一种水力冲击螺杆钻具的制作方法

本发明涉及一种用于硬质岩层并能提高机械钻速的水力冲击螺杆钻具。

技术背景

与传统钻井或金刚石钻井技术相比冲击钻井具有更高的机械钻速，尤其在硬质地层钻进时能大幅提高机械钻速。钻头在冲击动载荷的作用下破碎岩石，旋冲钻井则是在钻头冲击岩石的基础上加上钻头旋转破碎岩石，其破岩效率一般是旋转钻井的2～3倍，故能大幅度提高钻井速度、降低钻井成本具有显著的经济效益。

在诸多冲击钻井技术中，如何有效可靠地产生冲击动载荷且保证机械在该动载荷的作用下具有可靠寿命是该技术的关键。通过流体来产生冲击动载荷较为可靠，且振动波的产生源头为流体，相比机械振动降低了零件失效的风险。近些年来，液动冲击器不断发展，并被大量运用于硬质地层的钻进过程中。本发明设计一种可产生冲击动载荷的螺杆钻具，通过周期性改变螺杆钻具流道的面积产生水击现象从而产生冲击动载荷，大大提高在硬质地层的机械钻速。

技术实现要素：

本发明的目的是：实现深井和硬质地层的快速钻进，特提供一种水力冲击螺杆钻具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水力冲击螺杆钻具是由旁通阀总成、防掉总成、动力总成、万向轴总成、水力冲击总成、传动轴总成构成；其结构特征是：旁通阀总成右端与防掉总成左端采用螺纹连接，防掉总成右端与动力总成左端采用螺纹连接，动力总成右端与万向轴总成左端采用螺纹连接，万向轴总成右端与水力冲击总成左端采用螺纹连接，水力冲击总成右端与传动轴总成左端采用螺纹连接。所述水力冲击总成由内中心管、外套筒和壳体构成；

进一步，所述内中心管设置3个流道Ⅰ，所述流道Ⅰ周向均布。

进一步，所述内中心管设置3个流道Ⅱ，所述流道Ⅱ周向均布。

进一步，所述内中心管外表面烧结硬质合金层Ⅰ。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：增加内中心管外表面的耐磨性；对内中心管起到扶正作用。

进一步，所述内中心管设置1个主流道，所述主流道通过流道Ⅰ与壳体内腔相连通；所述主流道通过流道Ⅱ、流道孔与壳体内腔相连通；所述主流道中心线与所述流道Ⅰ中心线夹角为α，所述α角介于30°到90°之间；所述主流道中心线与所述流道Ⅱ中心线夹角为β，所述β角介于30°到90°之间。

进一步，所述内中心管左端与万向轴总成右端连接；所述内中心管右端与传动轴总成左端连接。

进一步，所述外套筒设置2个流道孔，所述流道孔周向均布；所述流道孔连通壳体内腔与流道Ⅱ。

进一步，所述外套筒上端面设置6个槽，槽在圆周方向均布。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：流体可以通过槽进入壳体内腔，从而顺利到达流道孔附近。

进一步，所述外套筒内表面烧结硬质合金层Ⅱ。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：增加外套筒内表面的耐磨性；对外套筒起到扶正作用。

进一步，所述外套筒与所述内中心管采用间隙配合。

进一步，所述外套筒下端面与传动轴总成台肩形成轴向定位。

进一步，所述壳体设置内台肩，所述内台肩与所述外套筒上端面形成轴向定位。

进一步，所述壳体与所述外套筒采用过盈配合。

本发明的有益效果是：(1)相同机械钻速时，冲击钻井方式所需要的钻压较小，从而减小了钻柱的受力；(2)冲击钻井方式下钻头与岩石接触时间较少，从而提高了钻头的寿命；(3)由于破岩方式以冲击为主，所以井眼的井斜角较小，且在直井的钻进过程中井斜角较易控制从而改善了井眼状况；(4)与其他的液动冲击器相比，该螺杆钻具的结构原理均较为简单，只是在传统螺杆钻具上增加了关于流道面积的改动，故简化了加工工艺以及降低井下事故的风险。

