[发明专利]凸轮式高频冲击钻井工具

说明书

技术领域

本发明属于油气钻完井技术领域，特别是涉及一种凸轮式高频冲击钻井工具。

背景技术

目前在常规钻井作业时，普遍采用单一的旋转钻井技术，PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合，而井下振动会损坏单个PDC切削齿，这样不仅缩短了钻头的使用寿命，影响钻具的安全性，而且还会导致钻井机械钻速低，进尺缓慢，钻具提前产生应力疲劳等。此外，还会引起扭矩波动干扰定向控制和随钻测井（LWD）信号，以及产生不规则井眼降低井身质量。因此传统的旋转钻井技术已无法满足深部地层中软硬交错地层、硬地层等可钻性差的地层的钻井时效要求。旋冲钻井技术是在常规旋转钻井的基础上，将冲击和旋转结合起来的钻井方法。其原理是在钻头上端安装一个冲击器，钻井过程中形成高频的、均匀稳定的机械冲击能量，使钻头和井底能始终保持连续的高频切削，提高剪切效率，消除钻头运动时可能出现的一种或多种有害振动和粘滑现象。旋冲钻井技术与其它钻井工艺相比，更好的利用了坚硬岩石脆性大，而抗剪强度较低、不耐冲击的弱点，且在钻井时只需施加较小的钻压来压持钻头，故能有效地解决坚硬岩层和某些复杂岩层钻探过程中的一些问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种凸轮式高频冲击钻井工具，该工具能消除钻井过程的轴向跳动、横向涡动以及粘滑现象，提高钻井机械转速，延长钻具使用寿命。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

凸轮式高频冲击钻井工具，包括螺杆总成和轴向振动总成；

所述螺杆总成包括与螺杆钻具连接的密封筒、与钻井电动机传动轴相连的心轴以及与心轴连接的下接头；

所述轴向振动总成包括设置在密封筒与心轴之间且通过紧固件与密封筒内壁固接的上凸轮、设置在密封筒与心轴之间且与心轴键连接的下凸轮和套装在心轴外部的碟簧、悬挂螺母和止推轴承，所述悬挂螺母螺纹连接下接头；

所述密封筒与心轴之间还设有位于上凸轮另一侧的上密封套；

所述密封筒与下接头之间套装有浮动活塞，并由浮动活塞、上密封套、心轴和设置在心轴与下接头之间的第一密封圈与密封筒构成可充满液压油的密闭腔室。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述密封筒上端和下两端分别制有用于注入和释放液压油的注油孔，在所述注油孔上装有油堵。

所述上密封套与心轴之间装有第二J型滑环式组合密封。

所述浮动活塞与密封筒、下接头之间装有球轴承和第一J型滑环式组合密封。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，钻井作业时将本工具上端连接螺杆钻具，下端连接钻头，钻压通过螺杆钻具的传动轴、本冲击钻井工具的蝶簧传递给悬挂螺母，悬挂螺母再传递给钻头。扭矩是通过螺杆钻具传动轴上的花键接头与悬挂螺母传递给钻头的，螺杆钻具外套与本冲击钻井工具的密封筒连接，在密封筒腔体内充满液压油。上凸轮由固定销钉与密封筒固定，下凸轮通过键与心轴固定，上凸轮和下凸轮产生相对运动，并产生纵向机械压力，使下凸轮带动芯轴产生高频的冲击力。该工具能消除钻井过程的轴向跳动、横向涡动以及粘滑现象，提高钻井机械转速，延长钻具使用寿命。

本高频冲击钻井工具在钻井过程中形成高频的、均匀稳定的机械冲击能量，使钻头和井底能始终保持连续的高频切削，提高剪切效率，消除钻头运动时可能出现的一种或多种有害振动和粘滑现象。旋冲钻井技术与其它钻井工艺相比，更好的利用了坚硬岩石脆性大，而抗剪强度较低、不耐冲击的弱点，且在钻井时只需施加较小的钻压来压持钻头，故能有效地解决坚硬岩层和某些复杂岩层钻探过程中的一些问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、下接头；2、第一O型密封圈；3、浮动活塞；4、第一J型滑环式组合密封；5、调整垫；6、第二O型密封圈；7、油堵；8、止推轴承；9、悬挂螺母；10、蝶簧；11、心轴；12、键；13、下凸轮；14、上凸轮；15、固定销钉；16、A型孔用弹性挡圈；17、第三O型密封圈；18、上密封套；19、密封筒；20、螺杆钻具下外筒；21、第四O型密封圈；22、第二J型滑环式组合密封；23、深沟球轴承。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，凸轮式高频冲击钻井工具，包括螺杆总成和轴向振动总成；