將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于鉆井工程領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于石油、天然氣鉆井作業(yè)中的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代能源開發(fā)戰(zhàn)略對(duì)鉆井速度與質(zhì)量的要求越來越高。在鉆進(jìn)深部具有高研磨性的地層時(shí)，依靠改變破巖效率、節(jié)省起下鉆時(shí)間來提高鉆井效率的主力鉆頭——PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)存在嚴(yán)重的“粘滑”(stick-slip)振動(dòng)現(xiàn)象，該現(xiàn)象使得鉆柱配套部件及井下工具組合受力工況惡劣，疲勞壽命低，從而限制甚至阻礙了深井、超深井的進(jìn)一步發(fā)展。
[0003]圍繞鉆進(jìn)過程中，由于粘滑現(xiàn)象導(dǎo)致的鉆具失效及機(jī)械鉆速下降的問題，國內(nèi)外通過現(xiàn)場應(yīng)用和研究表明，可以通過在鉆頭上周期性地施加小幅高頻扭轉(zhuǎn)沖擊來降低鉆頭的失效率和提高鉆進(jìn)速度，由此設(shè)計(jì)了多種扭力沖擊器來實(shí)現(xiàn)為PDC鉆頭施加周向高頻沖擊載荷的目的，主要包括:美國阿特拉公司的扭力沖擊器(專利號(hào):US6742609B2)、美國哈里伯頓能源服務(wù)公司的扭轉(zhuǎn)沖擊系統(tǒng)(專利號(hào):US7096980B2)、西南石油大學(xué)的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具(申請(qǐng)?zhí)?200910058083.9)、中國石化集團(tuán)勝利工程有限公司鉆井工藝研究院的扭沖工具(申請(qǐng)?zhí)?201010511421.2)和中國石油大學(xué)(華東)的射流式扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具(申請(qǐng)?zhí)?201010511421.2)等。雖然這些裝置的結(jié)構(gòu)各異，但具有共同的特點(diǎn):扭力沖擊的工作能量來源于鉆井循環(huán)介質(zhì)。
[0004]實(shí)踐表明:隨著井深的增加，鉆井循環(huán)介質(zhì)壓耗增大，當(dāng)井深很大時(shí)，可能出現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)僅能滿足循環(huán)攜巖的要求，上述裝置工作狀態(tài)會(huì)大受影響，極可能出現(xiàn)無法正常工作甚至影響鉆井作業(yè)進(jìn)行的可能；當(dāng)鉆井循環(huán)介質(zhì)為空氣或者充氣鉆井液等可壓縮系數(shù)較大的介質(zhì)時(shí)，上述裝置均難以正常工作。因此，研發(fā)利用新能源的井下扭力沖擊發(fā)生裝置對(duì)于深井、超深井扭力沖擊鉆井提速非常有意乂。
[0005]鉆柱的振動(dòng)現(xiàn)象是在直井鉆井中經(jīng)常遇到的復(fù)雜情況，而鉆柱振動(dòng)中縱向振動(dòng)是危害最明顯、發(fā)生最頻繁的振動(dòng)形式，它不僅影響到鉆井施工的效率，還會(huì)造成鉆柱的斷裂破壞等事故，影響了鉆井作業(yè)的進(jìn)程。減輕鉆柱的振動(dòng)尤其是直井中的縱向振動(dòng)其意義就變得不容忽視。如果能將鉆柱縱向振動(dòng)這種有害能量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)井下扭力沖擊發(fā)生裝置新能源，對(duì)于減輕由于鉆柱振動(dòng)造成的損失提高鉆井速度都會(huì)具有積極的意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，通過裝置內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)，將鉆井過程中有害的鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為作用于鉆頭的周向聞?lì)l扭轉(zhuǎn)沖擊振動(dòng)，從而提聞機(jī)械鉆速。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，包括有縱向振動(dòng)總成、復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成；
[0008]縱向振動(dòng)總成包括傳振軸，所述傳振軸連接有限位套和花健體，所述傳振軸的底部連接有起振器，所述起振器上設(shè)置有沖耳；
[0009]所述復(fù)位傳扭總成包括有花鍵外殼、彈簧、過渡接頭、沖擊器外殼，所述彈簧的上部與限位套的下部相接觸，所述彈簧的下部與過渡接頭的上部相接觸；
[0010]所述扭力發(fā)生傳遞總成包括有沖擊錘，所述沖擊錘設(shè)置在鉆頭座內(nèi)，所述沖擊錘內(nèi)設(shè)置有螺旋槽，所述起振器的沖耳與沖擊錘的螺旋槽相配合；
[0011]所述花鍵外殼內(nèi)設(shè)置有內(nèi)花鍵，花鍵體與內(nèi)花鍵相配合；
