一种碟簧式旋冲钻具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油天然气钻井领域，具体涉及一种碟簧式旋冲钻具。
【背景技术】
[0002]在石油天然气行业钻井深度不断增加，深井、超深井越来越多，而随着钻井深度的增加，岩石地层围压也不断升高，导致岩石越发困难，钻井效率大大降低。提高钻井效率，缩短钻井周期是钻井工程的核心努力方向，实验证明在旋转破岩的同时对岩石施加一定频率的冲击功可以明显提高破岩效率。现场实验结果表明在深井和超深井中采用旋冲钻井技术可提高机械钻速30%以上。旋冲钻井的关键是在近钻头位置安装一个冲击器，使钻具在旋转的同时产生轴向冲击力作用于钻头。
[0003]目前使用的旋冲钻具主要由液动冲击器和气动潜孔锤，虽然提高了脆硬性地层的破岩效率，但其本身密封要求极高，并且需要专门配备复杂的一套系统，无法直接运用于常规钻井中和螺杆钻具直接配套使用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于解决深井、超深井破岩困难，机械钻速低的问题，提供一种碟簧式旋冲钻具。
[0005]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0006]—种碟簧式旋冲钻具，包括依次连接的同轴线的外壳体、过渡外壳和防掉壳体;所述外壳体、过渡外壳和防掉壳体的内孔连通，形成内腔；
[0007]在所述内腔中设有同轴线的中心管和传动轴；所述中心管的下端插入到传动轴内，并与传动轴连接;所述传动轴的下端伸出到内腔外部；
[0008]在所述中心管上从上至下依次安装有碟簧座、碟簧、滚轮座、滚轮和凸轮;所述传动轴的上端插入到凸轮内，并与凸轮连接；
[0009]在所述凸轮的上端面上设有坡面，滚轮安装在滚轮座内，其下部与凸轮的上端面接触。
[0010]所述外壳体的下端内表面与过渡外壳的上端内表面连接;所述过渡外壳的下端内表面与防掉壳体的上端外表面连接；
[0011]所述碟簧座与中心管通过丝扣连接，碟簧和滚轮座与中心管活动连接，碟簧的上端顶住所述碟簧座，下端顶住所述滚轮座。
[0012]在所述滚轮座下部设置有在周向上均匀分布的圆弧形凹槽;所述滚轮安装在所述圆弧形凹槽内，滚轮的轴线与滚轮座的轴线垂直；
[0013]在所述滚轮座的上部设置有在周向上均匀分布的矩形凹槽，所述矩形凹槽的长度方向与滚轮座的轴向平行，相邻的矩形凹槽和圆弧形凹槽在周向上相差45°。
[0014]所述圆弧形凹槽的外轮廓为圆心角是200°的圆弧。
[0015]在所述过渡外壳的上端设置有在周向上均匀分布的凸起花键，所述凸起花键向内腔中部凸起;一个所述凸起花键置入所述滚轮座上部的一个矩形凹槽内，凸起花键能够在矩形凹槽内沿滚轮座的轴向往复移动。
[0016]在所述凸轮的上端面沿径向开有在周向上均匀分布的凹槽，每个所述凹槽的两个侧壁向外倾斜，形成所述坡面。
[0017]所述传动轴的上部的内孔设置为六方孔，中心管的下部的外表面设置为外六方形，中心管下部的外六方形插入传动轴上部的六方孔内，中心管和传动轴在轴向上能够相对滑动。
[0018]所述防掉壳体套在所述传动轴外，传动轴的下端伸出到防掉壳体的下端面外部；所述防掉壳体的下端与所述传动轴的外表面密封连接，在所述防掉壳体与传动轴之间设置有防磨套；
[0019]所述过渡外壳的下端和防掉壳体的上端通过丝扣连接;所述外壳体的下端和过渡外壳通过丝扣连接，上端和螺杆钻具的弯壳体通过丝扣连接，中心管的上部和螺杆钻具的万向轴通过丝扣连接；
[0020]所述传动轴的下端和钻头连接，上端的外表面和凸轮的内表面通过丝扣连接。
