一種鑽井輔助破巖工具的製作方法

2023-12-10 12:29:13

本實用新型涉及一種鑽井輔助破巖工具，屬石油、天然氣鑽井輔助工具技術領域。

背景技術：

隨著全球對石油資源的需求增大，易開發的地層石油儲量以及開採量都不能滿足石油的需求量，石油開採必須向更深的地層、更硬等複雜地層進行。然而，鑽頭在硬地層以及軟硬交錯的地層進行破巖時，時常發生卡鑽和劇烈的扭轉振動。卡鑽和劇烈的扭轉振動不僅導致破巖效率和鑽進速度的降低，而且對鑽具組合和鑽頭是一種極大的傷害。針對上述問題，有必要研製一種鑽井輔助破巖工具。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於：提供一種結構簡單、可靠性強，適用性好；工作時可將鑽井液的流體能量轉化為高頻振動衝擊能量，並將衝擊能量傳遞給鑽頭，從而提高鑽頭破巖效率的鑽井輔助破巖工具。

本實用新型的技術方案是：

一種鑽井輔助破巖工具，包括殼體、上接頭、下接頭、通流盤和衝擊座，其特徵在於：殼體的一端螺紋安裝有上接頭，殼體的另一端螺紋安裝有下接頭, 殼體內下端通過衝擊座裝有驅動器，驅動器上方的殼體設置有通流盤，通流盤上通過螺杆襯套裝有螺杆轉子，螺杆轉子與通流盤滑動連接，通流盤與驅動器接觸連接。

所述的殼體由上殼體和下殼體構成，上殼體和下殼體之間螺紋連接。

所述的下接頭上設置有階梯孔，以對衝擊座進行軸向限位。

所述的衝擊座為六邊形的稜柱體，衝擊座的中間部位設置有蝴蝶結形的裝配孔，與衝擊座對應的殼體內壁形狀與衝擊座輪廓形狀對應。

所述裝配孔的中間部位設置有隔板，隔板下方裝配孔兩側的衝擊座上對稱設置有衝擊座流道。

所述的衝擊座對應的殼體上對稱設置有殼體流道, 衝擊座流道與殼體流道連通。

所述的驅動器呈圓盤狀，驅動器的下端面中間部位設置有與裝配孔形狀對應的插接件，驅動器的上端面中間部位設置有裝配杆，裝配杆一側的驅動器端面上設置有截面呈扇形的驅動器分割塊。衝擊座與驅動器之間通過裝配孔和插接件的配合活動連接。

所述的裝配孔與插接件之間設置有撞擊間隙。

所述的通流盤圓周上設置有外螺紋，與通流盤對應的殼體內壁上設置有內螺紋，通流盤與殼體之間螺紋連接。

所述的通流盤下端面中間部位設置有裝配盲孔，通流盤和驅動器之間通過裝配杆和裝配盲孔的配合接觸連接；裝配盲孔一側的通流盤上設置有截面呈扇形的通流盤分割塊。

所述的通流盤分割塊兩側的通流盤上對稱設置有過流孔。

本實用新型的有益效果在於：

該鑽井輔助破巖工具工作時，鑽井液驅動螺杆轉子在螺杆襯套內往復運動，從而在螺杆襯套末端腔體內形成兩個不相通的截面積不斷變化的流道，同時把鑽井液分為具有液壓差的兩股鑽井液。具有液壓差的兩股鑽井液分別從通流盤上對應的過流孔進入由驅動器、通流盤和殼體構成的兩個不相通的腔體內，並經殼體流道和衝擊座流道繼續下行作用至鑽頭上，在驅動器、通流盤和殼體構成的腔體內，兩個腔體內的鑽井液的液壓差從負值到正值的交替往復變化，帶動驅動器往復轉動，由於裝配與插接件之間設置有撞擊間隙。驅動器往復轉動的過程中插接件對衝擊座形成周向的、高頻的往復衝擊，由此產生的機械衝擊能量經衝擊座、殼體傳遞到鑽頭，從而實現輔助破巖。該鑽井輔助破巖工具結構簡單、可靠性強，適用性好；有效提高了鑽頭的破巖效率和鑽進速度，特別適用於石油鑽井使用。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的衝擊座的立體結構示意圖；

圖3為本實用新型的衝擊座的剖視結構示意圖；

圖4為本實用新型的驅動器的剖視結構示意圖；

圖5為本實用新型的通流盤的剖視結構示意圖；

圖6為圖1中的A—A向的截面示意圖；

圖7為圖1中的B—B向的截面示意圖；

圖8為本實用新型的螺杆轉子的動作示意圖；

圖9為圖1中的C—C向的截面示意圖。

圖中：1、殼體，2、上接頭，3、下接頭，4、通流盤，5、衝擊座，6、驅動器，7、裝配孔，8、隔板，9、衝擊座流道，10、殼體流道，11、插接件，12、裝配杆，13、驅動器分割塊，14、裝配盲孔，15、通流盤分割塊，16、過流孔，17、腔室，18、螺杆襯套，19、螺杆轉子。

