[发明专利]一种井下涡轮驱动实现井底钻头高频增压的钻井提速装置

说明书

本发明公开了一种井下涡轮驱动实现井底钻头高频增压的钻井提速装置，该装置包括上接头、涡轮马达系统、壳体、轴用弹性挡圈、下扶正轴承、运动转换装置、半圆卡环、花键套和钻头，提速装置以井下钻井液驱动涡轮马达高速旋转，带动滚轮支架和滚轮随同涡轮轴一起旋转，滚轮在正弦导轨上做周期性滚动，挤压正弦导轨使其形成周期性轴向振动，该振动能量作用在钻头上，可周期性地向钻头施加钻压。本发明装置在其整个工作过程中可在井底实现钻头增压，提高机械钻速，延长钻头工作寿命，可增加大斜度井、水平井、分支井等钻进工程中的单次钻进深度。

技术领域

本发明属于油气田钻井工具技术领域，具体涉及一种井下涡轮驱动实现井底钻头高频增压的钻井提速装置。

背景技术

近年来，油气资源勘探钻进工程逐步转向深部坚硬地层，钻遇“三高”即岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高地层的可能性越来越大，而钻头需要的钻压大多由钻头上部的钻铤重量提供的，所采用的刚性加压方式严重影响着机械钻速、钻头及井底钻具组合的工作寿命，就如何提高钻井效率、降低钻进成本、延长井底工具的工作寿命等已成为行业研究的热点问题。其中，高频冲击钻井方式可改变传统旋转切削破岩钻进方法，配合地面钻机提供的旋转扭矩，可在井底实现旋冲钻进，有利于提高机械钻速、提高破岩钻进效率，因此，为了提高钻速和破岩钻进效率，本发明提供一种井下涡轮驱动实现井底钻头高频增压的钻井提速装置。

发明内容

为了提高钻速和破岩钻进效率，本发明提供一种井下涡轮驱动实现井底钻头高频增压的钻井提速装置。

一种井下涡轮驱动实现井底钻头高频增压的钻井提速装置，所述提速装置包括上接头、涡轮马达系统、壳体、轴用弹性挡圈、下扶正轴承、运动转换装置、半圆卡环、花键套和钻头，所述壳体上端通过螺纹与上接头连接，下端通过螺纹与花键套连接，所述钻头中部外圆柱面设置有花键槽，花键槽与花键套配合传递扭矩，钻头上端外圆柱面设置有环形槽，所述半圆卡环设置在环形槽内，所述半圆卡环与壳体下端内侧设置花键结构配合，可有效地防止钻头掉落井底，形成井底落鱼，所述运动转换装置设置在涡轮轴下端与钻头之间，所述涡轮马达系统设置在壳体内部包括分水子弹头、上扶正轴承、涡轮组件和涡轮轴，所述涡轮轴设置在壳体中心且通过上扶正轴承和下扶正轴承实现径向限位及扶正，涡轮轴下端为中空设置且在外圆柱面上设置有多个斜向过流孔，涡轮轴下端插入钻头中心并可做周向转动，所述下扶正轴承下端设置在涡轮轴中部台阶和壳体内侧台阶位置，上端外侧与涡轮定子第二定位套筒连接，上端内侧由轴用弹性挡圈实现轴向限位，所述上扶正轴承设置在涡轮轴上部，所述涡轮组件包括设置在涡轮轴上的多付涡轮定子和涡轮转子，涡轮转子设置在涡轮轴上，下端由涡轮轴的限位台阶实现轴向定位，上端通过涡轮转子定位套筒与上扶正轴承连接并由分水子弹头通过涡轮轴上的螺纹实现固定，涡轮定子通过涡轮定子外圈与壳体内圈配合实现径向定位，轴向分别与涡轮定子第一定位套筒和涡轮定子第二定位套筒连接且由上接头通过上扶正轴承外圈压紧，所述运动转换装置包括滚轮、滚轮支架和正弦导轨，所述滚轮支架上设置有多个导槽，所述滚轮设置在所述导槽内部，所述滚轮支架通过锁紧螺栓固定在涡轮轴上，所述正弦导轨上端面为正弦曲面，滚轮可在正弦曲面上滚动，所述正弦导轨下端通过锁紧螺栓固定在钻头上。

进一步地，所述上接头外周面镶嵌有保径合金。

进一步地，所述涡轮马达系统的驱动动力为水力驱动。

进一步地，所述上接头的外圆柱面上设置有螺旋翼片。

进一步地，所述滚轮支架与正弦导轨均采用卡座结构设计，并通过锁紧螺栓分别进行固定。

进一步地，所述分水子弹头前端设计呈锥形结构，下端内侧设置有与涡轮轴连接的螺纹，下端外圆柱面上设有多个锯齿形结构