附图说明

图1是本发明一种水力冲击螺杆钻具的剖面结构图；

图2是水力冲击总成的剖面结构图；

图3是外套筒的结构示意图；

图4是流道面积变化情况示意图；

图5是外套筒三维示意图；

图6是内中心管剖面三维示意图。

图中：1.旁通阀总成，2.防掉总成，3.动力总成，4.万向轴总成，5.水力冲击总成，6.传动轴总成，5-1.内中心管，5-2.外套筒，5-3.壳体，6-1.传动轴总成壳体，5-1a.流道Ⅰ，5-1b.流道Ⅱ，5-1c.硬质合金层Ⅰ，5-1d.主流道，5-2a.槽，5-2b.流道孔，5-2c.硬质合金层Ⅱ，5-2d.外套筒下端面，5-3a.内台肩，6-1a.传动轴总成壳体台肩。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

本发明一种水力冲击螺杆钻具的剖面结构图参见图1，所述水力冲击螺杆钻具是由旁通阀总成1、防掉总成2、动力总成3、万向轴总成4、水力冲击总成5、传动轴总成6构成；其结构特征是：旁通阀总成1右端与防掉总成2左端采用螺纹连接，防掉总成2右端与动力总成3左端采用螺纹连接，动力总成3右端与万向轴总成4左端采用螺纹连接，万向轴总成4右端与水力冲击总成5左端采用螺纹连接，水力冲击总成5右端与传动轴总成6左端采用螺纹连接。

本发明一种水力冲击螺杆钻具水力冲击总成5的剖面结构图参见图1、图2，所述水力冲击总成5由内中心管5-1、外套筒5-2和壳体5-3构成；所述内中心管5-1设置3个流道Ⅰ5-1a，所述流道Ⅰ5-1a周向均布；所述内中心管5-1设置3个流道Ⅱ5-1b，所述流道Ⅱ5-1b周向均布；所述内中心管5-1外表面烧结硬质合金层Ⅰ5-1c；所述内中心管5-1设置1个主流道5-1d，所述主流道5-1d通过流道Ⅰ5-1a与壳体5-3内腔相连通；所述主流道5-1d通过流道Ⅱ5-1b、流道孔5-2b与壳体5-3内腔相连通；所述主流道5-1d中心线与所述流道Ⅰ5-1a中心线夹角为α，所述α角介于30°到90°之间；所述主流道5-1d中心线与所述流道Ⅱ5-2b中心线夹角为β，所述β角介于30°到90°之间；所述内中心管5-1左端与万向轴总成4右端连接；所述内中心管5-1右端与传动轴总成6左端连接；所述外套筒5-2设置2个流道孔5-2b，所述流道孔周向均布；所述流道孔5-2b连通壳体5-3内腔与流道Ⅱ5-1b；所述外套筒5-2上端面设置6个槽5-2a，槽在圆周方向均布，如图3所示；所述外套筒5-2内表面烧结硬质合金层Ⅱ5-2c；所述外套筒5-2与所述内中心管5-1采用间隙配合；所述外套筒5-2下端面5-2d与传动轴总成6台肩6-1a形成轴向定位；所述壳体5-3设置内台肩5-3a，所述内台肩5-3a与所述外套筒5-2上端面形成轴向定位；所述壳体5-3与所述外套筒5-2采用过盈配合。

本发明一种水力冲击螺杆钻具的工作原理是：下入本水力冲击螺杆钻具至设计井深，随着泥浆泵不断打入泥浆，旁通口关闭，钻井液流经钻具内部，随着钻具的旋转，外套筒5-2与内中心管5-1流道相通处的流道面积呈周期性变化，流道面积变化情况如图4所示，由于流道面积周期性变化产生周期性水击振动，振动波随钻具传递至钻头处；随着地面泥浆泵停泵，旁通阀总成1的旁通口打开，钻井液从旁通口泄出，下端钻具停止转动。