[0021 ]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0022](1)本实用新型采用碟簧产生轴向冲击力，提高钻头破岩效率，提高机械钻速；
[0023](2)机械结构简单可靠；
[0024](3)直接与螺杆钻具的动力部分配合使用，使用条件简单。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型一种碟簧式旋冲钻具的结构示意图；
[0026]图2是滚轮座、滚轮和凸轮的三维结构示意图
[0027]图3是图1A-A截面#1』视图；
[0028]图4是图1B-B截面剖视图；
[0029]图中:1.外壳体，2.碟簧座，3.碟簧，4.中心管，5.滚轮座，6.滚轮，7.凸轮，8.过渡外壳，9.防掉壳体，10.防磨套，11.传动轴。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述:
[0031]如图1所示，本实用新型一种碟簧式旋冲钻具，包括外壳体1、碟簧座2、碟簧3、中心管4、滚轮座5、滚轮6、凸轮7、过渡外壳8、防掉壳体9、防磨套10和传动轴11。所述传动轴11下端和钻头丝扣连接，上端和凸轮7丝扣连接;传动轴11上端内孔设置为六方孔，中心管4下端设置为外六方，中心管4下端外六方插入传动轴11上端六方孔内，中心管4和传动轴11轴向可以相对滑动；防磨套10置入防掉壳体9内腔，防掉壳体9套入传动轴11中部；四个滚轮6安装在滚轮座5下部四个圆弧形凹槽内，滚轮的轴与滚轮座的轴垂直;滚轮座5和滚轮6—起套入中心管4，滚轮6和凸轮7上端面接触;过渡外壳8下端和防掉壳体9上端丝扣连接;若干组碟簧3套入中心管4，安装在滚轮座5上端面，碟簧座2和中心管4上部丝扣连接;外壳体1下端和过渡外壳8丝扣连接，上端和螺杆钻具的弯壳体丝扣连接，中心管4上部和螺杆钻具的万向轴丝扣连接。
[0032]如图1、图2和图3所示，滚轮座5下部周向均匀设置四个圆弧形凹槽，圆弧形凹槽外廓为圆心角是200°的圆弧，滚轮座5上部周向均匀设置四个矩形凹槽，矩形凹槽的长度方向与滚轮座的轴向平行，相邻的矩形凹槽和圆弧形凹槽周向相差45° ;四个滚轮6安装在滚轮座5下部四个圆弧形凹槽内；凸轮7上端面设置为周向均匀分布的四个坡面，即沿径向开有四个凹槽、凹槽的两侧壁为向外倾斜;过渡外壳8上端内孔周向均匀设置四个凸起花键，过渡外壳8四个凸起花键置入滚轮座5上部四个矩形凹槽内，工作时，花键在凹槽内沿轴向往复移动。
[0033]如图1和图4所示，传动轴11上端内孔设置为六方孔，中心管4下端设置为外六方，中心管4下端的外六方插入传动轴11上端的六方孔内。
[0034]本实用新型一种碟簧式旋冲钻具的工作原理是:螺杆钻具的万向轴驱动中心管4和传动轴11旋转；凸轮7和传动轴11 一起旋转，使滚轮6在凸轮7上端面不停爬坡和落下，在这个过程中滚轮座5和滚轮6—起轴向往复运动，周期性地压缩碟簧3;滚轮6每次从凸轮7上端面高点落到低点都对凸轮7造成冲击作用，而该冲击力通过传动轴11传递给钻头。
[0035]上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制件的意义。
【主权项】
