[发明专利]一种具有周向冲击功能的井下动力钻具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻井等领域中的具有周向冲击功能的井下动力钻具。

背景技术

随着储存较好的浅层油气资源日趋枯竭，目前世界钻井逐渐向深井、超深井等，井深增加后，岩石在地层围压的作用下其强度和硬度都会明显增加，岩石破碎的难度也大大增加。这样就会导致钻头的破岩效率不高，寿命大大降低，机械钻速大幅下降。同时在打深井超深井常出现粘滑振动，粘滑振动易造成钻具失效，并导致机械钻速下降。现有轴向旋冲钻井工具无法缓解下部钻具粘滑振动现象，现场实验和理论均表明，对钻头施加高频扭转振动可以有效减小其粘滑振动，大幅提高机械钻速，降低钻井成本。

现有专利US6742609B2采用涡轮驱动冲击机构，专利CN101463709B采用螺杆马达驱动冲击机构，这两种工具均能产生高频扭转冲击，并传递到钻头，但其缺点是易损件多，失效快。申请号为201310014444.6的一种扭转冲击钻井提速工具可以周向往复振动冲击，这种冲击易造成工具在交变应力的作用下产生疲劳失效。

发明内容

本发明的目的是：为了解决在打深井超深井粘滑振动导致的钻具失效和机械钻速不高的问题，特提供一种具有周向冲击功能的井下动力钻具。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有周向冲击功能的井下动力钻具，由外筒体、防掉帽、金属马达定子上盖、金属马达转子封盖、金属马达定子、金属马达隔离棒、金属马达转子、涡轮定子、涡轮转子、平键、撞击发生器外筒、涡轮传动轴、花键传动块、内花键传动块、撞击发生器传动轴、撞击发生器偏心环、传动销、金属马达定子下盖、径向轴承d、轴承端盖、螺钉、定位挡圈、下接头等组成，其特征在于在外筒体内，防掉帽与金属马达转子通过螺纹连接，防掉帽外径大于外筒体内的台肩直径；外筒体内的台肩下端为金属马达定子上盖，径向轴承a和径向轴承b固定在金属马达定子上盖的内台肩和金属马达上端的外台肩中；金属马达定子上盖向下为金属马达转子封盖和金属马达定子，金属马达定子内为金属隔离棒和金属马达转子，金属隔离棒通过金属马达定子内台肩和金属马达封盖进行轴向定位；径向轴承c固定在金属马达转子上端内台肩的凹槽和涡轮传动轴上端的台肩中，涡轮定子和涡轮转子装在涡轮传动轴上，涡轮转子通过平键固定在涡轮传动轴上，涡轮转子上端通过螺帽固定，下端通过涡轮传动轴上的外台肩固定，涡轮定子上端通过金属马达转子内台肩固定，下端通过撞击发生器外筒固定；涡轮传动轴中间台肩与撞击发生器外筒相接触，组合轴承a装在涡轮传动轴和撞击发生器外筒之间，撞击发生器外筒与花键传动块上端通过花键连接，花键传动块下端与内花键传动块通过花键连接，内花键传动块通过外侧台肩卡在撞击发生器传动轴上，径向轴承d通过撞击发生器外筒和花键传动块上的台肩固定在两者之间；撞击发生器偏心环通过传动销固定在涡轮传动轴上，撞击发生器偏心环和传动销下端通过组合轴承b定位，组合轴承b卡在撞击发生器传动轴的内槽和涡轮传动轴的台肩上；撞击发生器外筒下端通过由壬结构卡在金属马达转子内，组合轴承c卡在撞击发生器外筒和撞击发生器传动轴上，撞击发生器传动轴下端通过与下接头通过螺纹连接；止推轴承a卡在金属马达转子和金属马达定子下盖的台肩之间，轴承端盖周向通过多个螺钉固定在金属马达定子下盖上，并将止推轴承b卡在其中；定位挡圈通过螺纹固定在外筒体上，并将通过螺钉固定的轴承端盖固定在外筒体内，止推轴承b卡在定位挡圈和下接头之间。

所述的组合轴承a、组合轴承b和组合轴承c均为滚针和推力组合球轴承；所述的外筒体内台肩、金属马达转子内台肩和下接头上周向有多个均布通孔，金属马达定子上盖外侧周向有多个流道，金属马达定子和金属马达转子壁面两侧轴向分布有多个通孔，撞击发生器外筒上端周向分布有多个通孔，撞击发生器是两瓣结构。

本发明的有益效果是：(1)该工具可以产生提高周向高频单向冲击，并通过下接头传递给钻头，提高了钻头的破岩效率；(2)由于钻头可以产生高频周向振动，可以有效避免钻头的粘滑振动现象；(3)该工具可以同时提供旋转和周向单次冲击运动。

附图说明

图1为本发明一种具有周向冲击功能的井下动力钻具的结构示意图。