馬達(dá)總成2、萬向軸總成3、傳動軸總成4以及擾動總成5，所述防掉總成連接所述馬達(dá)總成，所述馬達(dá)總成連接所述萬向軸總成，所述萬向軸總成連接所述傳動軸總成4，所述傳動軸總成4連接所述擾動總成，所述擾動總成下端連接用于鉆巖的鉆頭。
[0024]如圖1至圖8，所述傳動軸總成包括芯軸4a、下TC外筒4b、上齒輪4c、下齒輪4e以及傳遞桿。所述下TC外筒4b套設(shè)于所述芯軸的外側(cè)，所述下TC外筒4b的下端所處的位置高于所述芯軸4a下端所處的位置，所述下TC外筒4b的下端設(shè)有齒圈，所述上齒輪4c設(shè)于所述芯軸4a下端與所述齒圈之間，所述下齒輪4e設(shè)于所述芯軸4a的下端部，所述上齒輪4c與所述下齒輪4e之間通過所述傳遞桿4d連接。
[0025]如圖1至圖8，所述擾動總成5包括外殼5c、中空傳動軸5a、擾動軸5d以及固定閥5bο所述外殼5c與所述芯軸4a通過螺紋連接，所述中空傳動軸5a上端通過外齒圈與所述下齒輪4e連接，所述中空傳動軸5a的下端設(shè)置有偏心孔，并且與設(shè)置于所述擾動軸5d上的所述固定閥5b進(jìn)行面接觸。在本較佳實(shí)施例中，所述中空傳動軸的下端和所述固定閥上均設(shè)有I個偏心孔。在其它實(shí)施例中，所述中空傳動軸5a的下端和所述固定閥5b在相同圓半徑上均設(shè)置有2-4個相互間隔的大小相等的孔。
[0026]如圖1至圖8，所述外殼5c與所述擾動軸5d通過花鍵連接，所述外殼5c的下端面、所述擾動軸5d和位于所述擾動軸5d的臺階上的密封蓋5f形成一密封腔，所述密封腔內(nèi)設(shè)置有碟形彈簧5e，在本較佳實(shí)施例中，所述碟形彈簧5e由每組1_2個碟簧片，2-4組疊合組成。
[0027]在本較佳實(shí)施例中，所述中空傳動軸5a的下端與沿軸向運(yùn)動的偏心孔通過花鍵連接；或者，所述中空傳動軸5a的下端與偏心孔通過螺紋連接成一整體。所述擾動軸5d的下部設(shè)置有與所述鉆頭連接的螺紋，方便與鉆頭連接；或者采用所述芯軸4a下部與所述鉆頭一體成型，因此鉆頭不需要進(jìn)行另外的安裝。
[0028]如圖1至圖8，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種擾動破巖鉆具的擾動破巖鉆井方法，其包括以下步驟:步驟一:在擾動破巖鉆具的上端與常規(guī)鉆具組合通過螺紋連接，其下端和鉆頭通過螺紋連接。
[0029]步驟二:在正常鉆進(jìn)時，鉆井液流經(jīng)馬達(dá)總成2驅(qū)動其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過萬向軸總成3使傳動軸總成4內(nèi)的芯軸4a相對下TC外筒4b旋轉(zhuǎn)；迫使設(shè)置在芯軸4a下端與下TC外筒4b的齒圈之間設(shè)置上齒輪4c在芯軸4a內(nèi)旋轉(zhuǎn)；并使通過傳遞桿4d連接的下齒輪4e旋轉(zhuǎn)。
[0030]步驟三:旋轉(zhuǎn)的下齒輪4e驅(qū)動中空傳動軸5a上端的外齒圈，使其旋轉(zhuǎn)，中空傳動軸5a下端的偏心孔(定義孔中心為01)與設(shè)置于擾動軸5d上的固定閥5b的偏心孔(定義孔中心為02)發(fā)生相對運(yùn)動，使兩個偏心孔周期性的交錯和完全重疊(如圖6所示)，其有效流通面積發(fā)生周期性的變化，從而在固定閥5b的上部發(fā)生水擊現(xiàn)象，形成周期性變化的水擊力 Ft=Asin (t) ο
[0031]步驟四:水擊力Ft通過芯軸4a傳遞給鉆頭，由鉆具組合的重量產(chǎn)生的重力Fg通過外殼5c、碟形彈簧5e和芯軸4a傳遞給鉆頭，水擊力F (t)和鉆具組合的重力Fg共同作用于鉆頭正下方的巖石，處于高應(yīng)力狀態(tài)的深部地層巖石在動靜組合的周期性擾動動力作用下，引發(fā)誘導(dǎo)致裂，甚至突然巖爆，使鉆頭高效率破巖。
