[发明专利]一种提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法及脉冲螺杆

说明书

本发明公开了一种提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法及脉冲螺杆，该脉冲螺杆包括防掉转换总成、马达总成、脉冲万向轴总成和传动轴总成，所述防掉转换总成包括防掉转换接头、防掉盘和防掉连杆，防掉转换接头内部设有防掉盘，防掉连杆的上端套入防掉盘中并通过备紧螺母固定，防掉连杆的另一端与马达总成的转子上端连接。本发明结构简单，安全可靠，不仅能够通过马达总成增大输出扭矩和转速，而且还能通过脉冲万向轴总成提高螺杆钻具冲击钻井能力，有效提高了钻井效率。

技术领域

本发明涉及一种提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法及脉冲螺杆，属于钻井技术领域。

背景技术

目前，国内油气勘探、开发正向深部地层发展，出现坚硬不易破碎的地层越来越多，井深的增大造成的钻头直径大、井段长，机械钻速慢等问题一直影响着整个井的施工进程和钻井成本。因此，寻找新的、高效的破岩技术，对进一步提高这些区域的钻井速度、降低钻井成本、缩短勘探开发周期具有重要意义。现场实践和室内试验研究均表明，如果对钻头施加适当的周期性冲击作用力，将有助于提高钻头的破岩钻进效率，因此脉冲振动钻井技术是当前国内外钻井工程界研究的一个热点，也有望成为今后提高深井机械钻速的一个重要手段。但当前的脉冲钻具结构趋于复杂，制造成本上升，而且系统稳定性较差，使用寿命较短。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种结构简单、安全可靠、制作成本低、工作稳定、使用寿命长的提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法及脉冲螺杆，该螺杆在常规螺杆钻具钻进的基础上增加水力脉冲喷射和轴向高频冲击的功能，进而提高螺杆钻具冲击钻井能力。

本发明的技术方案：一种提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法，该方法通过对螺杆钻具中的马达总成和脉冲万向轴总成的改进，使之具有水力脉冲喷射和轴向高频冲击的功能，从而提高螺杆钻具的冲击钻井能力；其中马达总成的定子和转子采用螺旋结构配合，从而延长了马达总成的导程以及增加了马达总成的级数和定转子的头数，同时提高泥浆泵系统的排量，这样便可增大马达总成的输出扭矩和转速；同时在脉冲万向轴总成的下球铰接头的侧壁上均布有3个或者3个以上与下球铰接头内腔连通的喷射孔，并在万向轴外筒的内壁上镶嵌脉冲阀套，并使脉冲阀套遮挡在喷射孔的口部上，然后在脉冲阀套上端的圆周上均匀地设置与喷射孔数量对应的弧形缺口，从而利用万向节的转动与脉冲阀套的弧形缺口之间形成流道面积差变化，从而使得螺杆内产生一个脉冲压差，此脉冲压差不仅可使钻头喷嘴产生脉冲喷射，达到更好的破岩效果，而且脉冲压差给予传动轴一个脉冲推力，此推力高频的作用于井底，达到更好的破岩效果，从而提高螺杆钻具冲击钻井能力。

同时，本发明还提供一种由上述提高螺杆钻具冲击钻井能力的方法构建的脉冲螺杆，包括防掉转换总成、马达总成、脉冲万向轴总成和传动轴总成；

所述防掉转换总成包括防掉转换接头、防掉盘和防掉连杆，防掉转换接头内部设有防掉盘，防掉连杆的上端套入防掉盘中并通过备紧螺母固定，防掉连杆的另一端与马达总成的转子上端连接；

所述马达总成包括定子以及安装在定子内的转子，转子可在定子内旋转，转子的下端与脉冲万向轴总成的上球铰接头固定连接，在定子的内壁上挂有橡胶套，在橡胶套的内壁上设置有内螺旋结构，在转子的外壁上设置有与橡胶套上的内螺旋结构匹配的外螺旋结构；

所述脉冲万向轴总成包括万向轴外筒以及安装在万向轴外筒内部的上球铰接头、传动球、半环、锁紧套、橡胶密封套、球铰连杆和下球铰接头，所述球铰连杆的上、下两端分别经传动球与上球铰接头和下球铰接头传动连接；上球铰接头与马达总成连接，下球铰接头与传动轴总成连接；球铰连杆与传动球的连接处设有一对对称的半环，一对对称的半环外设有橡胶密封套，橡胶密封套经锁紧套与上球铰接头或下球铰接头螺纹连接；在下球铰接头的侧壁上均布有3个或者3个以上与下球铰接头内腔连通的喷射孔，在万向轴外筒的内壁上镶嵌有脉冲阀套，脉冲阀套的一端遮挡在喷射孔的口部上，在脉冲阀套3-8上端的圆周上均匀地设置与喷射孔数量对应的弧形缺口；