[发明专利]一种弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置，尤其涉及一种通过井下马达、旋转轴和冲振套件相互配合产生快速连续冲击的弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置。

背景技术

随着石油及天然气的勘探与钻采不断向地球深部地层发展，在实际勘探及钻采过程中遇到的硬质地层逐渐增多，这种地层的岩石随着硬度的增加，可钻性较差。迫切需要一种新型钻井工具和方法来提高钻井速度。实践表明，冲击旋转钻井技术利用岩石在冲击载荷作用下易于破碎的特点，能够大幅度提高破岩效率和钻速。该技术已经开始应用于油气钻井、地热钻井、采矿工程等难钻地层的施工过程中来提高钻速。目前该项技术的核心工具冲击旋转装置主要分为两种：一种是，利用射流元件周期性改变钻井流体的流动方向，带动冲锤上下运动，产生冲击载荷的液动射流式冲击器；另一种是，利用水力脉冲产生振荡，从而产生冲击载荷的水力脉冲诱发井下振动钻井方式。这两种冲击旋转装置目前还存在着机构容易发生故障、使用寿命不够长、冲击载荷幅值较小等问题。

为此，发明了一种利用弹簧蓄能激发的新型弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置，该装置通过井下马达、旋转轴和冲振套件相互配合产生快速连续冲击，以实现提高钻进效率的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置，包括井下马达和与该井下马达连接的钻管，在该钻管下端设有钻头，在所述钻管内设有冲击机构，该冲击机构包括井下马达、设置在该井下马达下端的旋转轴和套设在该旋转轴下部的冲振套件。

所述冲振套件由上至下依次设有蓄能弹簧、冲击锤套和砧套；在所述蓄能弹簧上端设有限位凸台，该限位凸台外壁与所述钻管连接，该限位凸台内壁与所述旋转轴外壁对应设置。

所述蓄能弹簧上端通过止推轴承与所述限位凸台连接；该蓄能弹簧下端与所述冲击锤套连接。

所述冲击锤套套设在所述旋转轴上，并与所述旋转轴滑动连接；所述砧套与所述钻管固定；所述冲击锤套底端设有上环状齿头，所述砧套顶端设有与所述上环状齿头相对应的下环状齿头。

所述上环状齿头包括多个沿冲击锤套圆周方向首尾相接顺序设置的下凸沿，所述下环状齿头包括多个沿砧套圆周方向首尾相接顺序设置的上凸沿；所述下凸沿与上凸沿呈交错对应设置。

所述砧套包括锤击部和设置在该锤击部下端的安装部，所述旋转轴底端插装在所述锤击部内，所述锤击部外壁呈圆筒形设置并与所述钻管内壁相适应。

所述钻管底端设有转换接头，该转换接头上端通过螺纹与所述砧套底端连接，该转换接头底端通过螺纹与所述钻头连接。

在所述砧套底部套设有提拉短节，该提拉短节上端与所述钻套底端连接，该提拉短节下端与所述转换接头上端端面接触。

在所述旋转轴上部套设有限位轴承，所述旋转轴通过该限位轴承与所述钻管连接。

在所述钻管上端设有连接套，该连接套下端与所述钻管螺纹连接，该连接套上端设有用于与所述旋转钻进马达螺纹连接的接头。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1、本发明采用冲击机构的设计，通过井下马达、旋转轴和冲振套件相互配合，产生快速连续的冲击，使钻管在钻进过程中对地下岩层进行振动并使岩石碎裂，从而加快钻进过程，减小钻进阻力，提高钻进效率；本发明的弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置采用全机械结构的设计，使装置的各部件安装更加合理、紧凑，有效保证了装置的使用寿命，且节省了制造成本。

2、本发明采用蓄能弹簧的设计，当所述冲击锤套随旋转轴开始转动时，所述下倾面沿与其对应的上倾面滑动，在下倾面与上倾面的配合作用下，所述冲击锤套被不断向上推升，直至最高点（当下倾面和下立面之间的夹角与上倾面和上立面之间的夹角相对应时），此时蓄能弹簧被充分压缩并蓄能；随着所述旋转轴继续转动，所述蓄能弹簧向下释放能量并产生冲击载荷；在蓄能弹簧的激发作用下，所述冲击锤套的下立面沿砧套的上立面垂直落下并使所述下倾面锤击在砧套的上倾面上，锤击所产生的冲击载荷通过砧套下端的转换接头传递至钻头实现振动破岩的目的；也就是说蓄能弹簧可以将冲击锤套因旋转而产生的势能进行压缩蓄势，并转换成动能进行释放，释放所产生的冲击载荷作用于钻头对岩石进行冲振，提高破岩能力。