一种高速冲击钻井工具的制作方法

本发明涉及一种石油天然气行业中硬地层钻井作业用的高速冲击钻井工具。

背景技术：

在石油天然气行业中，钻井作业具有周期长、投入高、风险大、技术要求高的特点，而随着资源开采的程度增加，深井和超深井的开发越加重要，对钻井技术的要求进一步提高。随着钻井深度的增加，地层硬度和强度明显提高，硬地层钻进的效率普遍偏低，大大增加了钻井成本。

对于硬地层钻进，采用冲击钻井的方式可以明显提高钻井效率，其作用机理是让岩石受到扭转切削的同时，承受高频交变钻压，区别于常规钻井的恒定钻压钻进，极大地提升钻井效率，降低钻井成本。为实现上述冲击钻井的功能，需要研制专用的冲击钻井工具。

基于上述技术背景，本发明特提供一种高速冲击钻井工具，在为钻头提供扭矩的同时，施加高频交变钻压，提高钻井效率。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了提高硬地层钻井效率，特提供一种高速冲击钻井工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高速冲击钻井工具，是由上接头、锁紧帽、涡轮组件、旋转轴、动力壳体、推力轴承、锤体、套筒、钢球、锤砧筒、外筒、碟簧、碟簧座、传动轴和防掉帽构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴下端和钻头丝扣连接；动力壳体内腔中部设置一台阶面，动力壳体内腔下部设置一圈凸起台阶；涡轮组件是由涡轮定子叶片和涡轮转子叶片组装而成，涡轮组件置入动力壳体内腔；上接头下端和动力壳体上端丝扣连接，上接头下端面和动力壳体内腔中部台阶面压紧涡轮组件的涡轮定子叶片；旋转轴上端设置为公螺纹，旋转轴上部设置为台阶轴，旋转轴下部外圆设置为花键轴，旋转轴下部内腔设置为盲孔，旋转轴中部周向均匀设置三斜孔连通内外腔空间，旋转轴中部外圆设置凸起台阶；涡轮组件套入旋转轴上部台阶轴，旋转轴上端和锁紧帽丝扣连接，锁紧帽和旋转轴压紧涡轮组件的涡轮转子叶片；推力轴承安装在动力壳体内腔下部的凸起台阶上，旋转轴中部外圆的凸起台阶和推力轴承贴合；锤体内腔设置为花键，锤体外圆设置一圈圆柱凸轮凹槽，圆柱凸轮凹槽的截面形状为半圆形；锤体套入旋转轴下部花键轴上；套筒中部周向均匀设置两个通孔，套筒内腔套在锤体外圆上，两个钢球分别置入套筒中部两个通孔内，两个钢球均可在锤体外圆的圆柱凸轮凹槽内滑动；锤砧筒是一个圆柱筒，锤砧筒套入旋转轴下部花键轴；传动轴下端设置为母螺纹，传动轴内腔设置为通孔，传动轴上端内腔设置为花键，传动轴上端外圆设置为公螺纹；碟簧座和传动轴上端丝扣连接，传动轴上部插入旋转轴下部，碟簧座和锤砧筒之间安装碟簧；外筒内腔中部设置一台阶面，外筒上端和动力壳体下端丝扣连接，外筒下端和防掉帽丝扣连接；外筒内腔中部台阶面和动力壳体下端面压紧套筒。

本发明的有益效果是：(1)本发明输出扭矩的同时可提供高频交变轴向力，利于硬地层破岩，提高硬地层钻井效率；(2)本发明由钻井液驱动，动力可靠；(3)本发明采用涡轮组件作为动力，转速高，轴向力交变频率高，利于硬地层岩石破碎；(4)纯机械结构，井下恶劣工况下性能可靠。

