利用渦激振動實現軸向衝擊的鑽井工具的製作方法

2023-05-24 19:52:11

本發明涉及一種用於鑽探工程領域利用渦激振動實現軸向衝擊的鑽井工具，其主要應用於石油天然氣鑽井工程。

背景技術：

隨著傳統油氣資源日趨枯竭，新型油氣資源如頁巖氣、煤層氣等的已經進入勘探開採階段，使鑽井工程面臨更為複雜的地層工作環境，鑽井深度不斷增加，硬地層、研磨性高的地層也普遍存在。在現有鑽井技術基礎上，大位移定向井、水平井、分支井技術也得以迅速發展與應用，因此，開發配套的鑽井提速工具具有必然性。

當鑽進地層巖石堅硬、研磨極值高時，容易導致單只鑽頭進尺較少、鑽頭壽命降低、機械鑽速較低的情況。研製軸向衝擊工具，能夠為鑽頭提供額外的軸向衝擊，加速鑽頭破巖，大幅度提高鑽井機械鑽速，縮短鑽井周期，降低鑽井成本。但是傳統的衝擊工具，正常工作時，壓耗較高，使用壽命也收到限制，所以降低工具壓耗，提高鑽具使用壽命是研製新型衝擊鑽井工具的關鍵技術。當鑽具受到軸向振動衝擊力的作用時，鑽具與井壁之間的靜摩擦將為動摩擦，並且所產生的動摩擦力小於靜摩擦力，從而降低鑽具與井壁之間的摩擦，提高鑽井效率。所以在井底鑽具組合中軸向衝擊工具，可以延長鑽頭的使用壽命，增加單只鑽頭進尺，提高機械鑽速，還可以增加分支井、水平井等結構井的井深，為深井油氣的勘探開發提供方便。

技術實現要素：

為了探索解決背景技術中所述的衝擊工具壓耗較高，使用壽命較低，將井底鑽具所受的靜摩阻轉變為動摩阻，本發明提供了一種利用渦激振動實現軸向衝擊的鑽井工具。本發明的軸向衝擊器通過前端安裝的衝擊接頭緩和鑽頭與工具之間的衝擊作用，提高工具使用壽命，利用減震器吸收工具工作時產生的振動，避免振動向上傳遞，影響上部鑽具的正常工作，當泥漿流過變阻短節時，驅動變阻短節產生渦激振動，從而使渦激振蕩器產生軸向衝擊，從而加速鑽頭破巖。

本發明的技術方案是：利用渦激振動實現軸向衝擊的鑽井工具通過螺紋連接固定安裝在鑽頭上部，其包括減震器、渦激振蕩器、衝擊接頭，在渦激振蕩器前端連接衝擊接頭，後端連接減震器；所述減震器包括花鍵軸、密封圈a、耐磨環、花鍵外殼、上外殼、碟簧、防掉短節、油塞、矩形密封圈a、擋環、密封圈b、密封圈c、防掉帽，依次將密封圈a和耐磨環裝入花鍵外殼後端內圓周上,再將花鍵外殼安裝到花鍵軸上，將碟簧安裝到花鍵軸前端後，再安裝上外殼，在花鍵軸前端安裝矩形密封圈a，然後安裝防掉短節，將密封圈b和密封圈c與擋環組合為一個整體後，將擋環安裝到防掉短節上，再安裝防掉帽，最後從注油孔注入潤滑油後旋緊油塞，通過花鍵軸和碟簧將上部鑽壓和轉矩向下傳遞，利用擋環與密封圈b和密封圈c的組合結構密封潤滑油，並利用防掉帽防止組合結構掉落；所述渦激振蕩器包括雙公短節、變阻短節、下外殼，將雙公短節安裝到上外殼前端，將變阻短節安裝到下外殼內部後，將下外殼安裝到雙公短節前端，當泥漿流過變阻短節時，將產生渦激振動，從而使渦激振蕩器產生軸向衝擊並向下傳遞，從而加速鑽頭破巖。所述的變阻短節數量為件，並且結構相同，兩件一起組合後構成我急振蕩短節，在泥漿作用下，產生軸向衝擊作用；所述衝擊接頭包括衝擊接頭、定位塊、矩形密封圈b、矩形密封圈c、密封環、墊片、鎖緊環、砧子，將衝擊接頭安裝到下外殼前端，將矩形密封圈b和矩形密封圈c安裝到密封環上，再依次將鎖緊環、墊片、密封環安裝到砧子上，再放入定位塊，最後旋緊鎖緊環，利用砧子緩和渦激振蕩器工作時產生的衝擊，可以提高鑽頭使用壽命。

