具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成制造技术

本实用新型专利技术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、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连为一体的环形刚体冲击套和上启振座，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，本实用新型专利技术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。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及石油钻井和地质勘查钻井用液动冲击器和螺杆钻具
，具体地讲是一种具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成。
技术介绍
螺杆钻具是目前在全世界范围内业已成熟的石油钻井或地质勘查钻井井下动力 钻具，是定向井钻井和复合钻井的必备工具，其型号和种类繁多，但原理和构成基本相同， 钻井速度也天致一样。如何提高钻井速度是目前世界各国正在研究的技术难题。 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转冲击 钻井技术(简称旋冲钻井)概念，并进行了大量的技术研究和现场应用。业已证明，旋冲钻 井可以大幅度提高钻井的机械钻速(每小时钻头钻进地层的米数称为机械钻速)，具有广 泛的应用价值。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。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。液动冲击器是以液力(钻井液)为驱动介质，按照结 构的不同可分为阀式正作用、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换向机构(活塞、弹簧、密封件、冲锤)及能量传递 机构(砧子、钻头)等。现场应用证明，由于液动冲击器的换向动作是依靠液体(钻井液) 驱动换向机构(阀件)来实现的，故普遍存在两大致命的缺陷，一是液体(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 着液体(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)还是对岩层破碎功的求解都很难做到与实际情况相符，现场应用也充分 证明了这个事实，冲击破岩效果不明显。因此，多年来该技术尚未进行普及性推广应用，仍 处于技术研发和完善阶段。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，应用范围受限。其它方式冲击器(或振击器)仅限于地面 或地表使用，不能应用于石油钻井或地质勘查钻井使用，故不赘述。 现有的液动冲击器工作原理严重制约了技术的进一步发展，限制了冲击破岩技术 在钻井中的应用，而传统螺杆钻具单一的功能，也限制了其应用规模的扩大和领域的拓宽。 如果能将二者功能合二为一，既增加了液动冲击器的寿命、可控性和效果性，又推动了螺杆 钻具在钻井中的规模化应用与技术的进步，技术发展前景应该十分广阔。
技术实现思路
本技术的目的旨在克服已有技术存在的缺陷，为石油勘探开发钻井、非石油 资源勘查和开采钻井用螺杆钻具提供一种具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，使现有的 各型号和规格的螺杆钻具，连接本技术后，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。 本技术的技术方案是一种具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，它具有传 动轴，在传动轴外侧设有外体，外体与传动轴之间设有双向限位轴承，在传动轴的上端连接 有过水连接短节，过水连接短节上设有过水孔与传动轴内的空腔相通，特点是，传动轴分为 上传动轴和下传动轴两部分，上传动轴与下传动轴为活动连接，对应于传动轴，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。 所述设在上启振座与下传动轴之间的启振装置包括下启振座，下启振座与上启振座的位置相对应并固定连接在下传动轴上，在上启振座与下启振座接触的端面上沿周向平面对应的分别设置N个等分等高度等斜度的斜面，2。其中，为了提高斜面的耐磨强度及延长其耐磨寿命，在斜面上可以烧结上硬质合金材料，或者在下启振座的斜面上设置滚珠槽，滚珠槽内安装上滚珠，滚珠的直径要略大于滚珠槽的深度，即滚珠凸出于斜面表面，以减小工作时的斜面摩阻力。 所述设在环形刚体冲击套与下传动轴之间的启振装置包括在下传动轴本体上沿周向同一横截面上设置M个等分等螺旋角的轨道槽，M > 2，在环形刚体冲击套上设置轴孔，轴孔内设有固定螺栓，固定螺栓顶部设有活动钢球，钢球的顶部位于下传动轴上的轨道槽内。 