流挡板的体积，所以将水帽进液孔的数量设为四个，阻流挡板宽度大于水帽进液孔的孔径且小于二倍孔径。与此同时，这一设计还使得阻流挡板每次恰好遮蔽一个水帽进液孔，从而使钻井液流速周期性的减少四分之一，该减少量所产生的马达压降和钻井液流速较为明显，且这种变化周期更易于满足高频低幅扭转的要求，进而利于达到频率振幅大小更为合适的扭转冲击震动效果。第三，该钻井用旋冲螺杆钻具中为了降低阻流挡板对水帽旋转造成加大的阻力，所以将阻流挡板设为带弧度的钢板，并与板内侧弧面与水帽外侧圆柱面紧密贴合，由于所述两者曲率相同所以该设计能够降低相互之间磨损程度，同时因为接触面更加契合还可以强化阻流挡板的阻流能力。另外，通过在所述两者的接触面上涂覆抗冲蚀磨损的防护涂层可达到进一步降低磨损程度的目的，从而使水帽以及阻流挡板的使用寿命得以显著延长。第四，该钻井用旋冲螺杆钻具中为了使钻井液更加顺利的由万向轴总成进入水帽进液孔内，所以将水帽进液孔设计为沿主输液孔中心轴线向上倾斜的结构。将主输液孔与水帽进液孔之间的夹角为40-60°则是为了使更多数量的钻井液以更快的速度涌入水帽进液孔，从而提高钻井液的输送效率。附图说明图1为本专利技术沿自身中心轴线的纵向剖视意图；图2为本专利技术沿A-A线的横向剖视图。图中：1、旁通阀总成，2、防掉总成，3、马达总成，4、万向轴总成，5、传动总成，401、阻流挡板，402、万向轴总成壳体，501、水帽，502、水帽进液孔，503、传动轴。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行进一步的描述。图1中包括该钻具上半部分结构图a和下半部分结构图b。如图1-2所示，本专利技术为一种钻井用旋冲螺杆钻具，它由旁通阀总成1、防掉总成2、马达总成3、万向轴总成4、传动轴总成5组成。万向轴总成4中的万向轴与水帽501和传动轴503依次用丝扣连接。采用丝扣连接的目的是实现可拆卸连接并简化安装步骤，从而提高组装拆卸效率。在万向轴总成壳体402内侧安装有阻流挡板401与水帽进液孔502位置相对应。阻流挡板401与水帽进液孔502所接触面积有抗冲蚀磨损防护涂层，能够提高阻流挡板401的工作寿命。工作时，由钻井辅助设备泥浆泵输出作为钻井液的泥浆，这些泥浆流经旁通阀进入马达总成3中的马达，在马达进出口形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴503传递给钻头。泥浆流经马达总成3和万向轴总成4通过水帽进液孔502进入到传动轴503内部从而到达钻头水眼进行循环。之所以选用泥浆作为钻井液是因为泥浆具有适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层的特点。当每个水帽进液孔502转动到阻流挡板401处时会被遮盖住，此时水帽501的总进液面积会变小。利用阻流挡板401能够周期性的改变水帽501的进液面积，使马达压降和流经马达总成3钻井液流速改变，进而改变马达总成3产生的扭力和转速。在钻进过程中利用这种有频率的扭力和转速改变使马达能够产生持续扭力并伴随高频低幅扭转冲击震动传递给钻头。以上对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井用旋冲螺杆钻具，包括由上至下依次相连的旁通阀总成(1)、防掉总成(2)、马达总成(3)、万向轴总成(4)和传动轴总成(5)，其特征在于：所述万向轴总成(4)包括万向轴总成壳体(402)和位于所述万向轴总成壳体(402)内部并与其共轴线设置的万向轴，所述传动轴总成(5)包括水帽(501)和传动轴(503)，所述万向轴、所述水帽(501)和所述传动轴(503)依次通过丝扣连接固定；所述水帽(501)中心设有主输液孔，所述水帽(501)侧面设有多个呈圆形阵列均匀分布并与所述主输液孔相贯通的水帽进液孔(502)，所述水帽进液孔(502)构成的圆形阵列、所述主进液孔均与所述水帽(501)共轴线设置，所述传动轴(503)中心开设有与所述主输液孔下端相连通的液体输送通道；工作时循环冲洗介质钻井液由所述旁通阀总成(1)进入后流经所述马达总成(3)和所述万向轴总成(4)并通过所述水帽进液孔(502)进入到所述液体输送通道再到达钻具的钻头水眼内；所述万向轴总成壳体(402)内侧安装有阻流挡板(401)，所述阻流挡板(401)与所述水帽进液孔(502)的外端口位于同一水平高度，当所述水帽进液孔(502)转动到所述阻流挡板(401)处时会被所述阻流挡板(401)遮盖住，使所述水帽(501)的总进液面积变小。...

【技术特征摘要】
1.一种钻井用旋冲螺杆钻具，包括由上至下依次相连的旁通阀总成(1)、防掉总成(2)、马达总成(3)、万向轴总成(4)和传动轴总成(5)，其特征在于：所述万向轴总成(4)包括万向轴总成壳体(402)和位于所述万向轴总成壳体(402)内部并与其共轴线设置的万向轴，所述传动轴总成(5)包括水帽(501)和传动轴(503)，所述万向轴、所述水帽(501)和所述传动轴(503)依次通过丝扣连接固定；所述水帽(501)中心设有主输液孔，所述水帽(501)侧面设有多个呈圆形阵列均匀分布并与所述主输液孔相贯通的水帽进液孔(502)，所述水帽进液孔(502)构成的圆形阵列、所述主进液孔均与所述水帽(501)共轴线设置，所述传动轴(503)中心开设有与所述主输液孔下端相连通的液体输送通道；工作时循环冲洗介质钻井液由所述旁通阀总成(1)进入后流经所述马达总成(3)和所述万向轴总成(4)并通过所述水帽进液孔(502)进入到所述液体输送通道再到达钻具的钻头水眼内；所述万向轴总成壳体(402)内侧安装有阻流挡板(401)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆晨，骆建忆，
申请(专利权)人：天津市高原瑞丰工贸有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12