一种高速破岩钻具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于石油天然气钻井、隧道工程、地质钻探、非开挖【技术领域】的高速破岩钻具。它能提高钻井速度，使钻头磨损减慢，延长钻头寿命，提高井身质量。其技术方案是：阀芯位于阀体内，弹簧固定在阀芯上，阀套用卡环固定在阀体上；阀体与定子相连，马达转子与定子的头数比为3:4，马达转子侧面开有斜孔；马达转子与万向轴用螺纹连接；轴承安装在传动轴上，传动轴与外缸用卡环连接，TC轴承圈与壳体过盈配合；射流元件与传动轴相连，传动轴采用双通道，冲锤与活塞连接，砧子装入八方套内，冲锤用活塞的轴线与八方套进行轴向定位，八方套与外缸连接。本钻具能达到高速旋冲破岩，能提高井身质量和钻头寿命，降低起下钻次数，能较大地降低成本。
【专利说明】一种高速破岩钻具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于石油天然气钻探工程、隧道工程、地质钻探、非开挖【技术领域】，特别是油气田钻井中的高速破岩钻具。
【背景技术】
[0002]随着我国钻井工程的快速发展，普通螺杆有了很大的发展，目前国产螺杆已经基本上满足我国钻井工程的需要，但90年代以后，易斜井、深井、超深井、硬地层、大位移井及水平井在石油钻井中所占的比重越来越大，深井中遇到的硬地层和坚硬地层用常规单纯旋转钻进方法破岩效果差，钻进效率低，深井中的井斜问题也日益突出；在水平井和大位移钻井中，随着水平位移的增加，水平井的加压更为困难，钻具的损坏也更为严重。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是:为了能够提闻钻井速度，使钻头磨损减慢，延长钻头寿命，减少起下钻次数，降低钻井成本，提闻井身质量，特提供一种闻速破岩钻具。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种高速破岩钻具，是由阀芯、转子、万向轴、传动轴、射流元件、活塞、冲锤、砧子组成，其结构特征是:该高速破岩钻具最外层为壳体，壳体采用高硬质的合金材料做成，整个结构中所用密封均采用O型圈进行密封，密封材料是用氟橡胶；钻具内阀芯位于阀体内，阀体与阀芯之间用间隙配合，弹簧固定在阀芯上安装在阀芯与阀套之间，弹簧采用高强度的硬质合金材料制成，阀套用卡环固定在阀芯上，阀套与阀体之间采用过盈配合，在阀套上开有8个空；阀体与定子相连，马达转子与定子的头数比为3:4，马达转子的侧面开有斜孔，斜孔的轴线与马达转子的轴线成135°夹角，定子采用压注橡胶衬套而成；马达转子下方与万向轴用螺纹连接，定子与万向轴壳体相连接，万向轴上设置有2个通孔；轴承安装在传动轴上，传动轴与外缸用卡环连接，轴承与传动轴之间留有IOum的间隙，轴承采用滑动轴承，此处的润滑采用润滑脂；TC轴承圈与壳体采用过盈配合，射流元件与传动轴相连，射流元件入口处的直径为17.5mm,为传动轴直径的一半，射流元件采用双通道，冲锤与活塞的活塞杆相连接，砧子装入八方套内，用手推动砧子时砧子能运动，冲锤用活塞的轴线与八方套进行轴向定位，八方套与外缸连接；八方套与下接头相连，下接头螺纹联接钻头。传动轴的密封采用O型圈进行密封，密封材料用氟橡胶。
[0005]整个高速破岩钻具可分为旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成、液动射流式冲击器总成五部分，旁通阀总成包括阀体、阀芯、弹簧、阀套；马达总成是由定子和马达转子构成；万向轴总成是由万向轴壳体和万向轴构成；传动轴总成是由壳体、传动轴、TC轴承圈和轴承组成；液动射流式冲击器总成包括射流元件、活塞缸体、活塞、冲锤、外缸、砧子、八方套、下接头。该高速破岩钻具上面与钻铤连接，下面与钻头连接。
[0006]本发明的有益效果是:(I)本高速破岩钻具能提高钻井速度:由于钻头受到来自冲击器的高频冲击应力，并在高速旋转和冲击的联合作用下破碎岩石，从而达到高速旋冲破岩的效果；(2)本钻具能提高井身质量和钻头利用率，延长钻头寿命并且能够降低起下钻次数，可大幅度降低成本:可以解决比载荷不足和与岩石接触时间短的矛盾，使低钻压获得较好的钻速，并且低钻压能减少钻柱的多次弯曲，避免大钻压产生的井斜和钻柱磨损及疲劳损坏；(3)可以在水平井和大位移井中提供一种新的加压方式:由于它的冲击力是在井底产生的，对水平井钻具组合要求降低，可在水平井段有效地加压并且可有效减小钻具静摩擦阻力，使钻具组合易于滑动，又因钻具动摩擦阻力通常较小，故钻具易于产生连续滑动。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图为本发明一种闻速破岩钻具的结构不意图。
