[发明专利]一种旋冲螺杆钻具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中的具有旋转冲击功能的螺杆钻具。

背景技术

随着赋存较好的浅层油气资源的逐渐枯竭，目前世界钻井逐渐向深井、超深井等领域发展，井深增加后，岩石在地层围压的作用下其硬度和强度都会明显增加，导致钻头破岩效率不高，寿命大大降低，钻井速度大幅下降，而钻井速度的提高关键在于如何提高钻头的破岩效率。为提高钻头破岩效率，利用井下工具与钻头组合，产生振动提高机械钻速，其应用包括在深井和超深井中采用液动冲击回转钻井技术和对射流冲击器的改进提高钻井速度，现场实验结果表明可提高机械钻速30％以上，以及利用井下工具产生旋转振动冲击，其应用包括使用扭力冲击器配合个性化钻头，提高机械钻速，现场使用结果对比表明提高机械钻速110％左右。旋冲钻井的关键是在钻具的近钻头上方接一个冲击器，钻井过程中，钻具一边旋转，冲击器一边产生轴向冲击力作用于钻头，钻头对岩石产生一个交变的冲击力，达到迅速破岩的目的。

现场使用表明，液动冲击器的换向动作时依靠钻井液驱动换向阀来实现的，液动冲击器普遍存在两个缺陷，一是钻井液的冲蚀导致开关阀件不能正常工作，从而造成整个冲击器性能不稳定，寿命短；二是振动频率和冲击力随钻井液排量和泵压等因素的变化而变化，这种变化无论对钻头设计还是对岩层破碎做功求解都很难做到与实际情况相符，冲击破碎效果不理想。因此，为解决现有冲击器使用过程中的问题，开发新的具有旋转冲击功能的螺杆钻具尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于：为解决深井、超深井中钻头破岩效率和机械钻速不高和现有液动冲击器使用效果不理想的问题，特提供一种旋冲螺杆钻具。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种旋冲螺杆钻具，由旁通阀壳体、阀芯、弹簧、阀体、挡圈、防掉接头、防掉螺帽、防掉连杆、马达壳体、定子、转子、万向轴壳体、活铰、万向轴连杆、转接头、外壳体、浮动活塞、上轴体、轴承外壳、防磨垫圈、跳动垫、橡胶垫圈、补偿盒、上挡圈、上分环、凸轮外壳体、滚轮座、滚轮、凸轮、凸轮座、花键销、下挡圈、下分环、底部活塞壳体、下轴体、下壳体、密封盒、浮动环、冲击盘、冲击喷嘴组成，其特征在于外壳部分，旁通阀壳体、防掉接头、马达壳体、万向轴壳体、外壳体、轴承壳体、凸轮壳体、底部活塞壳体和下壳体依次通过丝扣相连；在旁通阀壳体内，阀芯与阀体之间采用间隙配合，弹簧卡在阀芯和阀体之间，旁通阀壳体上的台肩和挡圈将阀体与阀芯卡在中间，阀芯下端有周向均布的通孔，旁通阀壳体上一侧有通孔；防掉接头内，防掉连杆上端与防掉螺帽，下端与转子通过螺纹连接，防掉螺帽外径大于防掉接头内台肩的的内径；马达壳体内为定子与转子配合，转子下端开有斜孔，转子下端与活铰相连，活铰、球座、大球、压圈、锁紧套、橡胶护套、万向轴连杆一起组成万向轴，万向轴为球瓣式万向轴，压圈压在万向轴连杆上，锁紧套上有台肩，锁紧套与活铰通过螺纹连接，并将橡胶、压圈和万向轴连杆与活铰固定在一起；球座装在活铰内，使大球装在球座和万向轴连杆之间，万向轴上下两端为对称结构，万向轴下端与转接头相连；浮动活塞位于上轴体和外壳体之间，上轴体上部与转接头通过螺纹相连，下部与下轴体通过花键连接，上轴体与下轴体之间为周向均布的8个花键销，冲击喷嘴通过螺纹固定在上轴体上，冲击盘置于下轴体与冲击喷嘴之间的台肩内；轴承壳体内，上分环通过锯齿槽形卡在上轴体上，并用上挡圈进行固定，上分环向上依次为补偿盒、橡胶垫圈、跳动垫、防磨垫圈，橡胶垫圈和跳动垫装在补偿盒中，上分环向下为对称结构；凸轮外壳体内部有滚轮座、滚轮、凸轮、凸轮座、下挡圈、下分环，滚轮座通过周向三个均布的螺钉固定于凸轮外壳体上，凸轮周向通过三个均布螺钉固定在凸轮座上，滚轮装在滚轮座上，滚轮可以绕自身轴线旋转，滚轮个数为3个，凸轮为圆柱凸轮，凸轮座通过螺纹连接在下轴体上，下分环通过锯齿槽形卡在下轴体上，并通过下挡圈固定，下分环轴向通过底部活塞壳体固定；密封盒通过螺纹固定在底部活塞壳体上，浮动环位于下壳体和下轴体之间，浮动环上装有O形密封圈；上分环和下分环为两瓣结构，上挡圈与上分环和下挡圈与上分环都采用过盈配合；轴承壳体和凸轮外壳体与下轴体之间有密封圈c和密封圈b，底部活塞壳体与下轴体之间有密封圈a；底部活塞壳体上有一螺堵孔，旋冲螺杆钻具装配完成后，从螺堵孔通入一定量的润滑油，使凸轮外壳体和底部活塞壳体内都充满润滑油，润滑油通过密封圈a、密封圈b、O形密封圈b和密封圈进行密封。