叶轮式钻井提速增效装置的制作方法

本发明涉及叶轮式钻井提速增效装置，属于石油天然气钻井、煤气层钻井、地质勘探、矿山钻探设备领域。

背景技术：

随着石油天然气资源的不断开采，钻井过程中所面临的问题也越来越多，在钻井过程中，地层硬度和钻井难度随着井深的增加是呈指数形式增加的，提高硬地层钻速是被世界所公认的难题之一。目前，我国大部分可开采油气资源埋藏于深部地层，钻井已经逐步向深井和超深井发展，这些油田基本上都已经进入高含水和高采出程度的开发后期，稳产压力越来越大，要使油田得以持续稳定地发展，勘探开发深部坚硬地层将是油田在未来增储上产的关键，但是对于下部地层，尤其是深部坚硬地层，存在着钻井效率低、钻具寿命短、钻井周期长、钻井成本高的难题，严重影响着石油钻探开发的整体效益，特别是钻井效率非常低这一问题，迫切需要发展高效破岩钻井方法，提高深部资源的钻探效率。现在比较有效的钻井工具主要是旋冲钻具，到目前为止的所有的旋冲钻具，其最主要的部分不外乎就是我们所说的振击器。振击器能够有效地提高钻井的速度，大大提高钻头的破岩效率，也能够有效地改善钻井工艺参数。但是，振击器技术也有一些缺点，比如冲击工具的使用寿命普遍不长，单次的冲击功普遍偏低等，导致冲击效果不太理想。振击器有许多种类型，其在国内外都十分受到重视，能得到大力的发展。但是要想这项技术能够得到更进一步的发展，首先就要克服许多技术上的难关，比如振击器的使用寿命短以及在进行深井或超深井的钻探时振击器的稳定性差。只有克服了这些难关，才能使旋转冲击钻井技术得到更好的发展。

基于此，为了有效的提高钻头机械钻速，提高破岩效率的目的，我们提出叶轮式钻井提速增效装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为克服油气开采过程中面临着地层可钻性差、机械钻速慢等诸多难题，为进一步提高中深井、硬地层钻井速度、坚硬打滑地层的钻进时效,降低生产成本，提高pdc钻头的破岩效果，改善钻头和岩石的受力情况，提高钻头使用寿命，特提供叶轮式钻井提速增效装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：叶轮式钻井提速增效装置，包括上接头、导流套、圆螺母、垫片、内套、o型密封圈a、外壳体、叶轮、平键、传动轴、推力轴承、轴调节套、壳调节套、小弹簧、旋转头、冲击筒16、o型密封圈b、滑动键、吊卡、砧子、橡胶套、下部壳体、o型密封圈c、下接头；其特征在于，所述上接头上部通过螺纹扣与井下动力钻具相连，下接头下部通过螺纹扣与钻头相连；所述上接头、外壳体、下部壳体依次通过螺纹扣相连，共同组成本发明壳体系统；所述轴调节套、推力轴承、平键、叶轮、垫片、圆螺母依次从上部安装固定在传动轴上，实现各零件之间的径向定位；通过圆螺母与传动轴之间的螺纹扣固紧实现轴调节套、推力轴承、叶轮、垫片之间的轴向定位；所述壳调节套、内套安装于外壳体内部；所述导流套安装于上接头内部；通过壳调节套、推力轴承、内套、导流套之间轴向依次接触安装，依靠上接头与外壳体之间的螺纹扣连接压紧，实现轴向和径向定位，依靠推力轴承实现传动轴的轴向定位；所述小弹簧、旋转头依次从下部安装在传动轴上，小弹簧上部与传动轴台阶面接触，下部与旋转头上端面接触，且一直处于压缩状态，依靠小弹簧的压缩力，提高旋转头和冲击筒之间的密封性；所述冲击筒通过滑动键与外壳体相连；所述旋转头下端面与冲击筒上端面接触；所述旋转头外形为均匀分布2瓣式扇形设计，上端开有正六边形盲孔，与传动轴下端配合，下端开有圆形盲孔，下部两瓣扇形之间的液流流道圆周方向上开有两个通孔，两通孔在圆周方向上相距180^о，两通孔与下端圆形盲孔连通，形成液流通道，防止憋压；所述冲击筒端面设计为和旋转头相同的均匀分布2瓣式扇形设计，在冲击筒其中一个扇形圆周表面开有键槽。所述砧子与下接头通过螺纹扣连接；所述吊卡安装于外壳体、砧子、下接头所形成的环形空间之间；所述橡胶套安装在外壳体、下部壳体、下接头所形成的环形空间之间，橡胶套上端面与吊卡下端面接触，下端与下部壳体台阶内端面接触，且一直处于压缩状态；通过以上零部件安装连接，实现动力轴下部零件径向和轴向定位；所述上接头与外壳体之间安装o型密封圈a；所述冲击筒与外壳体之间安装o型密封圈b；所述下部壳体与外壳体之间安装o型密封圈c，防止钻井液在传递过程中的泄漏。