[0032]本發(fā)明提供的擾動破巖鉆具及擾動破巖鉆井方法將現(xiàn)有的螺桿傳動軸外殼和芯軸相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為齒輪旋轉(zhuǎn)，最后實(shí)現(xiàn)擾動總成產(chǎn)生周期性水擊力，并與上部鉆具組合的重力共同形成鉆壓，實(shí)現(xiàn)“高應(yīng)力+擾動”，其具有高破巖效率和高機(jī)械鉆速等優(yōu)點(diǎn)。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有顯著的技術(shù)進(jìn)步和突出的有益效果:
1、所述擾動破巖鉆具的底部鉆具組合比基于渦輪驅(qū)動的擾動鉆具的底部鉆具組合結(jié)構(gòu)更簡單:直接利用現(xiàn)有的馬達(dá)總成的動力驅(qū)動擾動總成，實(shí)現(xiàn)擾動破巖鉆井方法，同時對螺桿鉆具驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖影響不大，將馬達(dá)總成與擾動鉆具綜合在一起，大大縮短了馬達(dá)與鉆頭之間的距離，簡化了鉆具組合；而通過渦輪等驅(qū)動擾動總成時，還需要在擾動鉆具上部連接用于驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。
[0034]2、所述擾動破巖鉆具比渦輪驅(qū)動的擾動鉆具更安全可靠:驅(qū)動所述擾動破巖鉆具運(yùn)動所需要的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于螺桿鉆具輸出功率，因而本發(fā)明提供的所述擾動破巖鉆具產(chǎn)生的擾動力更穩(wěn)定和可控，從而可控制擾動破巖時產(chǎn)生巖爆烈度等級，達(dá)到安全高效提速目的；而通過渦輪驅(qū)動擾動鉆具時，渦輪的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，容易造成鉆頭正下方巖石發(fā)生強(qiáng)烈?guī)r爆或極強(qiáng)巖爆，導(dǎo)致井徑十分不規(guī)律、甚至埋鉆等事故。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種擾動破巖鉆具，其特征在于，包括防掉總成、馬達(dá)總成、萬向軸總成、傳動軸總成以及擾動總成，所述防掉總成連接所述馬達(dá)總成，所述馬達(dá)總成連接所述萬向軸總成，所述萬向軸總成連接所述傳動軸總成，所述傳動軸總成連接所述擾動總成，所述擾動總成下端連接用于鉆巖的鉆頭； 所述傳動軸總成包括芯軸、下TC外筒、上齒輪、下齒輪以及傳遞桿，所述下TC外筒套設(shè)于所述芯軸的外側(cè)，所述下TC外筒的下端所處的位置高于所述芯軸下端所處的位置，所述下TC外筒的下端設(shè)有齒圈，所述上齒輪設(shè)于所述芯軸下端與所述齒圈之間，所述下齒輪設(shè)于所述芯軸的下端部，所述上齒輪與所述下齒輪之間通過所述傳遞桿連接； 所述擾動總成包括外殼、中空傳動軸、擾動軸以及固定閥，所述外殼與所述芯軸通過螺紋連接，所述中空傳動軸上端通過外齒圈與所述下齒輪連接，所述中空傳動軸的下端設(shè)置有偏心孔，并且與設(shè)置于所述擾動軸上的所述固定閥進(jìn)行面接觸，所述外殼與所述擾動軸通過花鍵連接，所述外殼的下端面、所述擾動軸和位于所述擾動軸的臺階上的密封蓋形成一密封腔，所述密封腔內(nèi)設(shè)置有碟形彈簧。
2.如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述中空傳動軸的下端與沿軸向運(yùn)動的偏心孔通過花鍵連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述中空傳動軸的下端與偏心孔通過螺紋連接成一整體。
4.如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述碟形彈簧由每組1-2個碟簧片，2-4組疊合組成。
