利用面积变化实现纵向冲击的钻井工具的制作方法

本发明涉及一种用于石油天然气钻探工程领域利用涡轮驱动内部结构转动，通过泥浆过流面积变化产生压力脉冲，实现纵向冲击的钻井工具。

背景技术：

随着石油行业的高速发展，人们对石油需求日益提高，由于浅层油气资源逐渐枯竭，钻井正在向采收率高，节约开采成本方向发展。水平井和大位移井较直井的泄油面积更大，并能够解决一些特殊工况的井型和油层的钻进，提高油气采收率，其在油田开发中的应用也越来越广泛。但在水平井和大位移井钻进过程中，钻柱在井眼曲率较大或水平段过长的井段会产生较大摩阻、拖压现象，影响钻井性能与效率。摩阻大、拖压不仅严重影响水平井的机械钻速，同时还有可能引起粘滑、卡钻等井下事故的发生。如何减少钻柱与井壁之间的摩擦，提高钻井效率，一直以来都是钻井工具发展所面临的难题。

在定向井和水平井钻井过程中，通常使用滑动钻进进方式来改变井眼方向、增斜和降斜。而这种钻井方式使钻具与井壁之间的摩擦多为静摩擦，使钻柱产生粘滑、拖压等现象。目前解决此类问题有效的方法就是使钻具在钻进的过程中，受到周期性的纵向振动冲击，将其与井壁之间的静摩擦转化为动摩擦，从而减小摩擦力，改善钻压的传递效率。

技术实现要素：

为了探索解决背景技术中所述的摩阻大、拖压现象，将井底钻具所受的静摩擦转变为动摩擦，本发明提供了一种利用面积变化实现纵向冲击的钻井工具。本发明的钻井工具以钻探冲洗液(泥浆)为动力介质，利用高压液流能量，带动涡轮转动。转动阀板在涡轮驱动下产生旋转运动，其通孔面积与静止阀板的通孔面积产生周期性变化，从而产生纵向压力脉冲，脉冲会向钻具两侧传递，向上传递的纵向振动使花键套与上套筒整体向上运动，由于花键芯轴相对固定，卡在花键芯轴与排管之间的碟簧就会被压缩，不断变化的压力脉冲迫使碟簧不断松紧，让整个钻具能够产生周期性的往复纵向振动，达到减小摩阻，提高钻进效率的目的。

本发明的技术方案是：利用面积变化实现纵向冲击的钻井工具，其特征在于：花键套、上套筒、上接头、中接头、下套筒、下接头依次通过螺纹连接，固定后内部形成空腔，空腔由上向下依次是花键芯轴、碟簧、排管、止端螺帽、防掉帽、防掉短节、涡轮轴、转动阀板、球滚子、静止阀板；花键芯轴与花键套之间采用花键连接；碟簧卡在花键芯轴与排管之间，并与上套筒轴肩配合；排管上端与花键芯轴螺纹连接，下端与止端螺帽螺纹连接；防掉短节上端与防掉帽螺纹连接，下端与涡轮轴螺纹连接；支撑环周向均布12个通孔，其外表面与中接头螺纹连接，内孔与防掉短节同轴配合；上旋塞周向均布12个通孔；上旋塞和下旋塞分别与下套筒螺纹连接，固定涡轮定子；涡轮转子与涡轮轴采用花键连接；涡轮轴下端与涡轮短节螺纹连接；转动阀板上端与涡轮短节通过螺纹连接固定调整垫片，下端与静止阀板通过球滚子端面配合；静止阀板与下套筒轴肩过盈配合；另外，花键芯轴与花键套之间设有花键唇封和导环；花键芯轴的花键槽中设有锁紧环和耐磨环；排管与活塞套之间设有活塞和活塞唇封。本发明的有益效果是：(1)本次发明的利用面积变化实现纵向冲击的井下工具将钻具与井壁之间的静摩擦将为动摩擦，从而够降低钻具所受的摩擦力，提高钻井效率。(2)利用涡轮驱动转动阀片，使泥浆通过转动阀片与静止阀片之间的过流面积发生改变产生纵向振动，配合碟簧共同推动钻具产生周期性的往复运动，结构简单有效，提高了能量利用率；(3)与其他工具配合使用，能够有效控制和增加钻头的机械钻速，延长钻具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明图1中A-A面的截面图；

图3是本发明图1中B-B面的截面图；

图中1-花键芯轴，2-花键唇封，3-导环，4-花键套，5-上套筒，6-锁紧环，7-耐磨环，8-碟簧， 9-排管，10-活塞套，11-活塞，12-活塞唇封，13-止端螺帽，14-上接头，15-中接头，16-防掉帽，17-防掉短节，18-下套筒，19-支撑环，20-上旋塞，21-涡轮轴，22-涡轮定子，23-涡轮转子，24-下旋塞，25-涡轮短节，26-调整垫片，27-转动阀板，28-球滚子，29-静止阀板，30-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1，利用面积变化实现纵向冲击的钻井工具，其特征在于：花键套4、上套筒5、上接头14、中接头15、下套筒18、下接头30依次通过螺纹连接，固定后内部形成空腔，空腔由上向下依次是花键芯轴1、碟簧8、排管9、止端螺帽13、防掉帽16、防掉短节17、涡轮轴21、转动阀板27、球滚子28、静止阀板29；花键芯轴1与花键套4之间采用花键连接；碟簧8卡在花键芯轴1与排管9之间，并与上套筒5轴肩配合；排管9上端与花键芯轴1螺纹连接，下端与止端螺帽13螺纹连接；防掉短节17上端与防掉帽16螺纹连接，下端与涡轮轴21螺纹连接；支撑环19周向均布12个通孔，其外表面与中接头15螺纹连接，内孔与防掉短节17同轴配合；上旋塞20周向均布12个通孔；上旋塞20与下旋塞24分别与下套筒18螺纹连接，固定涡轮定子22涡轮转子23与涡轮轴21采用花键连接；涡轮轴21下端与涡轮短节25螺纹连接；转动阀板27上端与涡轮短节25通过螺纹连接固定调整垫片26，下端与静止阀板29通过球滚子28端面配合；静止阀板29与下套筒18轴肩过盈配合；另外，花键芯轴1与花键套4之间设有花键唇封2和导环3；花键芯轴1的花键槽中设有锁紧环6和耐磨环7；排管9与活塞套10之间设有活塞11和活塞唇封12。

运行时，泥浆依次通过花键芯轴4、排管9、防掉帽16、上接头14、中接头15、支撑环19、上旋塞20进入下套筒18空腔内，驱动涡轮转动。转动阀板27在涡轮驱动下产生旋转运动，其通孔面积与静止阀板29的通孔面积产生周期性变化，从而产生纵向压力脉冲，脉冲会向钻具两侧传递，向上传递的纵向振动使花键套4与上套筒5整体向上运动，由于花键芯轴1相 对固定，卡在花键芯轴1与排管9之间的碟簧8就会被压缩，不断变化的压力脉冲迫使碟簧8不断松紧，让整个钻具能够产生周期性的往复纵向振动。