附图说明

图1是本发明一种高速冲击钻井工具锤体下击状态的结构示意图；

图2是本发明一种高速冲击钻井工具锤体上返状态的结构示意图；

图3是图2a-a截面剖视图；

图4是图2b-b截面剖视图；

图5是锤体的三维结构示意图；

图中：1.上接头、2.锁紧帽、3.涡轮组件、4.旋转轴、5.动力壳体、6.推力轴承、7.锤体、8.套筒、9.钢球、10.锤砧筒、11.外筒、12.碟簧、13.碟簧座、14.传动轴、15.防掉帽。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种高速冲击钻井工具，是由上接头1、锁紧帽2、涡轮组件3、旋转轴4、动力壳体5、推力轴承6、锤体7、套筒8、钢球9、锤砧筒10、外筒11、碟簧12、碟簧座13、传动轴14和防掉帽15构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴14下端和钻头丝扣连接；动力壳体5内腔中部设置一台阶面，动力壳体5内腔下部设置一圈凸起台阶；涡轮组件3是由涡轮定子叶片和涡轮转子叶片组装而成，涡轮组件3置入动力壳体5内腔；上接头1下端和动力壳体5上端丝扣连接，上接头1下端面和动力壳体5内腔中部台阶面压紧涡轮组件3的涡轮定子叶片；旋转轴4上端设置为公螺纹，旋转轴4上部设置为台阶轴，旋转轴4下部外圆设置为花键轴，旋转轴4下部内腔设置为盲孔，旋转轴4中部周向均匀设置三斜孔连通内外腔空间，旋转轴4中部外圆设置一圈凸起台阶；涡轮组件3套入旋转轴4上部台阶轴，旋转轴4上端和锁紧帽2丝扣连接，锁紧帽2和旋转轴4压紧涡轮组件3的涡轮转子叶片；推力轴承6安装在动力壳体5内腔下部的凸起台阶上，旋转轴4中部外圆的凸起台阶和推力轴承6贴合；如图5所示，锤体7内腔设置为花键，锤体7外圆设置一圈圆柱凸轮凹槽，圆柱凸轮凹槽的截面形状为半圆形；如图3所示，锤体7套入旋转轴4下部花键轴上，套筒8中部周向均匀设置两个通孔，套筒8内腔套在锤体7外圆上，两个钢球9分别置入套筒8中部两个通孔内，两个钢球9均可在锤体7外圆的圆柱凸轮凹槽内滑动；锤砧筒10是一个圆柱筒，锤砧筒10套入旋转轴4下部花键轴；传动轴14下端设置为母螺纹，传动轴14内腔设置为通孔，传动轴14上端内腔设置为花键，传动轴14上端外圆设置为公螺纹；如图4所示，碟簧座13和传动轴14上端丝扣连接，传动轴14上部插入旋转轴4下部；碟簧座13和锤砧筒10之间安装碟簧12；外筒11内腔中部设置一台阶面，外筒11上端和动力壳体5下端丝扣连接，外筒11下端和防掉帽15丝扣连接；外筒11内腔中部台阶面和动力壳体5下端面压紧套筒8。

本发明本发明一种高速冲击钻井工具的工作原理是：开泵循环钻井液，涡轮组件3驱动旋转轴4高速旋转；旋转轴4下部花键轴驱动锤体7旋转，锤体7在钢球9的作用下做轴向高频往复运动，反复锤击锤砧筒10；锤砧筒10利用碟簧12、碟簧座13把高频交变轴向力传递给传动轴14，最终作用于钻头上；同时旋转轴4驱动传动轴14高速旋转。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种石油天然气行业中硬地层钻井作业用的高速冲击钻井工具。它解决硬地层钻井效率低的问题。其技术方案是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴下端和钻头丝扣连接；涡轮组件置入动力壳体内腔；推力轴承安装在动力壳体内腔下部的凸起台阶上，旋转轴中部外圆的凸起台阶和推力轴承贴合；锤体套入旋转轴下部花键轴上；套筒内腔套在锤体外圆上，两个钢球分别置入套筒中部两个通孔内，两个钢球均可在锤体外圆的圆柱凸轮凹槽内滑动；碟簧座和锤砧筒之间安装碟簧；外筒上端和动力壳体下端丝扣连接，外筒下端和防掉帽丝扣连接。本发明输出扭矩的同时可提供高频交变轴向力，利于硬地层破岩，提高硬地层钻井效率，降低钻井成本。

技术研发人员：张梁;周加伟;李镕成;梁政;赵勇
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2017.07.13
技术公布日：2017.09.01