5.如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述擾動軸的下部設(shè)置有與所述鉆頭連接的螺紋。
6.如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述芯軸下部與所述鉆頭一體成型。
7.如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述中空傳動軸的下端和所述固定閥上均設(shè)有I個偏心孔。
8.如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具，其特征在于:所述中空傳動軸的下端和所述固定閥在相同圓半徑上均設(shè)置有2-4個相互間隔的大小相等的孔。
9.一種如權(quán)利要求1所述的擾動破巖鉆具的擾動破巖鉆井方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:在擾動破巖鉆具的上端與常規(guī)鉆具組合通過螺紋連接，其下端和鉆頭通過螺紋連接； 步驟二:在正常鉆進(jìn)時，鉆井液流經(jīng)馬達(dá)總成2驅(qū)動其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過萬向軸總成使傳動軸總成內(nèi)的芯軸相對下TC外筒旋轉(zhuǎn)；迫使設(shè)置在芯軸下端與下TC外筒的齒圈之間設(shè)置上齒輪在芯軸內(nèi)旋轉(zhuǎn)；并使通過傳遞桿連接的下齒輪旋轉(zhuǎn)； 步驟三:旋轉(zhuǎn)的下齒輪驅(qū)動中空傳動軸上端的外齒圈，使其旋轉(zhuǎn)，中空傳動軸下端的偏心孔與設(shè)置于擾動軸上的固定閥的偏心孔發(fā)生相對運(yùn)動，使兩個偏心孔周期性的交錯和完全重疊，其有效流通面積發(fā)生周期性的變化，從而在固定閥的上部發(fā)生水擊現(xiàn)象，形成周期性變化的水擊力Ft=Asin⑴； 步驟四:水擊力Ft通過芯軸傳遞給鉆頭，由鉆具組合的重量產(chǎn)生的重力Fg通過外殼、碟形彈簧和芯軸傳遞給鉆頭，水擊力F(t)和鉆具組合的重力Fg共同作用于鉆頭正下方的巖石，處于高應(yīng)力狀態(tài)的深部地層巖石在動靜組合的周期性擾動動力作用下，引發(fā)誘導(dǎo)致裂或突然巖爆。
10.如權(quán)利要求9所述的擾動破巖鉆井方法，其特征在于:所述碟形彈簧由每組1-2個碟簧片，2-4組疊合組成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種擾動破巖鉆具，包括防掉總成、馬達(dá)總成、萬向軸總成、傳動軸總成以及擾動總成，防掉總成連接馬達(dá)總成，馬達(dá)總成連接萬向軸總成，萬向軸總成連接傳動軸總成，傳動軸總成連接擾動總成，擾動總成下端連接鉆頭；傳動軸總成包括芯軸、下TC外筒、上齒輪、下齒輪以及傳遞桿；擾動總成的中空傳動軸的下端設(shè)置有偏心孔，并且與設(shè)置于擾動軸上的固定閥進(jìn)行面接觸。本發(fā)明還提供一種擾動破巖鉆井方法。擾動破巖鉆具及擾動破巖鉆井方法是將現(xiàn)有的用螺桿傳動軸外殼和芯軸相對運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒輪旋轉(zhuǎn)，最后實(shí)現(xiàn)擾動總成產(chǎn)生周期性水擊力，并與上部鉆具組合的重力共同形成鉆壓，實(shí)現(xiàn)“高應(yīng)力+擾動”，其具有高破巖效率和高機(jī)械鉆速等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】E21B7-00
【公開號】CN104594801
【申請?zhí)枴緾N201410824286
【發(fā)明人】杜林麟, 魏小梅
【申請人】東方寶麟科技發(fā)展(北京)有限公司, 魏小梅
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月26日