[发明专利]基于涡轮与双螺旋滚珠丝杆的井下振动冲击工具

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，天然气、煤气层的钻井等领域中具有振动冲击的井下钻具。

背景技术

近些年来，随着我国工业的不断发展，石油、天然气的需求和开采量也日益增多。然而，这种局面导致大量浅层油气资源的枯竭。为了缓解我国石油资源的短缺问题，人们开始向深井、超深井等环境条件严峻的领域进行石油开采。但是根据开采现场情况表明：随着钻井深度的增加，岩石在地层围压的作用下其强度和硬度都明显增加，使岩石破碎的难度大大增加；同时在钻井过程中，钻头常常会出现卡钻、粘滑现象；这些因素导致钻头机械钻速下降，破岩效率降低，增加了钻井成本。目前大部分现场采用液动冲击回转钻井技术，由于液动冲击器的换向动作是依靠钻井液驱动换向阀来实现的，在其工作过程中容易出现以下两个缺陷：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。

基于此，为了有效的提高钻头机械钻速，达到迅速破岩的目的，本文提出基于涡轮与双螺旋滚珠丝杆的井下振动冲击工具。

发明内容

本发明的目的是：为了解决钻深井以及大位移井过程中现的卡钻、粘滑现象，提高破岩效率，降低钻井成本，特提供基于涡轮与双螺旋滚珠丝杆的井下振动冲击工具。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：基于涡轮与双螺旋滚珠丝杆的井下振动冲击工具，主要是由上端涡轮驱动总成、中空传动轴、上部外筒体、下端涡轮驱动总成、双螺旋滚珠丝杆、传动管、冲击锤、砧子、八方套、钻头接头等组成；其特征在于，上部涡轮外壳与上部外筒体之间通过螺纹连接，在上部涡轮外壳内轴肩上开有均匀分布的液流通孔；上端涡轮驱动总成设置在上部涡轮外壳的内部，其中涡轮转子安装于涡轮中心轴上，其上端由螺纹连接在涡轮中心轴上的螺母进行轴向定位，下端通过涡轮中心轴的外轴肩进行轴向定位；涡轮定子紧贴上部涡轮外壳内壁，其上下端分别通过上调整环和下调整环进行轴向定位，上调整环由上部涡轮外壳内轴肩与涡轮定子进行轴向固定，下调整环由涡轮定子与涡轮中心轴外轴肩进行定位；涡轮中心轴下端开有轴向液流通道，其上端通过上部涡轮外壳内轴肩进行定位，并在其下端开有均匀的进液通道；平键安装在涡轮转子和涡轮中心轴的键槽中；在上部涡轮外壳内轴肩凹槽与涡轮中心轴上端之间安装有径向轴承组合；密封圈安装在上端涡轮外壳下端与涡轮中心轴下端之间；在涡轮中心轴外轴肩和上部外筒体内轴肩之间有垫圈和轴承组合，轴承组合是由圆柱滚子轴承和推力球轴承组成，轴承组合下端由螺纹连接在涡轮中心轴上的螺母进行轴向定位；中空传动轴上下端依次与涡轮中心轴和下部涡轮外壳通过螺纹连接，且与上部外筒体为间隙配合，在其外壁与上部外筒体之间有动密封圈组，动密封圈组由3组L型密封圈与长方形密封圈，以及2个垫圈组成；在下部涡轮外壳内轴肩上开有均匀分布的液流通孔；下端涡轮驱动总成安装在下部涡轮外壳内部，其中涡轮转子安装涡轮中心轴上，其上端由螺纹连接在涡轮中心轴上的螺母进行轴向定位，下端通过涡轮中心轴的外轴肩进行轴向定位；涡轮定子紧贴下部涡轮外壳内壁，其上下端分别通过上调整环和下调整环进行轴向定位，上调整环由下部涡轮外壳内轴肩与涡轮定子进行轴向固定，下调整环由涡轮定子与涡轮中心轴外轴肩进行定位；涡轮中心轴上端通过下部涡轮外壳内轴肩进行定位；平键安装在涡轮转子和涡轮中心轴的键槽中；在下部涡轮外壳内轴肩凹槽与涡轮中心轴上端之间安装有径向轴承组合；转接头上下端依次与涡轮中心轴和双螺旋滚珠丝杆通过螺纹进行连接，在其上下端开有均匀分布的进液通道和排液通道；密封圈安装在转接头和下部涡轮外壳上端之间；下部外筒体内轴肩与转接头之间安装有挡圈和轴承组合，轴承组合是由圆柱滚子轴承和推力球轴承组成，其下端由螺纹连接在转接头上的螺母进行轴向定位；在双螺旋滚珠丝杆螺纹副之间装有光滑的椭球，在椭球中心球面上开有圆形球槽；在传动管内壁通过螺钉连接一个球支座，球支座通过固定的圆球与椭球中心面的圆形球槽配合来传递双螺旋滚珠丝杆和传动管之间的运动；传动管为沿着轴线对称分开的两瓣，并采用螺钉将分开的两瓣连接起来，其下端与冲击锤通过螺纹连接；砧子安装在八方套内，其下端与钻头接头用通过螺纹进行连接。