[发明专利]一种具有碟簧-密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置

说明书

本发明一种具有碟簧‑密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置，包括上接头、外壳、涡轮驱动总成、正弦轴冲总成、螺旋扭冲总成、碟簧‑密封腔缓冲总成和下接头，涡轮驱动总成位于该工具上部，提供工具运行所需的动力，正弦轴冲总成采用正弦面结构产生轴向往复冲击，螺旋扭冲总成采用螺旋形滑道、钢球和直线短滑道结构产生扭转冲击，位于该工具下部的碟簧‑密封腔缓冲总成采用碟簧和形成封闭密封腔结构则可以缓冲过于强力的扭转冲击。本发明可以对过于强力的扭转冲击起缓冲作用以起到减小零件受载并提高该扭转冲击工具的使用寿命以及提高钻头破岩效率和钻进速度，减少起下钻和降低钻进成本。

技术领域

本发明一种具有碟簧-密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置，属于石油天然气行业钻井工程领域。

背景技术

随着石油工业的发展，深井超深井勘探开发的比例正逐步增加。据中石油发布的第四次全国油气资源评价结果显示：中国陆上常规天然气资源量为41.00×10¹²m³；其中，深层约占30.1％，超深层约占40.2％。陆上致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气资源量为101.86×10¹²m³，深层—超深层致密气、页岩气资源量约占29.8％。这加大了开采石油、天然气资源的难度。

在深井钻井过程中，由于钻柱长度较长、扭转刚度减弱，井下摩阻扭矩较大，钻柱在井下的钻速降低，易造成深井机械钻速慢、钻井周期长、钻头粘滑等问题。

振荡器的使用，可有效解决上述问题。研究结果表明，振荡器通过轴向冲击增大钻头切削深度，通过扭转冲击增大切削力，进而减小了硬岩地层的粘滑振动，破岩效率显著提高。与单一轴向冲击工具和扭转冲击工具相比，振荡器的机械钻速提高至少30.2％。

然而传统的振荡器在实际工程应用中还存在一些不足，其通常利用扭转冲击块与承冲块的金属面硬性撞击产生冲击，产生的过于强力的冲击易造成振荡器易损零件的过早失效，致使整个振荡器无法工作，从而导致钻井进度中断且无法持续高速进行。

为了达到缓冲过强冲击，进而减小扭转冲击块受载，提高该振荡器的使用寿命，减少起下钻次数和降低钻井成本，提高破岩效率的目的，提出了一种具有碟簧-密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置。

发明内容

本发明的目的是：针对现有的技术缺陷，提出了一种具有碟簧-密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置，在产生满足钻头提速所需的冲击的同时，缓冲过强冲击，从而降低扭转冲击块的最大载荷，提高该振荡器的使用寿命，保证更长时间的高效破岩和高速钻进。

本发明采用以下技术方案：

本发明一种具有碟簧-密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置，主要由上接头、外壳、涡轮驱动总成、正弦轴冲总成、螺旋扭冲总成、碟簧-密封腔缓冲总成和下接头组成；涡轮驱动总成由中心轴、串轴承、涡轮定子、涡轮转子、TC轴承、轴承支座、静密封圈组一、特殊圆螺钉、堵盖、圆螺母和轴向定位套筒二组成；正弦轴冲总成由下轴向冲击块、上轴向冲击块、静密封圈组二、内六角圆柱头螺钉、周向定位套筒和轴向定位套筒一组成；螺旋扭冲总成由动密封圈组一、同轴组合密封圈二、启动轴、钢球、动密封圈组二、动密封圈组三、扭转冲击块端盖、扭转冲击块和承冲块组成；碟簧-密封腔缓冲总成由碟簧、缓冲轴、同轴组合密封圈一、缓冲仓上部分、缓冲仓下部分、注油螺钉和同轴组合密封圈三组成。

上接头与外壳通过螺纹连接；涡轮定子通过轴承支座外圈凸起台阶和串轴承外圈轴向压紧定位固定在外壳上；涡轮转子通过中心轴下端上的轴环上轴面和TC轴承内圈压紧定位固定在中心轴上；TC轴承内圈通过圆螺母与中心轴上端螺纹配合固定在中心轴上并同时压紧涡轮转子；轴承支座通过上接头下端螺纹和外壳内壁的螺纹配合固定于外壳上并同时压紧涡轮定子。

中心轴下端通过花键与上轴向冲击块固连；下轴向冲击块通过花键与启动轴上端固连；周向定位套筒通过内六角圆柱头螺钉与外壳固定。