本發明的有益效果是：(1)渦激振蕩器內沒有運動件或彈性體，可以適用於大部分工作環境，不受化學腐蝕、溫度的影響；(2)利用泥漿驅動變阻短節產出渦激振蕩，從而產生軸向衝擊，簡化了機械結構，提高了工具可靠性，工具壓耗較低，有效節約了鑽井能量；(3)能夠為鑽頭提供額外的軸向衝擊，加速鑽頭破巖，提高鑽井機械鑽速，縮短鑽井周期，降低鑽井成本；(4)延長鑽頭的使用壽命，增加單只鑽頭進尺，還可以增加分支井、水平井等結構井的井深，為深井油氣的勘探開發提供方便。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明圖1中的A-A截面圖。

圖3是擋環的結構示意圖。

圖4是衝擊接頭的結構示意圖。

圖5是砧子的結構示意圖。

圖6是變阻短節的結構示意圖。

圖7是變阻短節中鑽井液進出口示意圖。

圖8是變阻短節中鑽井液循環路線示意圖。

圖中1.花鍵軸，2.密封圈a，3.耐磨環，4.花鍵外殼，5.上外殼，6.碟簧，7.防掉短節，8.油塞，9.矩形密封圈a，10.擋環，11.密封圈b，12.密封圈c，13.防掉帽，14.雙公短節，15.變阻短節，16.下外殼，17.衝擊接頭，18.定位塊，19.矩形密封圈b，20.矩形密封圈c，21.密封環，22.墊片，23.鎖緊環，24.砧子。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

參見附圖1，利用渦激振動實現軸向衝擊的鑽井工具，該軸向衝擊器通過螺紋連接固定安裝在鑽頭上部，所述的軸向衝擊器包括減震器、渦激振蕩器、衝擊接頭，在渦激振蕩器前端連接衝擊接頭，後端連接減震器；所述減震器包括花鍵軸1、密封圈a2、耐磨環3、花鍵外殼4、上外殼5、碟簧6、防掉短節7、油塞8、矩形密封圈a9、擋環10、密封圈b11、密封圈c12、防掉帽13，依次將密封圈a2和耐磨環3裝入花鍵外殼4後端內圓周上,再將花鍵外殼4安裝到花鍵軸1上，將碟簧6安裝到花鍵軸1前端後，再安裝上外殼5，在花鍵軸1前端安裝矩形密封圈a9，然後安裝防掉短節7，將密封圈b11和密封圈c12與擋環10組合為一個整體後，將擋環10安裝到防掉短節7上，再安裝防掉帽13，最後從注油孔注入潤滑油後旋緊油塞8，通過花鍵軸1和碟簧6將上部鑽壓和轉矩向下傳遞，利用擋環10與密封圈b11和密封圈c12的組合結構密封潤滑油，並利用防掉帽13防止組合結構掉落。

所述渦激振蕩器包括雙公短節14、變阻短節15、下外殼16，將雙公短節14安裝到上外殼5前端，將變阻短節15安裝到下外殼16內部後，將下外殼16安裝到雙公短節14前端，當泥漿流過變阻短節時，將產生渦激振動，從而使渦激振蕩器產生軸向衝擊並向下傳遞，從而加速鑽頭破巖。所述的變阻短節15數量為2件，並且結構相同，兩件一起組合後構成我急振蕩短節，在泥漿作用下，產生軸向衝擊作用。

所述衝擊接頭包括衝擊接頭17、定位塊18、矩形密封圈b19、矩形密封圈c20、密封環21、墊片22、鎖緊環23、砧子24，將衝擊接頭17安裝到下外殼16前端，將矩形密封圈b19和矩形密封圈c20安裝到密封環21上，再依次將鎖緊環23、墊片22、密封環21安裝到砧子24上，再放入定位塊18，最後旋緊鎖緊環23，利用砧子24緩和渦激振蕩器工作時產生的衝擊，可以提高鑽頭使用壽命。