[实用新型]将钻柱纵向振动转化为钻头扭转冲击的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于钻井工程领域，尤其涉及一种应用于石油、天然气钻井作业中的将钻柱纵向振动转化为钻头扭转冲击的装置。

背景技术

现代能源开发战略对钻井速度与质量的要求越来越高。在钻进深部具有高研磨性的地层时，依靠改变破岩效率、节省起下钻时间来提高钻井效率的主力钻头——PDC钻头钻进时存在严重的“粘滑”（stick-slip）振动现象，该现象使得钻柱配套部件及井下工具组合受力工况恶劣，疲劳寿命低，从而限制甚至阻碍了深井、超深井的进一步发展。

围绕钻进过程中，由于粘滑现象导致的钻具失效及机械钻速下降的问题，国内外通过现场应用和研究表明，可以通过在钻头上周期性地施加小幅高频扭转冲击来降低钻头的失效率和提高钻进速度，由此设计了多种扭力冲击器来实现为PDC钻头施加周向高频冲击载荷的目的，主要包括：美国阿特拉公司的扭力冲击器（专利号：US6742609B2）、美国哈里伯顿能源服务公司的扭转冲击系统（专利号：US7096980B2）、西南石油大学的扭转冲击钻井工具(申请号：200910058083.9)、中国石化集团胜利工程有限公司钻井工艺研究院的扭冲工具(申请号：201010511421.2)和中国石油大学（华东）的射流式扭转冲击钻井工具（申请号：201010511421.2）等。虽然这些装置的结构各异，但具有共同的特点：扭力冲击的工作能量来源于钻井循环介质。

实践表明：随着井深的增加，钻井循环介质压耗增大，当井深很大时，可能出现循环介质仅能满足循环携岩的要求，上述装置工作状态会大受影响，极可能出现无法正常工作甚至影响钻井作业进行的可能；当钻井循环介质为空气或者充气钻井液等可压缩系数较大的介质时，上述装置均难以正常工作。因此，研发利用新能源的井下扭力冲击发生装置对于深井、超深井扭力冲击钻井提速非常有意义。

钻柱的振动现象是在直井钻井中经常遇到的复杂情况，而钻柱振动中纵向振动是危害最明显、发生最频繁的振动形式，它不仅影响到钻井施工的效率，还会造成钻柱的断裂破坏等事故，影响了钻井作业的进程。减轻钻柱的振动尤其是直井中的纵向振动其意义就变得不容忽视。如果能将钻柱纵向振动这种有害能量转化为驱动井下扭力冲击发生装置新能源，对于减轻由于钻柱振动造成的损失提高钻井速度都会具有积极的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种将钻柱纵向振动转化为钻头扭转冲击的装置，通过装置内部发生结构，将钻井过程中有害的钻柱纵向振动转化为作用于钻头的周向高频扭转冲击振动，从而提高机械钻速。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种将钻柱纵向振动转化为钻头扭转冲击的装置，包括有纵向振动总成、复位传扭总成和扭力发生传递总成；

纵向振动总成包括传振轴，所述传振轴连接有限位套和花健体，所述传振轴的底部连接有起振器，所述起振器上设置有冲耳；

所述复位传扭总成包括有花键外壳、弹簧、过渡接头、冲击器外壳，所述弹簧的上部与限位套的下部相接触，所述弹簧的下部与过渡接头的上部相接触；

所述扭力发生传递总成包括有冲击锤，所述冲击锤设置在钻头座内，所述冲击锤内设置有螺旋槽，所述起振器的冲耳与冲击锤的螺旋槽相配合；

所述花键外壳内设置有内花键，花键体与内花键相配合；

所述冲击器外壳的下端设有壳体花键，所述钻头座的下端设有座体花键，壳体花键和座体花键相配合。

进一步地，所述复位传扭总成还包括有密封压盖和弹簧外壳；

所述花键外壳的顶端安装有密封压盖， 所述弹簧外壳的外径与紧扣圆柱面的外径相同；所述弹簧外壳的上部与花键外壳螺纹联接，弹簧外壳的中部还开有排气孔；弹簧外壳的下部与过渡接头的上部螺纹联接，所述过渡接头的下部与冲击器外壳螺纹联接；所述弹簧设置在弹簧外壳内，所述弹簧为复位弹簧，所述复位弹簧的上部、下部分别与限位套的下平面、过渡接头的上平面相接触。

进一步地，所述扭力发生传递总成还包括有止推轴承限位套、上止推轴承下止推轴承和防掉块；

 所述冲击器外壳与钻头座相固定并在内部形成空腔，所述空腔的内部由上到下依次为止推轴承限位套、上止推轴承、冲击锤和下止推轴承。

进一步地，所述冲击器外壳上设有四个壳体防掉槽和四个螺栓孔；

所述钻头座上设有四个座体防掉槽，防掉块能够压缩于座体防掉槽内，所述座体防掉槽内设有小弹簧并与防掉块连接；

在座体防掉槽移动到壳体防掉槽处形成空腔时，小弹簧释放并将防掉块推向壳体防掉槽内。