1.一种碟簧式旋冲钻具，其特征在于:所述碟簧式旋冲钻具包括依次连接的同轴线的外壳体、过渡外壳和防掉壳体;所述外壳体、过渡外壳和防掉壳体的内孔连通，形成内腔； 在所述内腔中设有同轴线的中心管和传动轴;所述中心管的下端插入到传动轴内，并与传动轴连接;所述传动轴的下端伸出到内腔外部； 在所述中心管上从上至下依次安装有碟簧座、碟簧、滚轮座、滚轮和凸轮;所述传动轴的上端插入到凸轮内，并与凸轮连接； 在所述凸轮的上端面上设有坡面，滚轮安装在滚轮座内，其下部与凸轮的上端面接触。2.根据权利要求1所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:所述外壳体的下端内表面与过渡外壳的上端内表面连接;所述过渡外壳的下端内表面与防掉壳体的上端外表面连接； 所述碟簧座与中心管通过丝扣连接，碟簧和滚轮座与中心管活动连接，碟簧的上端顶住所述碟簧座，下端顶住所述滚轮座。3.根据权利要求2所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:在所述滚轮座下部设置有在周向上均匀分布的圆弧形凹槽;所述滚轮安装在所述圆弧形凹槽内，滚轮的轴线与滚轮座的轴线垂直； 在所述滚轮座的上部设置有在周向上均匀分布的矩形凹槽，所述矩形凹槽的长度方向与滚轮座的轴向平行，相邻的矩形凹槽和圆弧形凹槽在周向上相差45°。4.根据权利要求3所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:所述圆弧形凹槽的外轮廓为圆心角是200°的圆弧。5.根据权利要求4所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:在所述过渡外壳的上端设置有在周向上均匀分布的凸起花键，所述凸起花键向内腔中部凸起;一个所述凸起花键置入所述滚轮座上部的一个矩形凹槽内，凸起花键能够在矩形凹槽内沿滚轮座的轴向往复移动。6.根据权利要求5所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:在所述凸轮的上端面沿径向开有在周向上均匀分布的凹槽，每个所述凹槽的两个侧壁向外倾斜，形成所述坡面。7.根据权利要求1至6任一所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:所述传动轴的上部的内孔设置为六方孔，中心管的下部的外表面设置为外六方形，中心管下部的外六方形插入传动轴上部的六方孔内，中心管和传动轴在轴向上能够相对滑动。8.根据权利要求7所述的碟簧式旋冲钻具，其特征在于:所述防掉壳体套在所述传动轴夕卜，传动轴的下端伸出到防掉壳体的下端面外部;所述防掉壳体的下端与所述传动轴的外表面密封连接，在所述防掉壳体与传动轴之间设置有防磨套； 所述过渡外壳的下端和防掉壳体的上端通过丝扣连接;所述外壳体的下端和过渡外壳通过丝扣连接，上端和螺杆钻具的弯壳体通过丝扣连接，中心管的上部和螺杆钻具的万向轴通过丝扣连接； 所述传动轴的下端和钻头连接，上端的外表面和凸轮的内表面通过丝扣连接。
【专利摘要】本实用新型提供了一种碟簧式旋冲钻具，属于石油天然气钻井领域。该碟簧式旋冲钻具包括依次连接的同轴线的外壳体、过渡外壳和防掉壳体；所述外壳体、过渡外壳和防掉壳体的内孔连通，形成内腔；在所述内腔中设有同轴线的中心管和传动轴；所述中心管的下端插入到传动轴内，并与传动轴连接；所述传动轴的下端伸出到内腔外部；在所述中心管上从上至下依次安装有碟簧座、碟簧、滚轮座、滚轮和凸轮；所述传动轴的上端插入到凸轮内，并与凸轮连接；在所述凸轮的上端面上设有坡面，滚轮安装在滚轮座内，其下部与凸轮的上端面接触。
【IPC分类】E21B4/16
【公开号】CN205154008
【申请号】CN201520842589
【发明人】侯健, 魏新芳, 毛迪, 张世龙, 刘国臣, 王晓宇
【申请人】中威联合国际能源服务有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年10月28日