[0012]所述沖擊器外殼的下端設(shè)有殼體花鍵，所述鉆頭座的下端設(shè)有座體花鍵，殼體花鍵和座體花鍵相配合。
[0013]進(jìn)一步地，所述復(fù)位傳扭總成還包括有密封壓蓋和彈簧外殼；
[0014]所述花鍵外殼的頂端安裝有密封壓蓋，所述彈簧外殼的外徑與緊扣圓柱面的外徑相同；所述彈簧外殼的上部與花鍵外殼螺紋聯(lián)接，彈簧外殼的中部還開有排氣孔；彈簧外殼的下部與過渡接頭的上部螺紋聯(lián)接，所述過渡接頭的下部與沖擊器外殼螺紋聯(lián)接；所述彈簧設(shè)置在彈簧外殼內(nèi)，所述彈簧為復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧的上部、下部分別與限位套的下平面、過渡接頭的上平面相接觸。
[0015]進(jìn)一步地，所述扭力發(fā)生傳遞總成還包括有止推軸承限位套、上止推軸承下止推軸承和防掉塊；
[0016]所述沖擊器外殼與鉆頭座相固定并在內(nèi)部形成空腔，所述空腔的內(nèi)部由上到下依次為止推軸承限位套、上止推軸承、沖擊錘和下止推軸承。
[0017]進(jìn)一步地，所述沖擊器外殼上設(shè)有四個(gè)殼體防掉槽和四個(gè)螺栓孔；
[0018]所述鉆頭座上設(shè)有四個(gè)座體防掉槽，防掉塊能夠壓縮于座體防掉槽內(nèi)，所述座體防掉槽內(nèi)設(shè)有小彈簧并與防掉塊連接；
[0019]在座體防掉槽移動(dòng)到殼體防掉槽處形成空腔時(shí)，小彈簧釋放并將防掉塊推向殼體防掉槽內(nèi)。
[0020]進(jìn)一步地，所述止推軸承定位套的上部頂緊過渡接頭的軸肩，止推軸承定位套的下部壓緊上止推軸承。
[0021]進(jìn)一步地，起振器的外部上端設(shè)有沖耳，起振器的外部下端設(shè)有密封槽，沖耳的上端面到密封槽的長度大于沖擊錘的高度。
[0022]進(jìn)一步地，所述沖擊錘的外部設(shè)置有錘頭，所述螺旋槽為兩個(gè)左旋的螺旋槽，所述螺旋槽為沖耳的滑道。
[0023]進(jìn)一步地，所述沖擊錘的高度與傳振軸的沖程相同，螺旋槽的螺旋角與沖擊錘的旋轉(zhuǎn)角度相冋。
[0024]本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0025](I)實(shí)現(xiàn)了由鉆柱軸向振動(dòng)到鉆頭周向高頻振動(dòng)的轉(zhuǎn)化,并且振動(dòng)頻率可根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速得到，這樣就能使鉆柱的扭矩保持基本穩(wěn)定和平衡，降低了鉆柱的扭轉(zhuǎn)震蕩，延長了鉆頭、鉆柱等配套部件的使用壽命；
[0026](2)該裝置產(chǎn)生的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊直接作用于PDC鉆頭，大大消除了 PDC鉆頭的粘滑現(xiàn)象，既保護(hù)了鉆頭又提高了機(jī)械鉆速；
[0027](3)該裝置的工作能量來源于鉆柱振動(dòng)，能量隨著井深的增加而增加，且裝置減小了鉆柱縱向振動(dòng)產(chǎn)生的危害；
[0028](4)該裝置的工作對(duì)鉆井液的循環(huán)不構(gòu)成影響，即使工具失效，鉆進(jìn)作業(yè)及鉆井液循環(huán)亦可繼續(xù)進(jìn)行；
[0029](5)該裝置可應(yīng)用于各種鉆井作業(yè)之中，包括:欠平衡鉆井、空氣鉆井及平衡鉆井等;
[0030](6)該裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，使用過程不會(huì)為鉆井作業(yè)帶來附加風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說明】
[0031]圖1是將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置初始位置圖；
[0032]圖2是將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，承受最大下沖擊力時(shí)狀態(tài)圖；
[0033]圖3是圖1的局部圖；
[0034]圖4是圖2的局部圖；
[0035]圖5是傳振軸示意圖；
[0036]圖6是圖1中的A-A剖面示意圖；
[0037]圖7是圖1中的B-B剖面示意圖；
[0038]圖8是圖2中的E-E剖面示意圖；
[0039]圖9是沖擊錘的剖面示意圖；
[0040]圖10是沖擊錘的俯視圖；
[0041]圖11是圖1中的C-C剖面示意圖；
[0042]圖12是圖1中的D-D剖面示意圖；
[0043]圖13是起振器的剖面示意圖。
[0044]圖中:1、傳振軸，101、緊扣圓柱面，102、滑動(dòng)密封面，103、花鍵體，104、限位螺紋，105、彈簧內(nèi)支撐圓柱面，106、連接螺紋，2、密封壓蓋，3、花鍵腔密封總成，4、花鍵外殼，5、限位套，6、彈簧外殼,7、彈簧,8、彈簧腔密封總成,9、過渡接頭，10、分隔密封,11、沖擊器外殼，12、止推軸承限位套，13、密封圈，14、上止推軸承，15、起振器，1501、沖耳，1502、密封槽，16、沖擊錘，1601、錘頭，1602、螺旋槽，17、下止推軸承，18、起振器密封圈，19、鉆頭座，20、鉆頭座密封圈，21、防掉塊，22、殼體花鍵，23