[发明专利]一种磁基扭转冲击钻具

说明书

技术领域

本发明是一种用于石油天然气钻井工程领域的井下冲击钻具，具体涉及一种磁基扭转冲击钻具。

背景技术

近年来，随着国家对石油、天然气需求大幅增加，石油天然气的开发也日益增多。但是，在石油天然气开采过程中，当遇到硬质地层或开采超深井的下部地层时，PDC钻头通常没有足够的扭矩来破坏硬质地层岩石，从而使钻头瞬时停止转动，这时由于上部钻具依然连续不断的提供扭矩，因此会使扭矩在钻柱中积蓄，当钻柱中积蓄的扭矩达到足以破坏岩层时，扭矩能量瞬间释放，PDC钻头会以一个更高的转速进行破岩，产生PDC钻头钻进过程中的粘滑振动现象。目前常采用的解决方法是在PDC钻头上部连接一个扭转冲击器，为钻头提供低幅高频的扭转冲击，来解决钻井过程中出现的粘滑振动问题。

目前国内使用的扭转冲击器主要是从国外进口，其内部传动、冲击部件结构复杂，冲击过程中振动大，导致使用寿命短。若扭转冲击器在使用过程中失效，则又会重新导致PDC钻头出现粘滑振动现象。

如果该工具成功用于深井、超深井或硬质岩层的钻进过程，由于其结构简单紧凑，内部无电子元件，并能在一个旋转周期内提供两次扭转冲击，能有效提高破岩效率，减少钻井成本。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有扭转冲击器冲击组件的结构缺陷，延长扭转冲击器使用寿命，特提供一种磁基扭转冲击钻具。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种磁基扭转冲击钻具，主要由：上接头，防掉螺母，防掉挡盘，支撑挡圈，壳体，涡轮，锤体固定腔，冲击锤，花键，钻头接头，固定腔挡盘，磁铁，支撑筒，传动轴和防掉拉杆组成。其特征在于上接头通过螺纹与壳体连接，壳体通过花键与下部钻头接头连接形成扭转冲击器内部空腔；传动轴通过防掉拉杆，防掉螺母和防掉挡盘固定，传动轴上装有涡轮，传动轴下端通过螺纹与锤体固定腔连接；锤体固定腔，冲击锤，固定腔挡盘和磁铁一同组成磁基扭转冲击钻具的冲击组件，磁铁通过螺钉固定在冲击锤内侧端面，两个冲击锤被分别插入锤体固定腔周向对称分布的两个固定槽中，并在磁铁的斥力作用下与锤体固定腔上的固定槽内壁紧紧贴合。

所述磁基扭转冲击钻具，其冲击组件所在部位的壳体内侧圆柱面上对称分布有两个具有确定角度的三角形承撞块。

所述锤体固定腔通过螺纹公扣与上部传动轴下端的螺纹母扣连接，锤体固定腔为半封闭式结构，在其圆周方向上对称开有两个固定槽。

所述固定腔挡盘通过焊接方式与锤体固定腔下端连接。

所述磁铁按照同名磁极相斥原理通过螺钉对称安装于两个冲击锤内侧端面上。

本发明与现有技术比较，其有益效果是：（1）两个冲击锤冲击后的回程运动是在磁铁斥力作用下完成，通过磁场实现冲击锤回程推力的施加，简化了内部机械结构，减少了部件之间的直接接触作用，延长工具使用寿命；（2）结构采用双锤冲击形式，两个冲击锤对称分布，在旋转过程中同时撞击承撞块，相比于传统单锤撞击可有效增加撞击时工具的平稳性，减少冲击过程中的不稳定振动；（3）由于承撞块和冲击锤都有两个且对称分布，所以工具在旋转一周过程中可提供两次扭转冲击碰撞，在规定的冲击频率下，相比于传统单锤冲击，可使上部涡轮钻具转速减少一半，从而提高工具稳定性，延长使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种磁基扭转冲击钻具结构示意图；

图2是图1中的A—A截面图；

图3是图1中的B—B截面图；

图4是冲击锤刚撞击三角形承撞块时结构示意图；

图5是冲击锤在承撞块反作用冲击力作用下在锤体固定腔中沿固定槽确定轨道运动到空腔内轨迹终点时示意图；

图6是冲击结束后冲击锤在磁铁斥力作用下在锤体固定腔中沿固定槽确定轨道回程示意图；

图中：1.上接头，2.防掉螺母，3.防掉挡盘，4.支撑挡圈，5.壳体，6.涡轮，7.锤体固定腔，8.冲击锤，9.花键，10.钻头接头，11.固定腔挡盘，12.磁铁，13.支撑筒，14.传动轴，15.防掉拉杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。