一種非常規緻密巖層衝擊工具的製作方法

2023-09-20 09:23:25

本發明涉及一種非常規緻密巖層鑽井用的機械衝擊鑽具，尤其涉及石油天然氣行業非常規緻密巖鑽井提速用的衝擊鑽具。

背景技術：

在鑽井工程中，非常規緻密巖層質地堅硬，強度高，耐磨耐鑽，導致非常規緻密巖層鑽井效率低，鑽進非常困難。而隨著能源開發趨勢，鑽井深度一直在不斷增加。非常規緻密巖層受到的圍壓很高，巖層堅硬，這就給鑽井作業帶來了巨大的障礙，嚴重限制了非常規緻密巖地層能源的勘探和開發。非常規緻密巖層雖然質地堅硬，耐磨耐鑽，但是在交變的衝擊載荷下，硬地質巖層極易破碎，利用該原理對硬地質地層進行鑽井可以大大提高鑽井效率。

關於衝擊鑽具的應用比較具有代表性的空氣鑽井中使用的空氣錘，然而空氣錘是以空氣或者氮氣作為工作介質，盡在空氣鑽井的特殊作業條件下可以使用，不具備普遍性。目前國外也有使用液壓錘的鑽井工具，主要利用鑽井液的蓄能和能量釋放產生衝擊作用，對鑽井產生了積極的作用，然後鑽井液能量的連續變化也增加了循環系統的負擔，對鑽井泵和井下動力鑽具的正常工作均有一定程度的幹擾。

基於上述技術背景，本發明特提供一種非常規緻密巖層衝擊工具，提高非常規緻密巖鑽井效率。

技術實現要素：

本發明的目的是：為了解決非常規緻密巖層鑽井效率低的問題，特提供一種非常規緻密巖層衝擊工具。

為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案：一種非常規緻密巖層衝擊工具，是由動力殼體、動力轉子、推力軸承、連接筒、彈簧a、中心管、衝錘、蓋板、彈簧b、卡塊、螺釘、扶正筒、鎖套、彈簧c、防轉銷、防轉殼體、防掉端蓋和下接頭構成；其結構特徵是：動力殼體上端和上部鑽柱絲扣連接，下接頭下端和鑽頭絲扣連接；動力轉子上部設置有螺旋葉片，動力轉子外圓下部設置有一圈臺階面，動力轉子下部周向均勻設置四個斜孔連通內外腔空間；動力轉子置入動力殼體內腔；推力軸承安裝在動力轉子外圓下部的臺階面上，動力轉子下端和中心管上端絲扣連接；中心管外圓中部設置為外六方；衝錘內腔設置為內六方，衝錘外圓上部設置一圈臺階面，衝錘外圓下部設置一圈臺階面，衝錘外圓中部設置有單頭螺旋凹槽，單頭螺旋凹槽兩端收口處設置為斜面；衝錘內腔內六方套入中心管外圓中部外六方；連接筒內腔上部設置一圈凸起臺階，彈簧a安裝在連通筒內腔上部凸起臺階上；連接筒上端和動力殼體下端絲扣連接，連接筒下端和扶正筒上端絲扣連接；扶正筒外圓中部周向均勻設置六條扶正翼，其中一條扶正翼中部設置一徑向通孔，該扶正翼上端和下端分別設置有螺釘孔；卡塊外側設置一軸向沉孔，卡塊內側設置為內凹圓弧面，卡塊內側中部設置為內凹圓弧凸臺，卡塊內側中部的內凹圓弧凸臺可以在衝錘外圓中部的單頭螺旋凹槽內滑動；彈簧b安裝在卡塊外側軸向沉孔內；卡塊和彈簧b整體置入扶正筒扶正翼上的徑向通孔內，蓋板和扶正筒的扶正翼用螺釘固緊；鎖套內腔下端設置一圈凸起內緣，彈簧c安裝在鎖套下端面，鎖套和彈簧c整體置入扶正筒內腔；防轉殼體內腔上端設置一圈凸起內緣，防轉殼體內腔中部周向均勻設置八個銷子滑槽；下接頭外圓上部設置一圈臺階面，下接頭外圓中部周向均勻設置八個銷子槽；下接頭置入防轉殼體內腔，八個防轉銷依次安裝在防轉殼體內腔中部八個銷子滑槽和下接頭外圓中部八個銷子槽形成的空腔內；防轉殼體上端和扶正筒下端絲扣連接，防轉殼體下端和防掉端蓋絲扣連接。

本發明的有益效果是：(1)本發明的可以為鑽頭提供連續穩定的軸向衝擊載荷，提高非常規緻密巖層鑽井效率；(2)本發明在穩定的鑽井液流量下連續工作，保證鑽柱內腔壓降穩定，不幹擾鑽井泵和動力鑽具的工作參數；(3)本發明利用鑽井液驅動，控制方便簡單，採用機械衝擊的方式，避免傳統液壓錘的衝蝕傷害；(4)本發明是純機械結構，可適應鑽井的惡劣工況，故障率低，安全可靠。

