一種旋轉衝擊式鑽井設備的製作方法
2023-04-24 06:09:41 4
本發明涉及一種旋轉衝擊式鑽井設備，屬於鑽井設備技術領域。
背景技術：
隨著國家對煤層氣行業的重視，煤層氣的勘探開發正以前所未有的速度發展，然而以往二十餘年的實踐告訴我們，煤層氣的勘探開發結果並不理想。究其原因，除客觀地質因素外，在很大程度上也是由於鑽井效率低、成本高所致。因此，一種比常規旋轉鑽井效率更高、成本更低的鑽井技術—衝擊旋轉鑽井 在煤層氣勘探開發中被應用。
近年來，衝擊旋轉鑽井技術已逐漸應用於鑽井工程，利用這一技術可以解決堅硬巖層段、 軟硬交錯地層段鑽速低、大斜度地層段井眼易斜等實際問題，以提高鑽井的綜合效益。在煤層氣鑽井中主要解決煤層頂板、底板鑽進效率低的問題。旋衝鑽井技術就是在常規旋轉鑽井工藝中,在不增加其它地面設備的情況下,在鑽頭的上面和鑽鋌的下面安裝與鑽鋌直徑大致相當的衝擊器,並且在鑽進過程中,跟隨上部鑽柱轉動的衝擊器帶動鑽頭旋轉的同時,利用上部鑽井液的流動能量使衝擊器本身產生周期的向下作用在鑽頭上的衝擊力,從而加速破碎巖石，鑽頭在衝擊動載和靜壓旋轉的聯合作用下破碎巖石。衝擊力不同於靜壓力,它是一種加載速度極大的動載荷,作用力在極短的時間內變化幅度很大，因此，這種鑽井設備的鑽井效率比較高。
但是，目前的旋轉衝擊式鑽井設備的結構比較複雜，製造成本比較高，而且，由於受到衝擊器的功率的限制，如果僅僅通過提高衝擊器的功率來增強其鑽井效果，不僅會成倍的增加製造成本，而且容易造成鑽井設備體積增大，不易安裝與應用，因此，如何設備輔助結構來輔助增強衝擊器的衝擊效果，對於提高旋轉衝擊式鑽井設備的鑽井效率及降低製造成本，具有十分重要的作用。
技術實現要素：
本發明針對現有的技術問題，提供一種旋轉衝擊式鑽井設備，目的是提高旋轉衝擊式鑽井設備的鑽井效率及降低製造成本，擬解決現有技術存在的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種旋轉衝擊式鑽井設備，其包括鑽架和旋轉衝擊鑽井組件，所述旋轉衝擊鑽井組件包括殼體、主動杆、旋轉衝擊杆、鑽頭連接接頭、蓄能彈簧鋼片和高頻旋轉振蕩衝擊器，其特徵在於，所述的主動杆設置在所述殼體的上端，所述旋轉衝擊杆設置在所述殼體的下端，所述主動杆與所述旋轉衝擊杆之間設置有蓄能彈簧鋼片，所述主動杆由直驅電機帶動驅動凸輪筒轉動來實現上下往復運動，進而對所述蓄能彈簧鋼片進行蓄能，所述旋轉衝擊杆上固定設置有高頻旋轉振蕩衝擊器，所述旋轉衝擊杆的下端設置有鑽頭連接接頭，鑽井鑽頭設置在所述鑽頭連接接頭上，通過所述蓄能彈簧鋼片和高頻旋轉振蕩衝擊器的共同衝擊與旋轉運動作用，實現衝擊旋轉式鑽井。
進一步，作為優選，所述殼體包括上外殼、中間外殼和下外殼，其中，所述上外殼與所述中間外殼之間採用螺紋連接，所述中間外殼與所述下外殼之間採用螺紋連接，所述上外殼的上端設置有上導向套，所述主動杆設置在所述上導向套內，所述上外殼的下端設置有軸承座，所述軸承座內設置有角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，所述主動杆通過所述角接觸球軸承和圓錐滾子軸承設置在所述上外殼內，所述中間外殼的上端的內壁上通過所述連接套固定設