[发明专利]一种井下马达驱动产生冲击振动作用的钻井提速装置

说明书

本发明公开了一种井下马达驱动产生冲击振动作用的钻井提速装置，该装置是以螺杆马达旋转能为动力，带动下启振体旋转，由于上启振体与下壳体配合只能在轴向方向上来回运动，不能随下启振体转动，所以上启振体与下启振体产生相对转动，启振钢球在内部起减小摩擦力作用；上启振体在轴向往复运动时使与之配合的弹簧产生周期性压缩，产生弹簧能，弹簧能反作用在下启振体与连接钻头的主轴上，从而周期性的给钻头提供钻压，上启振体和弹簧周期性的运动对工具产生周期性的轴向振动。本发明在工作过程中可以增加钻压，降低钻进过程中的粘滑和卡钻，增加机械钻速，延长钻头使用寿命，进而可以增加水平井、分支井、连续油管/过油管钻进所能达到的深度。

技术领域

本发明涉及在石油钻井工程中用于加快钻井速度的一种井下马达驱动产生冲击振动作用的钻井提速装置。

背景技术

在钻井过程中，破岩方式是影响钻速的重要因素，井下遇阻或卡钻将严重影响钻井过程。随着勘探开发的不断深入，大位移水平井、复杂井增多，如何降低摩阻、减少常规钻井卡钻事故，增加动钻压、提高常规钻井的效率，成为钻井过程中亟需被解决的难题。

目前在石油钻井中，钻头需要的钻压是由钻头上部的钻铤重量提供的，这种传统的刚性加压方式存在许多不可避免的弊端，如送钻不均匀、跳钻钻具弯曲、假钻压等等，这些弊端都严重影响着机械钻速、钻头及钻具的寿命，特别是水平井钻进时钻压传递困难，导致钻头破岩效率低，影响钻井速度。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种井下马达驱动产生冲击振动作用的钻井提速装置。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种井下马达驱动产生冲击振动作用的钻井提速装置，包括主轴、扭矩传递套筒、钻头短节、上壳体、中间壳体和下壳体，所述主轴的上端与马达的转子固定连接，主轴的下端通过扭矩传递套筒与钻头短节的上端传动连接，钻头短节的下端连接钻头，所述上壳体的上端与马达的定子固定连接，上壳体与中间壳体和下壳体固定连接；在钻头短节和下壳体之间设置有能够将马达的轴向旋转能转换成轴向振动冲击能的能量转换机构，所述能量转换机构包括冲击座、弹簧和启振体，启振体设置在冲击座的底部，在冲击座与下壳体之间形成有弹簧空间，所述弹簧安装在弹簧空间内，所述启振体包括上启振体和下启振体，上启振体与冲击座固定连接，下启振体与钻头短节固定连接，在上启振体和下启振体上设置有相互配合的曲面轨道，在曲面轨道内放置有滚动钢球，当下启振体随主轴转动时，上启振体在轴向产生周期性的位移变化，进而带动弹簧产生周期性的压缩与释放，使钻头产生周期性的轴向振动。

优选的，在钻头短节上设置有下TC轴承外圈，在下TC轴承外圈的顶端设置有下锁紧螺母，在下TC轴承外圈的底端设置有下TC轴承外圈定位套，在下壳体上设置有下TC轴承内圈，下TC轴承外圈与下TC轴承内圈紧密接触；在主轴上设置有上TC轴承外圈，在上TC轴承外圈的顶端设置有上锁紧螺母，在上TC轴承外圈的底端设置有推力轴承组，在上壳体上设置有上TC轴承内圈，上TC轴承外圈与上TC轴承内圈紧密接触。

优选的，在上启振体的顶端设置有第一凸起，在冲击座的底端设置有与第一凸起配合连接的第一凹槽；在下启振体的底端设置有第二凸起，在下锁紧螺母的顶端设置有与第二凸起配合连接的第二凹槽。

优选的，在弹簧空间的底部设置有用于调整弹簧预紧力的垫片。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过能量转换机构等的合理设计，可把主轴的部分转动能转化为钻压产生周期性温和的轴向振动冲击，从而在钻进过程中增加钻压，显著改善钻压在钻进过程中的损失，进而提高钻井速度、延长钻具使用寿命、降低钻进过程中的粘滑和卡钻，并且增加水平井、分支井、连续油管/过油管钻进所能达到的深度。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构原理示意图；