[发明专利]基于涡轮和凸轮的新型轴向冲击工具

说明书

本发明涉及一种基于涡轮和凸轮的新型轴向冲击工具，包括外壳体、冲击总成、减速器、导流总成、涡轮总成。其技术方案是：上部接钻柱，下部接螺杆钻具或涡轮钻具，工作时，钻井液进入外壳体，驱动涡轮总成高速转动，通过减速器，将涡轮总成的高速转动减速到凸轮的适合工作速度，通过凸轮与滚轮的配合运动，上冲击筒和下冲击筒、内导流筒轴向周期运动，产生周期性的轴向机械振动和水力脉冲，并且进入螺杆钻具或涡轮钻具的钻井液流量发生周期性变化，钻头在较低转速时产生较大轴向冲击，在较高转速时产生较小轴向冲击。本发明可有效提高钻头机械钻速和寿命，提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气钻探工程领域的基于涡轮和凸轮的新型轴向冲击工具。

背景技术

随着经济不断发展，油气需求量越来越大，而我国浅层油气资源则口益枯竭，油气开发技术不断进步，油气井的深度增大，深井、超深井的数目增多。使钻井工程面临的地层工作环境更加复杂，钻井深度不断增加，岩石在底层围压作用下硬度和强度都会有明显增加，导致钻头破岩效率不高。现在比较有效的钻井工具主要是旋冲钻具，在旋转钻进的同时对钻头施加周期性冲击载荷，有利于提高钻头的破岩效率，提高钻进的速度。

基于此，为了有效地提高钻头机械钻速和寿命，提高破岩效率，推动快速钻井技术的发展，我们提出一种基于涡轮和凸轮的新型轴向冲击工具。

发明内容

为进一步提高中深井、硬地层钻井速度、坚硬打滑地层的钻进时效，降低生产成本，提高钻头的破岩效果，改善钻头和岩石的受力情况，提高钻头使用寿命，本发明提供了一种基于涡轮和凸轮的新型轴向冲击工具。

本发明的技术方案是：涡轮和凸轮的新型轴向冲击工具，包括外壳体、冲击总成、减速器、导流总成、涡轮总成，其特征在于：在外壳体内由后端至前端依次为冲击总成、减速器、导流总成、涡轮总成；所述的冲击总成包括打捞轴套、限位套a、导流套a、O型密封圈a、上冲击筒、打捞轴、O型密封圈b、下冲击筒、O型密封圈c、滚轮a，O型密封圈a安装于上冲击筒内壁，O型密封圈c安装于下冲击筒外壁，滚轮a周向间隔120°均匀布置于下冲击筒前端，上冲击筒从打捞轴后端装入，下冲击筒从打捞轴前端装入，上冲击筒和下冲击筒通过螺纹连接，导流套a、限位套a依次从打捞轴后端装入，打捞轴套和打捞轴通过螺纹连接；所述的减速器包括O型密封圈d、连接套a、减速器外壳a、减速器外壳b、从动齿轮、主动齿轮连接套a、主动齿轮输入轴保持架、连接套b、主动齿轮输入轴、连接套c、凸轮a、主动齿轮输出轴、主动齿轮、主动齿轮连接套b、轴承a、轴承b、轴承c、凸轮b，O型密封圈d安装于连接套a和连接套c外壁，将主动齿轮输入轴安装在连接套c后端，将轴承b放入连接套b内后一起安装到主动齿轮输入轴后端，将主动齿轮输入轴保持架、轴承a分别安装到主动齿轮连接套a前端，将主动齿轮连接套a和主动齿轮输入轴后端通过花键连接，将主动齿轮连接套a前端的凸处安装到主动齿轮连接套b的凹处，将从动齿轮安装好后，将主动齿轮的凸处安装到主动齿轮连接套b的凹处，将主动齿轮输出轴前端安装到主动齿轮，将轴承b与连接套b组合体安装到主动齿轮输出轴后端面，将连接套a前端安装在主动齿轮输出轴后端，将以上装配好的减速器内部组合件放入减速器外壳b，分别从减速器外壳b前后端依次安装轴承c、减速器外壳a，并将凸轮b安装在减速器前端的连接套b上，将凸轮a安装在减速器后端的连接套b上，将打捞轴与连接套a后端通过螺纹连接，通过减速器的作用将涡轮总成输出的高速转动减速到适合凸轮a、凸轮b工作的转速；所述的导流总成包括涡轮轴、内导流筒、弹簧a、楔形套、卡瓦、滚轮b、砧子、弹簧b，滚轮b周向间隔120°均匀布置于内导流筒后端，将弹簧a、内导流筒依次从涡轮轴后端装入，并将涡轮轴与连接套c前端通过螺纹连接，将楔形套从涡轮轴前端装入，从楔形套前端依次装入卡瓦、砧子，在卡瓦前端装入弹簧b；所述的涡轮总成包括限位套b、防掉环、导流套b、O型密封圈e、涡轮定子、涡轮转子、键、涡轮转子安装轴、角接触球轴承，O型密封圈e安装于涡轮转子安装轴内壁，通过花键配合将涡轮转子安装轴安装在涡轮轴前端，依次将限位套b、涡轮定子、涡轮转子通过键安装在涡轮转子安装轴上，将防掉环安装在涡轮转子安装轴前端，将两个角接触球轴承反向安装在涡轮转子安装轴和导流套b上，当钻井液流过涡轮总成，涡轮转子旋转，涡轮转子通过键传递扭矩使涡轮转子安装轴旋转，涡轮转子安装轴通过花键连接驱使涡轮轴旋转，从而驱使减速器工作；所述的外壳体总成包括上壳体、下壳体、外导流筒、下接头，将外导流筒从下壳体前端口装入，将冲击总成、减速器和导流总成组装而成的内部整体从外导流筒后端装入，将涡轮总成从外导流筒前端装入，最后将下壳体与下接头通过螺纹连接。