[发明专利]一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具

说明书

本发明公开一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具，包括上接头、旁通阀、螺杆马达、壳体、动力输入轴、万向轴、扶正轴承、轴向振动发生装置和下接头，轴向振动发生装置包括启振轴、滚珠、平面轴承、弹簧总成和凸轮体，该工具以井下钻井液驱动螺杆马达，由万向轴带动启振轴旋转，启振轴中部外侧台阶面上的滚珠在凸轮体上端导槽内运动，导槽是一个空间凸轮型轨道，存在周期性阶跃高度差，滚珠在该导槽上运动时将发生周期性抬升和跌落。本发明可在井底实现钻头增压，提高机械钻速，能够提高对应目的地层钻井的机械钻速，并能够配合不同地层岩石特性进行冲击振动特性的调控，从而达到最优的破岩效率，提高对应目的地层钻井的机械钻速。

技术领域

本发明属于油气钻井技术领域，尤其涉及一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具。

背景技术

随着石油勘探开发不断深入，钻井深度不断增加，钻遇地层日益复杂，深部地层机械钻速普遍较低。因此，提高深部地层的破岩效率是提高深层钻井速度、降低钻井成本的重要途径之一。实践证明，旋转冲击钻井技术是在现有钻井工艺条件下提高深井和超深井机械钻速的有效途径之一，研发轴向振动冲击钻井工具，能够为钻头提供额外的轴向冲击动载，加速钻头破岩效率，大幅度提高钻井机械钻速，从而缩短钻井周期，降低钻井成本。但是传统的冲击工具在正常工作时使用寿命受到限制，振动频率和冲击载荷大小的组合对破岩效率的影响机制尚不清楚，而针对不同目的层岩石的钻进时，应当选取不同的冲击振动工作参数以达到最优的破岩效率，所以本发明提出一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具，该钻具可以针对特定的岩石种类实现最优破岩效率的冲击参数调制，配合不同地层岩石特性进行冲击振动特性的调控，从而达到最优的破岩效率，提高对应目的地层钻井的机械钻速,缩短钻井周期，降低钻井成本。

发明内容

针对不同目的层岩石的钻进时为了提高破岩效率，本发明提出一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具，本发明的钻井工具能够提高对应目的地层钻井的机械钻速,并能够配合不同地层岩石特性进行冲击振动特性的调控，从而达到最优的破岩效率，提高对应目的地层钻井的机械钻速,缩短钻井周期，降低钻井成本。

一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具，所述钻井工具包括上接头、旁通阀、螺杆马达、壳体、动力输入轴、万向轴、扶正轴承、轴向振动发生装置和下接头，所述壳体两端通过螺纹分别与上接头和防掉接头连接，所述旁通阀、螺杆马达、动力输入轴、万向轴、扶正轴承和轴向振动发生装置设置在壳体内部，所述旁通阀设置在上接头内腔，上下端由上接头内腔台阶面和弹性挡圈实现轴向定位，所述螺杆马达设置在旁通阀下部且上下端分别通过定位套筒实现轴向限位，包括马达外壳、马达定子和螺杆转子，所述轴向振动发生装置包括启振轴、滚珠、平面轴承、弹簧总成和凸轮体，所述起振轴一端滑动套接于凸轮体内腔，另一端设有扶正轴承且与万向轴一端连接，通过扶正轴承实现凸轮体的径向限位，万向轴另一端与螺杆转子连接，所述启振轴中部外侧设置有双台阶面，凸轮体上端面与启振轴中部外侧台阶面对应且上面设置有导槽，所述导槽为一个空间凸轮型轨道，轨道曲面存在周期性阶跃高度差，所述滚珠设置在启振轴中部外侧台阶面的滚珠坑内，滚珠随启振轴旋转时，将在凸轮体的导槽内运动，所述平面轴承设置在启振轴中部内侧台阶面上，所述弹簧总成顶接于平面轴承与凸轮体内部台阶面之间，所述下接头通过螺纹与凸轮体下端连接，防掉接头套装在下接头和凸轮体上，所述弹簧总成、凸轮体根据需要的冲击频率进行更换。

进一步地，所述旁通阀包括旁通阀阀芯、旁通阀弹簧和旁通阀阀座，所述旁通阀弹簧两端分别顶接于所述旁通阀阀芯和旁通阀阀座。

进一步地，所述万向轴包括连接轴、十字头和中间轴，中间轴两端分别通过十字头与连接轴活动连接，一端的连接轴与螺杆转子通过动力输入轴连接且通过平键传递扭矩并由销钉实现轴向限位，另一端的连接轴与起振轴上端连接并通过平键传递扭矩且由销钉实现轴向限位。