[0008]图中:1.阀体，2.阀芯，3.弹簧，4.阀套，5.定子，6.马达转子，7.万向轴壳体，
8.万向轴，9.壳体，10.轴承，11.TC轴承圈，12.传动轴，13.射流元件，14.活塞缸体，15.活塞，16.冲锤，17.外缸，18.砧子，19.八方套，20.下接头。
【具体实施方式】
[0009]按照附图所示，本发明是是由旁通阀总成1-4、马达总成5-6、万向轴总成7-8、传动轴总成9-12、液动射流式冲击器总成13-20构成，而此时在钻进过程中，钻头在一定钻压下由于泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀总成1-4进入马达总成5-6，在马达总成5-6进出口形成一定压差推动马达转子6旋转，并将扭矩和转速通过万向轴8和传动轴12，而当传动轴12在带动钻头旋转的时候，同时还受到来自冲击器的高频冲击应力，并在旋转和冲击的联合作用下破碎岩石，从而达到高速旋冲破岩的效果。
[0010]旁通阀总成主要由阀体1、阀芯2、阀套4、弹簧3组成，阀芯2在阀套4中滑动，阀芯2需要进行硬化处理，通过阀芯2的运动来改变液体的流向，弹簧3位于阀套4和阀体I之间，这里的密封圈是采用O型圈进行密封，密封材料选用氟橡胶。万向轴总成由两元件组成:万向轴壳体7和万向轴8，它们的作用是通过万向轴8上的万向节把转子的行星运动转化为传动轴12的同心运动，同时，将马达转子6的动力传递给传动轴12和液动射流式冲击器13-20，万向节有两个，万向轴8内部采用焊接。传动轴总成9-12的结构是由壳体9、轴承10、TC轴承圈11和传动轴12等零件组成，传动轴总成9-12将马达转子6产生的扭矩和转速传递给液动射流式冲击器总成13-20和钻头。
[0011]泥浆经旁通阀总成1-4、马达总成5-6、万向轴总成7-8、传动轴总成9_12到达射流元件13上的喷嘴并产生了高速流体，然后有通道进入活塞15的上下活塞缸体14，由于活塞15上端面积大于下端面积，活塞15向下运动带动冲锤16冲击砧子18将冲击力传递给钻头，同时在加上传动轴12将马达转子6产生的扭矩和转速一样传递给钻头，此时的钻头不仅能够进行高速旋转还能够进行高频冲击从而达到旋冲破岩的效果。
【权利要求】
1.一种高速破岩钻具，是由阀芯、转子、万向轴、传动轴、射流元件、活塞、冲锤、砧子组成，其特征在于:该钻具最外层为壳体，壳体采用高硬质的合金材料做成；钻具内上端阀体(I)与阀芯(2)之间用间隙配合，弹簧(3)固定在阀芯(2)上安装在阀芯(2)与阀套(4)之间，阀套(4)用卡环固定在阀体(I)上，阀套(4)与阀体(I)之间采用过盈配合，在阀套(4)上开有8个空；紧接上段阀体(I)与定子(5)相连接，马达转子(6)与定子(5)的头数比为3:4 ;马达转子(6)下方与万向轴(8)用螺纹连接，定子(5)与万向轴壳体(7)相连接，万向轴(8)上设置有2个通孔；轴承(10)安装在传动轴(12)上，传动轴(12)与外缸(17)用卡环连接，轴承(10)与传动轴(12)之间留有IOum的间隙，轴承(10)采用滑动轴承；TC轴承圈(11)与壳体(9 )采用过盈配合，射流元件(13 )入口处的直径为17.5mm，为传动轴(12 )直径的一半，射流元件(13)与传动轴(12)相连，射流元件(13)采用双通道；冲锤(16)与活塞(15)的活塞杆相连接，砧子(18)装入八方套(19)内，用手推动砧子(18)时砧子(18)能运动，冲锤(16)用活塞(15)的轴线与八方套(19)进行轴向固定，八方套(19)与外缸(17)连接；八方套(19)与下接头(20)相连，下接头(20)联接钻头。
2.根据权利要求1所述的高速破岩钻具，其特征是:马达转子(6)的侧面开有斜孔，斜孔的轴线与马达转子(6)的轴线成135°夹角，定子(5)采用压注橡胶衬套而成。
3.根据权利要求1所述的高速破岩钻具，其特征是:整个结构中采用密封均采用O型圈进行密封，密封材料是用氟橡胶。
【文档编号】E21B6/00GK103806833SQ201410098702
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】田家林, 付传红, 杨琳, 庞小林, 朱永豪, 李友 申请人:西南石油大学