置有直驅電機定子，驅動凸輪筒的外壁上通過連接套固定設置有直驅電機轉子，所述直驅電機定子和直驅電機轉子構成直驅電機，所述驅動凸輪筒的環形內壁上設置有凸輪槽，所述凸輪槽內設置有驅動軸，所述主動杆上設置有徑向孔，所述驅動軸穿過所述徑向孔設置在所述主動杆上，通過所述直驅電機轉子帶動所述驅動凸輪筒轉動，進而帶動所述驅動軸上下衝擊移動，所述下外殼的上端內壁上固定設置有連接筒，所述主動杆的下端設置在所述連接筒內，所述旋轉衝擊杆的上端也設置在所述連接筒內，以便通過所述連接筒來連接所述主動杆與旋轉衝擊杆，且所述主動杆與所述旋轉衝擊杆之間設置有所述蓄能彈簧鋼片，所述蓄能彈簧鋼片設置在所述連接筒內，所述旋轉衝擊杆上設置有軸肩，所述高頻旋轉振蕩衝擊器採用固定鋼套固定設置在所述旋轉衝擊杆上，且由所述軸肩進行定位設置，所述旋轉衝擊杆上位於高頻旋轉振蕩衝擊器上端的位置設置有鎖緊螺母二，所述主動杆上位於所述驅動凸輪筒上端的位置設置有鎖緊螺母一，所述旋轉衝擊杆的下端與所述下外殼之間設置有直線軸承。
進一步，作為優選，所述主動杆上的徑向孔內設置有耐磨鋼套，所述驅動軸固定設置在所述耐磨鋼套內。
進一步，作為優選，所述下外殼的下端與所述旋轉衝擊杆之間設置有下導向套。
進一步，作為優選，所述角接觸球軸承為雙列角接觸球軸承，所述圓錐滾子軸承為雙列圓錐滾子軸承。
進一步，作為優選，所述主動杆和旋轉衝擊杆同軸心設置，且所述主動杆和旋轉衝擊杆的中心設置有鑽液孔。
進一步，作為優選，所述下外殼上位於所述直線軸承與所述下導向套之間的位置設置有定位凸起。
進一步，作為優選，驅動凸輪筒上的凸輪槽的展開形狀為正弦、餘弦或不規則曲線結構。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明通過設置蓄能彈簧鋼片，能夠很好的對能量進行存儲，並釋放給高頻旋轉振蕩衝擊器，提高高頻旋轉振蕩衝擊器的衝擊效果，同時，本發明採用直驅電機，不僅能夠降低能耗，而且，能夠有效的縮小鑽井設備的體積，便於鑽井設備的安裝與固定，通過驅動凸輪筒來實現蓄能彈簧片的蓄能，其蓄能頻率可以根據實際需要設計驅動凸輪筒的凸輪槽曲線結構即可，可以實現驅動凸輪筒與高頻旋轉振蕩衝擊器的反向共振，最大化的提高衝擊效果。
附圖說明
圖1是本發明的一種旋轉衝擊式鑽井設備的結構示意圖；
圖2是本發明的一種旋轉衝擊式鑽井設備的驅動凸輪筒的展開結構示意圖；
其中，1、上外殼，2、中間外殼，3、下外殼，4、主動杆，5、旋轉衝擊杆，6、鑽頭連接接頭，7、上導向套，8、角接觸球軸承，9、圓錐滾子軸承，10、鎖緊螺母一，11、直驅電機轉子，12、驅動軸，13、耐磨鋼套，14、直驅電機定子，15、連接套，16、蓄能彈簧鋼片，17、連接筒，18、鎖緊螺母二，19、高頻旋轉振蕩衝擊器，20、軸肩，21、直線軸承，22、下導向套，23、固定鋼套，24、驅動凸輪筒。