附圖說明

圖1是本發明一種非常規緻密巖層衝擊工具衝錘上行極限位置的結構示意圖；

圖2是本發明一種非常規緻密巖層衝擊工具衝錘衝擊過程的結構示意圖；

圖3是本發明一種非常規緻密巖層衝擊工具衝錘下行極限位置的結構示意圖；

圖4是圖1中a-a截面剖視圖；

圖5是圖1中b-b截面剖視圖；

圖6是衝錘的三維結構示意圖；

圖7是卡塊的三維結構示意圖；

圖中：1.動力殼體、2.動力轉子、3.推力軸承、4.連接筒、5.彈簧a、6.中心管、7.衝錘、8.蓋板、9.彈簧b、10.卡塊、11.螺釘、12.扶正筒、13.鎖套、14.彈簧c、15.防轉銷、16.防轉殼體、17.防掉端蓋、18.下接頭。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發明一種非常規緻密巖層衝擊工具，是由動力殼體1、動力轉子2、推力軸承3、連接筒4、彈簧a5、中心管6、衝錘7、蓋板8、彈簧b9、卡塊10、螺釘11、扶正筒12、鎖套13、彈簧c14、防轉銷15、防轉殼體16、防掉端蓋17和下接頭18構成；其結構特徵是：動力殼體1上端和上部鑽柱絲扣連接，下接頭18下端和鑽頭絲扣連接；動力轉子2上部設置有螺旋葉片，動力轉子2外圓下部設置有一圈臺階面，動力轉子2下部周向均勻設置四個斜孔連通內外腔空間；動力轉子2置入動力殼體1內腔；推力軸承3安裝在動力轉子2外圓下部的臺階面上，動力轉子2下端和中心管6上端絲扣連接；中心管6外圓中部設置為外六方；衝錘7內腔內六方套入中心管6外圓中部外六方；連接筒4內腔上部設置一圈凸起臺階，彈簧a5安裝在連通筒內腔上部凸起臺階上；連接筒4上端和動力殼體1下端絲扣連接，連接筒4下端和扶正筒12上端絲扣連接；扶正筒12外圓中部周向均勻設置六條扶正翼，其中一條扶正翼中部設置一徑向通孔，該扶正翼上端和下端分別設置有螺釘孔；如圖4所示，彈簧b9安裝在卡塊10外側軸向沉孔內，卡塊10和彈簧b9整體置入扶正筒12扶正翼上的徑向通孔內；蓋板8和扶正筒12的扶正翼用螺釘11固緊；鎖套13內腔下端設置一圈凸起內緣，彈簧c14安裝在鎖套13下端面，鎖套13和彈簧c14整體置入扶正筒12內腔；防轉殼體16內腔上端設置一圈凸起內緣，防轉殼體16內腔中部周向均勻設置八個銷子滑槽；下接頭18外圓上部設置一圈臺階面，下接頭18外圓中部周向均勻設置八個銷子槽；如圖5所示，下接頭18置入防轉殼體16內腔，八個防轉銷15依次安裝在防轉殼體16內腔中部八個銷子滑槽和下接頭18外圓中部八個銷子槽形成的空腔內；防轉殼體16上端和扶正筒12下端絲扣連接，防轉殼體16下端和防掉端蓋17絲扣連接。

如圖6所示，衝錘7內腔設置為內六方，衝錘7外圓上部設置一圈臺階面，衝錘7外圓下部設置一圈臺階面，衝錘7外圓中部設置有單頭螺旋凹槽，單頭螺旋凹槽兩端收口處設置為斜面。

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖7所示，卡塊10外側設置一軸向沉孔，卡塊10內側設置為內凹圓弧面，卡塊10內側中部設置為內凹圓弧凸臺，卡塊10內側中部的內凹圓弧凸臺可以在衝錘7外圓中部的單頭螺旋凹槽內滑動。

本發明一種非常規緻密巖層衝擊工具的工作原理是：下入本發明至井底，開泵循環鑽井液，動力轉子2驅動中心管6旋轉，中心管6驅動衝錘7旋轉；卡塊10的內凹圓弧凸臺卡在衝錘7外圓中部的單頭螺旋凹槽內，衝錘7在卡塊10的作用下軸向上移，此時狀態如圖1所示；直至卡塊10移動到衝錘7外圓單頭螺旋凹槽的埠在斜面的作用下卡塊10徑向縮回，鎖套13軸向上移將卡塊縮回狀態鎖定，此時狀態如圖2所示；衝錘7在彈簧a5的作用下軸向下擊，錘擊下接頭18，此時狀態如圖3所示；衝錘7在下擊過程中，衝錘7外圓下部的臺階面與鎖套13內腔下端凸起內緣接觸，並推動鎖套13軸向下移，卡塊10解鎖，衝錘7在旋轉過程中卡塊10的內凹圓弧凸臺可重新進入衝錘7外圓中部的單頭螺旋凹槽內，開始下一個循環周期。