本发明与现有技术比较，其有益效果是：(1)叶轮式钻井提速增效装置利用叶轮作为驱动装置，驱动动力轴旋转，使提速器结构大大简化，降低制造成本，保证工作稳定性，延长使用寿命；（2）利用旋转头与冲击筒直接相对旋转运动，使得液流流道发生变化，从而作用在冲击筒上的压力发生变化，使得冲击筒轴向压缩橡胶套，往复冲击砧子，砧子把冲击力传递到钻头上，使钻头受到均匀频率的轴向冲击，提高破岩效率；(3)钻头在轴向冲击和旋转力的作用下，使钻头产生旋切方式破岩，可以有效减少卡钻、粘滑现象，提高机械钻速、延长钻头使用寿命。

附图说明

图1为本发明叶轮式钻井提速增效装置的结构示意图。

图2为本为本发明图1中a-a面的截面图

图3为为本发明图1中b-b面的截面图。

图4为本发明叶轮示意图。

图中：1-上接头、2-导流套、3-圆螺母、4-垫片、5-内套、6-o型密封圈a、7-外壳体、8-叶轮、9-平键、10-传动轴、11-推力轴承、12-轴调节套、13-壳调节套、14-小弹簧、15-旋转头、16-冲击筒、17-o型密封圈b、18-滑动键、19-吊卡、20-砧子、21-橡胶套、22-下部壳体、23-o型密封圈c、24-下接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见附图，叶轮式钻井提速增效装置，包括上接头1、导流套2、圆螺母3、垫片4、内套5、o型密封圈a6、外壳体7、叶轮8、平键9、传动轴10、推力轴承11、轴调节套12、壳调节套13、小弹簧14、旋转头15、冲击筒16、o型密封圈b17、滑动键18、吊卡19、砧子20、橡胶套21、下部壳体22、o型密封圈c23、下接头24；其特征在于，所述上接头1上部通过螺纹扣与井下动力钻具相连，下接头23下部通过螺纹扣与钻头相连；所述上接头1、外壳体7、下部壳体22依次通过螺纹扣相连，共同组成本发明壳体系统；所述轴调节套12、推力轴承11、平键9、叶轮8、垫片4、圆螺母3依次从上部安装固定在传动轴10上，实现各零件之间的径向定位；通过圆螺母3与传动轴10之间的螺纹扣固紧实现轴调节套12、推力轴承11、叶轮8、垫片4之间的轴向定位；所述壳调节套13、内套5安装于外壳体7内部；所述导流套2安装于上接头1内部；通过壳调节套13、推力轴承11、内套5、导流套2之间轴向依次接触安装，依靠上接头1与外壳体7之间的螺纹扣连接压紧，实现轴向和径向定位，依靠推力轴承11实现传动轴10的轴向定位；所述小弹簧14、旋转头15依次从下部安装在传动轴10上，小弹簧14上部与传动轴10台阶面接触，下部与旋转头15上端面接触，且一直处于压缩状态，依靠小弹簧的压缩力，提高旋转头15和冲击筒16之间的密封性；所述冲击筒16通过滑动键18与外壳体7相连；所述旋转头15下端面与冲击筒16上端面接触；所述旋转头15外形为均匀分布2瓣式扇形设计，上端开有正六边形盲孔，与传动轴10下端配合，下端开有圆形盲孔，下部两瓣扇形之间的液流流道圆周方向上开有两个通孔，两通孔在圆周方向上相距180^о，两通孔与下端圆形盲孔连通，形成液流通道，防止憋压；所述冲击筒16端面设计为和旋转头15相同的均匀分布2瓣式扇形设计，在冲击筒16其中一个扇形圆周表面开有键槽。所述砧子20与下接头24通过螺纹扣连接；所述吊卡19安装于外壳体7、砧子20、下接头24所形成的环形空间之间；所述橡胶套21安装在外壳体7、下部壳体22、下接头24所形成的环形空间之间，橡胶套21上端面与吊卡19下端面接触，下端与下部壳体22台阶内端面接触，且一直处于压缩状态；通过以上零部件安装连接，实现动力轴下部零件径向和轴向定位；所述上接头1与外壳体7之间安装o型密封圈a6；所述冲击筒16与外壳体7之间安装o型密封圈b17；所述下部壳体22与外壳体7之间安装o型密封圈c23，防止钻井液在传递过程中的泄漏。

工作时，钻井液从上接头1流入，经导流套2，通过叶轮8，冲刷叶轮8叶片，带动叶轮8旋转，叶轮8与传动轴10之间为键连接，通过平键9将扭矩传递给传动轴10，传动轴10与旋转头15之间为正六边形配合，因此旋转头15随传动轴10一起旋转；当旋转头15随传动轴10旋转时，旋转头15和冲击筒16扇形截面就会出现端面对齐和端面交错两种状态，使得液流流道周期性的流通与闭合；当端面对齐时，液体从扇形端面的两侧流道通过，旋转头15和冲击筒16处于流通状态，钻井液顺利流通；当端面交错时，钻井液流道被扇形端面部分堵塞，钻井液过流面积减小，作用压降增大，当旋转头15和冲击筒16两端面完全交错时，钻井液只能从旋转头15下部的通孔流过，防止憋压；通过液流流道周期性的变化，迫使冲击筒16通过滑动键18沿外壳体7下滑，通过吊卡19压缩橡胶套21，冲击砧子20，将冲击能量传递给下接头24，进而传递给钻头，产生轴向冲击力；在本装置的配合下提高钻头破岩效率，最终达到钻井提速的目的。