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1-2，本發明提供一種技術方案：一種旋轉衝擊式鑽井設備，其包括鑽架和旋轉衝擊鑽井組件，所述旋轉衝擊鑽井組件包括殼體、主動杆4、旋轉衝擊杆5、鑽頭連接接頭6、蓄能彈簧鋼片16和高頻旋轉振蕩衝擊器19，其特徵在於，所述的主動杆4設置在所述殼體的上端，所述旋轉衝擊杆5設置在所述殼體的下端，所述主動杆4與所述旋轉衝擊杆5之間設置有蓄能彈簧鋼片16，所述主動杆4由直驅電機帶動驅動凸輪筒轉動來實現上下往復運動，進而對所述蓄能彈簧鋼片16進行蓄能，所述旋轉衝擊杆5上固定設置有高頻旋轉振蕩衝擊器19，所述旋轉衝擊杆的下端設置有鑽頭連接接頭6，鑽井鑽頭設置在所述鑽頭連接接頭6上，通過所述蓄能彈簧鋼片和高頻旋轉振蕩衝擊器的共同衝擊與旋轉運動作用，實現衝擊旋轉式鑽井。
在本實施例中，所述殼體包括上外殼1、中間外殼2和下外殼3，其中，所述上外殼1與所述中間外殼2之間採用螺紋連接，所述中間外殼2與所述下外殼3之間採用螺紋連接，所述上外殼1的上端設置有上導向套7，所述主動杆4設置在所述上導向套7內，所述上外殼1的下端設置有軸承座，所述軸承座內設置有角接觸球軸承8和圓錐滾子軸承9，所述主動杆4通過所述角接觸球軸承和圓錐滾子軸承設置在所述上外殼1內，所述中間外殼5的上端的內壁上通過所述連接套固定設置有直驅電機定子14，驅動凸輪筒24的外壁上通過連接套固定設置有直驅電機轉子12，所述直驅電機定子14和直驅電機轉子12構成直驅電機，所述驅動凸輪筒24的環形內壁上設置有凸輪槽，所述凸輪槽內設置有驅動軸12，所述主動杆4上設置有徑向孔，所述驅動軸12穿過所述徑向孔設置在所述主動杆4上，通過所述直驅電機轉子帶動所述驅動凸輪筒轉動，進而帶動所述驅動軸上下衝擊移動，所述下外殼的上端內壁上固定設置有連接筒17，所述主動杆的下端設置在所述連接筒17內，所述旋轉衝擊杆的上端也設置在所述連接筒內，以便通過所述連接筒來連接所述主動杆與旋轉衝擊杆，且所述主動杆與所述旋轉衝擊杆之間設置有所述蓄能彈簧鋼片16，所述蓄能彈簧鋼片16設置在所述連接筒17內，所述旋轉衝擊杆上設置有軸肩20，所述高頻旋轉振蕩衝擊器19採用固定鋼套固定設置在所述旋轉衝擊杆上，且由所述軸肩進行定位設置，所述旋轉衝擊杆上位於高頻旋轉振蕩衝擊器上端的位置設置有鎖緊螺母二18，所述主動杆上位於所述驅動凸輪筒上端的位置設置有鎖緊螺母一10，所述旋轉衝擊杆的下端與所述下外殼之間設置有直線軸承21。
其中，所述主動杆上的徑向孔內設置有耐磨鋼套13，所述驅動軸固定設置在所述耐磨鋼套13內。所述下外殼的下端與所述旋轉衝擊杆之間設置有下導向套22。所述角接觸球軸承為雙列角接觸球軸承，所述圓錐滾子軸承為雙列圓錐滾子軸承。所述主動杆和旋轉衝擊杆同軸心設置，且所述主動杆和旋轉衝擊杆的中心設置有鑽液孔。所述下外殼上位於所述直線軸承與所述下導向套之間的位置設置有定位凸起。驅動凸輪筒上的凸輪槽的展開形狀為正弦、餘弦或不規則曲線結構。
本發明通過設置蓄能彈簧鋼片，能夠很好的對能量進行存儲，並釋放給高頻旋轉振蕩衝擊器，提高高頻旋轉振蕩衝擊器的衝擊效果，同時，本發明採用直驅電機，不僅能夠降低能耗，而且，能夠有效的縮小鑽井設備的體積，便於鑽井設備的安裝與固定，通過驅動凸輪筒來實現蓄能彈簧片的蓄能，其蓄能頻率可以根據實際需要設計驅動凸輪筒的凸輪槽曲線結構即可，可以實現驅動凸輪筒與高頻旋轉振蕩衝擊器的反向共振，最大化的提高衝擊效果。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。