[发明专利]一种用于螺杆钻具的轴向运动放大器

说明书

本申请涉及一种用于螺杆钻具的轴向运动放大器，包括：外壳体，其为两端连通的空心管体结构，外壳体的内壁上设有沿外壳体的轴线方向周期波动的第一曲线；下轴杆，其位于外壳体内且与外壳体间隔设置，下轴杆的外壁上沿下轴杆的轴线方向设有周期性波动的第二曲线；耦合杆，其位于外壳体的第一曲线和下轴杆的第二曲线之间，第一曲线的周期大于第二曲线的周期；下轴杆通过耦合杆带动外壳体轴向往复运动，并放大外壳体轴向位移，以使外壳体轴向位移大于下轴杆轴向位移。本申请旋冲总成驱动下轴杆轴向往复运动时，下轴杆的第二曲线加倍驱动耦合杆带动外壳体轴向往复运动，进而轴向运动放大器加速将旋冲总成产生的微小轴向位移加倍放大，提高钻井的效率。

技术领域

本申请涉及石油、天然气钻井用旋冲螺杆钻具技术领域，特别涉及一种用于螺杆钻具的轴向运动放大器。

背景技术

在石油和天然气开采过程中，旋冲螺杆钻具的应用越来越广泛。旋冲螺杆钻具主要包括马达总成、万向轴壳体、万向轴总成和旋冲总成，其中万向轴总成是将马达转子的行星运动转化成旋冲总成上、下主轴的定轴运动，使马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上，并由旋冲总成产生轴向撞击，带动钻头提高破岩能量。可见，旋冲螺杆钻具的旋冲总成是极为关键的部件，其输出的轴向撞击力决定了钻头提高破岩效率。

目前，旋冲螺杆钻具的旋冲总成轴向撞击力的大小由其凸轮的最大高度和最小高度决定。虽然凸轮设计的时候存在一定的高度差，但是由于旋冲总成的滚子在旋转的时候具有较快的转速，并不能从凸轮的最高点撞击到凸轮的最低点，而是从中间的最高点撞击到凸轮曲线的中间某一点，具体在哪一点上，由马达的转速决定。

由此可见，旋冲总成产生的撞击力没有完全发挥出来，产生的钻井提速效果就不会特别的明显。而如果直接把凸轮的最高点和最低点的高度差增加，则提高了凸轮曲线的坡度，存在滚子在凸轮表面爬升存在困难的问题，将损失马达产生的扭矩，且这种增加滚子撞击凸轮的方式也能大幅度的提高撞击行程。

发明内容

本申请实施例提供一种用于螺杆钻具的轴向运动放大器，以解决相关技术中旋冲总成产生的撞击力对钻井提速效果不佳的问题。

本申请实施例提供了一种用于螺杆钻具的轴向运动放大器，包括：

外壳体，所述外壳体为两端连通的空心管体结构，所述外壳体的内壁上设有沿外壳体的轴线方向周期波动的第一曲线；

下轴杆，所述下轴杆位于所述外壳体内且与外壳体间隔设置，所述下轴杆的外壁上沿下轴杆的轴线方向设有周期性波动的第二曲线；

耦合杆，所述耦合杆位于所述外壳体的第一曲线和下轴杆的第二曲线之间，所述第一曲线的周期大于第二曲线的周期；

所述下轴杆通过耦合杆带动外壳体轴向往复运动，并放大外壳体轴向位移，以使大外壳体轴向位移大于下轴杆轴向位移。

在一些实施例中：还包括保持架，所述保持架为空心管体结构，并套设在下轴杆的外周，所述保持架上径向开设有轴向和周向定位所述耦合杆的定位通孔。

在一些实施例中：所述定位通孔在保持架上开设有多个，多个所述定位通孔在保持架上沿保持架的轴向和周向依次间隔排列；

所述耦合杆设有多个，多个所述耦合杆分别一一对应位于多个所述定位通孔内。

在一些实施例中：所述耦合杆包括位于所述定位通孔内且与下轴杆的轴线垂直的圆柱体，所述圆柱体的一端设有与第一曲线的曲面接触的第一球头，所述圆柱体的另一端设有与第二曲线的曲面接触的第二球头。

在一些实施例中：所述第一球头的圆弧曲率半径小于第一曲线的曲率半径，所述第二球头的圆弧曲率半径小于第二曲线的曲率半径。

在一些实施例中：所述外壳体的下端设有孔径缩小的台肩，所述台肩的顶部设有安装弹性缓冲件的安装孔，所述安装孔的直径大于下轴杆的直径，所述下轴杆的底面与弹性缓冲件相互接触。