为了上启振座和环形刚体冲击套轴向移动更加灵活，限制周向运动，在环形刚体冲击套和上启振座与下外体之间还可以设有轴向滑动支撑装置。所述的轴向滑动支撑装置可以是在下外体内表面上设有滑道槽，对应的在环形刚体冲击套及上启振座的外表面上设有滚珠槽，滑道槽及滚珠槽内安装有滚珠，或者对应的在环形刚体冲击套及上启振座的外表面上设有滑套孔，滑套孔内固定设有销轴，在销轴上套装滑套，滑套的顶端插装在下外体上的滑道槽内。 本技术的工作原理是，当螺杆钻具的万向轴转动时，下传动轴同步转动，带动 环形刚体冲击套到启振面的上死点位置，旋转到一定角度后，环形刚体冲击套在自身重力、 弹簧力以及传压孔传递的液压力的作用下，从上死点位置瞬间向下冲击冲击座，冲击座将 冲击力通过下传动轴传递给钻头。如此往返，下传动轴每转动一圈，环形刚体冲击套就上 下冲击若干次，形成固定频率的冲击力，从而使钻头边旋转边冲击岩层，达到快速破岩的目 的。 本技术与现有的液动冲击器和螺杆钻具相比，具有的优点是 1、冲击器上行动作是依靠机械的方式实现的，无密封件，无液压开关阀件，可靠性强，动作连续，寿命长； 2、冲击力大小可通过调整钻头上的喷嘴直径、弹簧力、启振高度和环形刚体冲击套重量来调节，满足不同型号钻头和地层对冲击力大小的要求； 3、冲击频率可通过调整启振装置上的启振面几何形状和数量来调节，针对不同的地层优选出最佳的振动频率； 4、增加了现有螺杆钻具的功能，且不影响原有的性能，拓宽了螺杆钻具的应用范围； 5、推动了螺杆钻具向大扭矩、长寿命、多功能方向发展，开辟了液动冲击器研究新领域，将旋冲钻井技术的应用推向了新的高潮，促进了冲击破岩机理的深层次研究，对钻井技术具有划时代的意义。 以下结合附图及实施例对本技术进行详细地解释说明。附图说明本技术的结构示意图图1-图2. 1-本技术的一种启振装置结构示意图2. 2-图2. 1的A向视图3. 1-本技术的另一种启振装置结构示意图；图3. 2-图3. 1的B向视图4. 1-本技术的第三种启振装置结构示意图；图4. 2-图4. 1的C-C剖视图;图4. 3-本技术第三种启振装置的下传动轴上的轨道槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，它具有传动轴，在传动轴外侧设有外体，外体与传动轴之间设有双向限位轴承，在传动轴的上端连接有过水连接短节（１），过水连接短节（１）上设有过水孔（Ｃ）与传动轴内的空腔相通，其特征是，传动轴分为上传动轴（５）和下传动轴（１２）两部分，上传动轴（５）与下传动轴（１２）为活动连接，对应于传动轴，外体也分为上外体（２）和下外体（３）两部分，在下外体（３）与下传动轴（１２）之间的环形空腔内活动设有环形刚体冲击套（１１）和上启振座（９），环形刚体冲击套（１１）与上启振座（９）连接为一体，在上启振座（９）的顶端设有弹簧（７），弹簧（７）的另一端与下外体（３）的内顶壁相接，在环形刚体冲击套（１１）的下端设有冲击座（１３），冲击座（１３）固定连接在下传动轴（１２）上，在上启振座（９）与下传动轴（１２）之间、环形刚体冲击套（１１）与下传动轴（１２）之间设有启振装置，下传动轴（１２）的上端设有与其内腔相通的传压孔（Ｂ），传压孔（Ｂ）的位置设在上启振座（９）上方。

【技术特征摘要】
一种具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，它具有传动轴，在传动轴外侧设有外体，外体与传动轴之间设有双向限位轴承，在传动轴的上端连接有过水连接短节(1)，过水连接短节(1)上设有过水孔(C)与传动轴内的空腔相通，其特征是，传动轴分为上传动轴(5)和下传动轴(12)两部分，上传动轴(5)与下传动轴(12)为活动连接，对应于传动轴，外体也分为上外体(2)和下外体(3)两部分，在下外体(3)与下传动轴(12)之间的环形空腔内活动设有环形刚体冲击套(11)和上启振座(9)，环形刚体冲击套(11)与上启振座(9)连接为一体，在上启振座(9)的顶端设有弹簧(7)，弹簧(7)的另一端与下外体(3)的内顶壁相接，在环形刚体冲击套(11)的下端设有冲击座(13)，冲击座(13)固定连接在下传动轴(12)上，在上启振座(9)与下传动轴(12)之间、环形刚体冲击套(11)与下传动轴(12)之间设有启振装置，下传动轴(12)的上端设有与其内腔相通的传压孔(B)，传压孔(B)的位置设在上启振座(9)上方。2. 根据权利要求1所述的具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，其特征是，所述设在 上启振座(9)与下传动轴(12)之间的启振装置包括下启振座(IO)，下启振座(10)与上启 振座(9)的位置相对应并固定连接在下传动轴(12)上，在上启振座(9)与下启振座(10) 接触的端面上沿周向平面对应的分别设置N个等分等高度等斜度的斜面(23)，N> 2。3. 根据权利要求2所述的具有冲击功能的螺杆钻具传动轴总成，其特征是，在所述斜 面(23)上设有硬质合金材...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，李小楠，李泊静，
申请(专利权)人：李鹏飞，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]