一種脈衝式鑽井液壓錘的製作方法

2023-07-14 21:14:16 3

本發明涉及一種石油天然氣行業鑽井提速用的脈衝式鑽井液壓錘。

背景技術：

在石油天然氣行業中，隨著國內外油氣勘探開發步伐的加快，鑽井深度不斷增加。伴隨著淺層油氣資源的日益枯寂，鑽井工程必然向著深井和超深井方向發展。然而地層厚度越深，地質條件越為複雜，深部地層的硬度和強度都會顯著提高，致使鑽頭鑽進難度升高，破巖效率降低，機械鑽速大大降低。目前常規的旋轉鑽井技術在深井開發過程中，存在重力堆積、橫向渦動、縱向跳動以及粘滑等現象和問題，使得深井鑽井困難，鑽頭損壞嚴重。

旋衝鑽井技術可以大大提高深井鑽井的機械鑽速，其基本原理是在旋轉鑽井的技術上，對鑽頭施加周期性的高頻軸向衝擊力。旋衝鑽井技術相比其他鑽井工藝，充分利用堅硬巖石脆性大，抗剪強度低，不耐衝擊的特點，可以更加高效地進行破巖切削工作。目前，國內外用於旋衝鑽井的工具極少，旋衝鑽井工具的開發應用前景廣闊。

技術實現要素：

本發明的目的是：為了解決深井和超深井硬地層鑽進困難、機械鑽速低的問題，特提供一種脈衝式鑽井液壓錘。

為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案：一種脈衝式鑽井液壓錘，是由上接頭、定子殼體、螺杆橡膠定子、螺杆轉子、萬向軸、萬向軸殼體、旋轉水帽、配流筒、推力軸承、錘頭、彈簧、外殼體和錘座構成；其結構特徵是：上接頭上端和上部鑽柱絲扣連接，錘座下端和鑽頭絲扣連接；螺杆橡膠定子固定在定子殼體內腔，螺杆轉子置入螺杆橡膠定子內腔，螺杆橡膠定子和螺杆轉子的型線頭數比為2:1；定子殼體上端和上接頭下端絲扣連接，定子殼體下端和萬向軸殼體上端絲扣連接；萬向軸上端和螺杆轉子下端絲扣連接，萬向軸下端和旋轉水帽上端絲扣連接；旋轉水帽中部周向均勻設置三個斜孔連通內外空間，旋轉水帽下部周向均勻設置兩個腰形通孔；配流筒內腔中部設置一圈臺階，配流筒上端設置一圈凸起外緣，配流筒上部周向均勻設置兩個腰形通孔；推力軸承安裝在配流筒內腔中部的臺階上；旋轉水帽下部外圓和配流筒上部內腔間隙配合，旋轉水帽下端面和推力軸承上端面接觸，旋轉水帽下部的腰形通孔和配流筒上部的腰形通孔軸向對齊；錘頭外圓中部設置一圈凸起臺階，錘頭上部外圓周向均勻設置四條軸向凹槽，錘頭下端面設置兩條正交凹槽；錘頭安裝在配流筒內腔下部；彈簧安裝在錘頭外圓下部，彈簧處於壓縮狀態；錘座內腔上部為砧板，砧板中心設置一通孔，錘座中部周向均勻設置三個斜孔連通內外空間，錘座中部外圓設置為絲扣；配流筒下端和錘座上端絲扣連接；外殼體上端和萬向軸殼體下端絲扣連接，外殼體下端和錘座中部絲扣連接。

本發明的有益效果是：(1)本發明可產生連續脈衝的水擊壓力，推動錘頭連續錘擊錘座，為鑽頭提供連續軸向衝擊力；(2)本發明錘頭對錘座提供軸向衝擊力，可以使處於壓縮狀態的鑽柱軸向應變減小；(3)本發明在傳遞扭矩的同時提供高頻軸向衝擊力，可以有效提高機械鑽速；(4)本發明直接利用鑽井液驅動，控制簡單可靠；(5)純機械結構，工作可靠。

附圖說明

圖1是本發明一種脈衝式鑽井液壓錘錘頭下擊狀態的結構示意圖；

圖2是本發明一種脈衝式鑽井液壓錘錘頭上返狀態的結構示意圖；

圖3是圖1a-a截面剖視圖；

圖4是圖2b-b截面剖視圖；

圖5是本發明一種脈衝式鑽井液壓錘錘頭的三維結構示意圖；

圖中：1.上接頭、2.定子殼體、3.螺杆橡膠定子、4.螺杆轉子、5.萬向軸、6.萬向軸殼體、7.旋轉水帽、8.配流筒、9.推力軸承、10.錘頭、11.彈簧、12.外殼體、13.錘座。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發明一種脈衝式鑽井液壓錘，是由上接頭1、定子殼體2、螺杆橡膠定子3、螺杆轉子4、萬向軸5、萬向軸殼體6、旋轉水帽7、配流筒8、推力軸承9、錘頭10、彈簧11、外殼體12和錘座13構成；其結構特徵是：上接頭1上端和上部鑽柱絲扣連接，錘座13下端和鑽頭絲扣連接；螺杆橡膠定子3固定在定子殼體2內腔，螺杆轉子4置入螺杆橡膠定子3內腔，螺杆橡膠定子3和螺杆轉子4的型線頭數比為2:1；定子殼體2上端和上接頭1下端絲扣連接，定子殼體2下端和萬向軸殼體6上端絲扣連接；萬向軸5上端和螺杆轉子4下端絲扣連接，萬向軸5下端和旋轉水帽7上端絲扣連接；旋轉水帽7中部周向均勻設置三個斜孔連通內外空間，如圖3和圖4所示，旋轉水帽7下部周向均勻設置兩個腰形通孔；配流筒8內腔中部設置一圈臺階，配流筒8上端設置一圈凸起外緣，如圖3和圖4所示，配流筒8上部周向均勻設置兩個腰形通孔；推力軸承9安裝在配流筒8內腔中部的臺階上；旋轉水帽7下部外圓和配流筒8上部內腔間隙配合，旋轉水帽7下端面和推力軸承9上端面接觸，旋轉水帽7下部的腰形通孔和配流筒8上部的腰形通孔軸向對齊；錘頭10安裝在配流筒8內腔下部；彈簧11安裝在錘頭10外圓下部，彈簧11處於壓縮狀態；錘座13內腔上部為砧板，砧板中心設置一通孔，錘座13中部周向均勻設置三個斜孔連通內外空間，錘座13中部外圓設置為絲扣；配流筒8下端和錘座13上端絲扣連接；外殼體12上端和萬向軸殼體6下端絲扣連接，外殼體12下端和錘座13中部絲扣連接。

如圖5所示，錘頭10外圓中部設置一圈凸起臺階，錘頭10上部外圓周向均勻設置四條軸向凹槽，錘頭10下端面設置兩條正交凹槽。

本發明本發明一種脈衝式鑽井液壓錘的工作原理是：下入本發明至井底，開泵循環鑽井液，螺杆轉子4通過萬向軸5驅動旋轉水帽7旋轉，旋轉水帽7的腰形通孔和配流筒8的腰形通孔之間形成的鑽井液流道周期性變化，產生連續水擊壓力波動，從而周期性推動錘頭10下擊錘座13，每次錘頭10下擊以後在彈簧11的作用下向上返回。