[发明专利]一种基于螺杆钻具的机械式轴向旋转冲击钻井工具

说明书

本发明属于石油矿场机械领域，具体是一种基于螺杆钻具的机械式轴向旋转冲击钻井工具，其具体方案是：滚轮安装在滚轮座上，滚轮座通过上紧定螺钉安装在中间壳体上，凸轮座通过下紧定螺钉安装在花键套上，花键套内表面加工有花键，花键套外表面加工有螺纹，下芯轴与花键套通过螺纹连接，上芯轴下部位置加工有外花键，上芯轴与花键套通过花键连接，上芯轴最下端加工有螺纹，防掉螺帽与上芯轴通过螺纹连接，且防掉螺帽外径小于花键套下部螺纹圆柱面的外径，本发明采用机械式冲击方法，冲击频率和冲击功可实现稳定输出，并且设计了合理的密封方式，增加了工具使用寿命，提高了钻井效率。

技术领域

本发明涉及一种基于螺杆钻具的机械式轴向旋转冲击钻井工具，属于石油矿场机械领域。

背景技术

随着油气勘探的不断深入，井深由中浅层向深层、超深层延伸，复杂地层、难钻地层所占比例增加，破岩难度加大。传统的旋转钻井方法机械钻速低，并且极易产生粘滑、振动、钻头脱压等问题。目前，国内已有的旋转冲击钻井工具包括阀式液动冲击器、射流式液动冲击器、射吸式冲击器、自激振荡式旋冲工具等几类，这些旋转冲击钻井工具虽然能在一定程度上提高机械钻速，但在使用过程中也存在一些不足，一是单次冲击功较小，只有100～500J，不足以形成有效的岩石体积破碎；二是冲击频率和冲击载荷不稳定，且不易调整，不适应现场复杂工况；三是对钻井液要求无固相或固相含量低，导致施工操作难度加大。针对我国当前深部地层钻井难点和钻井破岩技术的实际情况，亟需发展新的高效破岩技术，为我国钻井工程提速降本提供科学指导和技术支撑。

发明内容

本发明旨在提高钻井效率，降低钻井成本，并克服已有旋转冲击钻井工具的不足，其采用的技术方案如下：

一种基于螺杆钻具的机械式轴向旋转冲击钻井工具，包括旁通阀总成、挠性轴、螺杆马达定子、螺杆马达转子、定子壳体、水帽、上密封组、轴承外壳、上TC轴承、推力轴承、上芯轴、下TC轴承、下密封组、中间壳体、上紧定螺钉、JDB固体自润滑轴承、滚轮座、滚轮、下紧定螺钉、凸轮座、花键套、下芯轴、下壳体、防掉螺帽、锁紧垫圈、圆螺母、钻头接头、弹性挡圈、O形密封圈、挡圈、中间硬盘根、底部硬盘根、软盘根、顶部硬盘根，其特征在于：滚轮安装在滚轮座上，滚轮座通过上紧定螺钉安装在中间壳体上，凸轮座通过下紧定螺钉安装在花键套上，花键套内表面加工有花键，花键套外表面加工有螺纹，下芯轴与花键套通过螺纹连接，上芯轴下部位置加工有外花键，上芯轴与花键套通过花键连接，上芯轴最下端加工有螺纹，防掉螺帽与上芯轴通过螺纹连接，且防掉螺帽外径小于花键套下部螺纹圆柱面的外径。

上密封组在轴承外壳和水帽之间的环形空间内，下密封组在上芯轴和中间壳体之间的环形空间内，上密封组和下密封组结构相同，O形密封圈和挡圈在顶部硬盘根径向内侧，顶部硬盘根在钻井液一侧通过弹性挡圈定位，软盘根沿轴向三个并排布置，且软盘根之间安装有中间硬盘根。

锁紧垫圈与圆螺母安装在防掉螺母下端，圆螺母通过螺纹与上芯轴连接。

软盘根材料为丁腈橡胶，且截面形状近似为V字形，中间硬盘根材料为不锈钢。

滚轮与滚轮座之间装有JDB固体自润滑轴承，凸轮座上部沿圆周方向按周期加工有冲击曲线，周期总数与滚轮总数量相同。

螺杆马达转子为空心结构，挠性轴布置在螺杆马达转子内部，且挠性轴上部通过螺纹与螺杆马达转子相连接，挠性轴下部通过螺纹与水帽相连接。

相对于现有技术，本发明的有益成果是：采用机械式冲击方法，冲击频率和冲击功可以实现稳定输出，并且对钻井液固相要求不高；合理设计了上密封组和下密封组结构和位置，使上TC轴承、推力轴承、下TC轴承可采用油润滑方式，而花键连接位置以及凸轮座和滚轮工作位置采用钻井液润滑，利用钻井液对金属摩擦表面进行冷却，增加了工具的整体使用寿命；将挠性轴布置在螺杆马达转子内部，有效减少工具整体长度，有利于造斜；

附图说明