[实用新型]一种用于硬地层的涡轮式扭转冲击钻具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井在钻进过程中给PDC钻头施加低幅高频扭转冲击，特别适用于与PDC钻头配套钻探深井硬地层的一种用于硬地层的涡轮式扭转冲击钻具。

背景技术

PDC钻头钻硬或研磨性地层时，通常没有足够的扭矩来破碎地层，从而使钻头瞬间停止转动。这时，扭转能量储存在钻柱中，钻柱会像发条一样扭紧，一旦产生了剪切破碎地层所需的扭矩，钻柱能量便会释放开来，在PDC齿上施加比平常高得多的冲击载荷，最终使金刚石齿破碎并导致钻头失效。在钻井过程中，起下钻和更换失效的PDC钻头是造成钻井成本增加的一个重要因素。围绕钻进过程中由于钻头或BHA的粘滑现象造成钻头失效的问题，研究表明可以通过在钻头上周期性地施加小幅高频扭转冲击来降低钻头的失效率和提高钻进速度。在该理论的指导下，设计了涡轮式扭转冲击钻具。该工具可直接安装在旋转钻井或定向钻井总成中PDC钻头的上方。该工具能给钻头施加小幅高频扭转冲击，当与钻柱稳态扭矩相结合时，能对钻头产生高效的破岩扭矩，从而大大降低钻头的粘滑现象，大幅提高机械钻速，延长钻头寿命，减少钻柱振动，降低钻进成本。该工具的长度短，所以对底部钻具组合的影响很小，可适用于目前的深井、超深井、定向井、大位移井及其它特殊工艺井的钻探施工中。

发明内容

本实用新型的目的是：针对现有技术不足，提供一种用于硬地层的涡轮式扭转冲击钻具，它可以解决硬或研磨性地层中因钻头瞬时破岩能量不足导致的粘滑振动或卡钻现象，提高钻头钻进效率和使用寿命，减少起下钻和降低钻进成本。

为了达到上述目的，本实用新型解决此技术问题所采用的技术方案是：一种用于硬地层的涡轮式扭转冲击钻具，是由壳体、防掉螺母、防掉挡盘、拉杆、涡轮、传动轴、空腔运载器、转动冲击器和近钻头钻柱短节等组成，所述壳体和近钻头钻柱短节用花键连接；涡轮、扩散器、环形空腔和传动轴组成涡轮马达，涡轮马达由螺钉固定在壳体内；涡轮沿着传动轴轴向安装，并在壳体与传动轴之间形成环形空腔；扩散器安装在环形空腔内；传动轴沿圆周均布有四个导流孔，导流孔为传动轴外部流体流入传动轴内孔的流通通道，传动轴上端通过螺纹与拉杆连接；拉杆与上端的防掉螺母用螺纹连接，防掉螺母配合防掉挡盘起防掉作用，防掉挡盘由螺钉固定在壳体内部；传动轴下端内孔中安置有辅助止推轴承，传动轴下端与空腔运载器由螺纹连接；空腔运载器上端安置止动套，止动套与近钻头钻柱短节上端用螺纹连接，止动套上端安置止推轴承；转动冲击器安置在空腔运载器空腔内，由两个销钉固定，转动冲击器内有冲击锤；两个销钉分别安置在空腔运载器内的两个半圆形凹槽与转动冲击器上的环形凹槽和长条形凹槽配合形成的孔内；空腔运载器下端有环形挡块，由螺钉固定；环形弹簧安装在环形挡块和近钻头钻柱短节之间；近钻头钻柱短节下端母螺纹用于连接PDC钻头或其它工具，近钻头钻柱短节上有承撞轴肩；冲击锤和承撞轴肩配合形成棘轮结构，在涡轮马达驱动下，空腔运载器带动冲击锤周期性的冲击承撞轴肩，并通过近钻头钻柱短节把能量传递给钻头或其它工具；壳体下端均布有四个40°的壳体花键，形成四个50°的壳体花键槽；近钻头钻柱短节有四个45°的近钻头钻柱短节花键环绕排列在近钻头钻柱短节端面上，形成四个45°的近钻头钻柱短节花键槽。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：1、该工具用涡轮马达提供动力，耐高温性能好，且不会引起离心惯性力和横向振动；2、可以给钻头施加一种低幅高频扭转冲击力，从而大大降低钻头的粘滑现象，大幅提高机械钻速；3、通过给钻头周期性的提供扭转冲击力，可以稳定传递给钻头扭矩，降低卡钻致使钻头失效的可能性，减少起下钻和操作费用，提高综合技术经济效益。

附图说明

图1是本实用新型一种用于硬地层的涡轮式扭转冲击钻具的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面示意图；

图3是图1的B-B剖面示意图。

图中：1.壳体，2.防掉螺母，3.防掉挡盘，4.拉杆，5.涡轮，6.扩散器，7.传动轴，8.环形空腔，9.导流孔，10.螺钉，11.止动套，12.空腔运载器，13.销钉，14.转动冲击器，15.环形挡块，16.环形弹簧，17.近钻头钻柱短节，18.公螺纹，19.母螺纹，20.销钉，21.止推轴承，22.辅助止推轴承，23.环形凹槽，24.长条形凹槽，25.冲击锤，26.承撞轴肩，27.空腔，28.近钻头钻柱短节花键，29.壳体花键，30.近钻头钻柱短节花键槽，31.壳体花键槽，32.螺钉，33.螺钉。

具体实施方式