具體實施方式

該鑽井輔助破巖工具包括殼體1、上接頭2、下接頭3、通流盤4和衝擊座5。殼體1的一端螺紋安裝有上接頭2，殼體1的另一端螺紋安裝有下接頭3。殼體1由上殼體和下殼體構成，上殼體和下殼體之間螺紋連接，以便於安裝維護。

殼體1內下端通過衝擊座5裝有驅動器6。衝擊座5為六邊形的稜柱體，衝擊座5的中間部位設置有蝴蝶結形的裝配孔7，與衝擊座5對應的殼體1內壁形狀與衝擊座5輪廓形狀對應，從而將衝擊座5固定；裝配孔7的中間部位設置有隔板8，隔板8下方裝配孔7兩側的衝擊座5上對稱設置有衝擊座流道9；與衝擊座5對應的殼體1上對稱設置有殼體流道10, 衝擊座流道9與殼體流道10連通。

驅動器6呈圓盤狀，驅動器6的下端面中間部位設置有與裝配孔7形狀對應的插接件11，驅動器6的上端面中間部位設置有裝配杆12，裝配杆12一側的驅動器6端面上設置有截面呈扇形的驅動器分割塊13。驅動器6與衝擊座5之間通過插接件11與裝配孔7的配合活動連接；裝配孔7與插接件11之間設置有撞擊間隙。

驅動器6上方的殼體1內設置有通流盤4，通流盤4圓周上設置有外螺紋，與通流盤4對應的殼體1內壁上設置有內螺紋，通流盤4與殼體4之間通過外螺紋和內螺紋的配合螺紋連接。通流盤4的下端面中間部位設置有裝配盲孔14，裝配盲孔14一側的通流盤4上設置有截面呈扇形的通流盤分割塊15；通流盤分割塊15兩側的通流盤4上對稱設置有過流孔16。通流盤4和驅動器6之間通過裝配杆12和裝配盲孔14的配合接觸連接；通流盤分割塊15與裝配杆12緊密接觸連接，通流盤分割塊15與驅動器分割塊13之間呈對稱設置，由此將驅動器6與通流盤4之間的殼體1內腔分割成兩個相對獨立的腔室17。兩個相對獨立的腔室17分別與與殼體流道10連通。

通流盤4上端面的殼體1內通過螺杆襯套18裝有螺杆轉子19，螺杆轉子19呈曲杆狀，螺杆襯套18內壁形狀與螺杆轉子19對應，螺杆轉子19與通流盤4之間為滑動連接。

該鑽井輔助破巖工具的下接頭3上設置有階梯孔，以對衝擊座5進行軸向限位。上接頭2的壁厚大於殼體1的壁厚，由此在連接處形成臺階，形成的臺階在通流盤4的配合下對螺杆襯套18進行軸向定位，螺杆襯套18與殼體1之間通過平鍵進行周向定位（參見附圖1—6）。

該鑽井輔助破巖工具工作時，上接頭2用於連接鑽杆，下接頭3用於連接鑽頭，工作過程中，鑽井液驅動螺杆轉子19在螺杆襯套18內做往復旋轉運動，從而對過流孔16形成逐步的交替遮掩，這一過程致使其中一個過流孔16的過流面積逐步變小，而另一過流孔16過流面積逐步變大，由此使鑽進液形成了兩股具有壓力差的鑽井液，隨著螺杆轉子19的往復旋轉運動，就形成了液壓差從負值到正值的交替往復變化（參見附圖7—8）。兩股具有壓力差的鑽井液通過過流孔16進入至腔室17內後，對驅動器6上的驅動器分割塊13的兩側面形成了壓力差，從而推動了驅動器6作往復運動。這一過程中，由於驅動器6與衝擊座5之間通過插接件11與裝配孔7的配合活動連接；且裝配孔7與插接件11之間設置有撞擊間隙。因此在驅動器6往復運動的過程中，通過插接件11可對裝配孔7不斷進行周向的、高頻的往復衝擊（參見附圖9），由此產生的機械衝擊能量經衝擊座5、殼體1傳遞到鑽頭，從而實現輔助破巖，並能防止卡鑽等現象的發生。

完成推動了驅動器6作往復運動的鑽進液，經殼體流道10和衝擊座流道9繼續下行作用至鑽頭上。該鑽井輔助破巖工具結構簡單、可靠性強，適用性好；有效提高了鑽頭的破巖效率和鑽進速度，特別適用於石油鑽井使用。