一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具的制作方法

本发明涉及一种石油天然气行业深井和超深井钻井提速用的水力脉冲式旋冲螺杆钻具。

背景技术：

随着国内外石油天然气行业钻井技术的不断发展，钻井深度不断增加，深井和超深井数量越来越多。在钻井深度增加以后，岩石在地层围压作用下硬度和强度都会显著提高，可钻性大大降低。为提高深部地层钻头破岩效率，一种可行的有效方法是采用旋冲钻井，即在旋转钻井的同时为钻头提供轴向冲击力。对岩石在变载钻压下进行切削可以大大提高破岩效率，尤其可以增加硬地层的机械钻速。

目前螺杆钻具是钻井工程中应用最为广泛的井下动力钻具，可以满足绝大部分的井下工况，然而常规的螺杆钻具只具有旋转的功能，为钻头提供切削岩石的旋转扭矩，不具备提供轴向冲击力的功能。中国专利CN104033113A提供一种旋冲螺杆钻具，利用滚轮和凸轮的相对运动为钻头提供轴向冲击力，然而该专利结构复杂、易损件多，尤其滚轮和凸轮要承受巨大的钻压，磨损必定严重；另外该专利在为钻头提供破岩扭矩的同时，还必须为滚轮在凸轮上爬坡提供爬坡扭矩，增加了螺杆动力部分的负载，必然导致螺杆动力部分的使用寿命降低。

基于上述技术背景，本发明特提供一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具，在为钻头提供旋转扭矩的同时，提供高频轴向冲击力，提高钻头破岩效率。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决钻井过程中硬地层钻进困难、机械钻速低的问题，特提供一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具，是由上接头、螺杆定子、螺杆转子、万向轴壳体、万向轴、上轴体、推力轴承a、导流壳体、传动销、传动活塞、下壳体、推力轴承b、半环卡子、推力轴承c、碟簧、防掉帽和下轴体构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，下轴体下端和钻头丝扣连接；螺杆定子内腔设置有橡胶定子套，螺杆定子上端和上接头下端丝扣连接，螺杆定子下端和万向轴壳体上端丝扣连接；螺杆转子置入螺杆定子内腔，螺杆转子和螺杆定子内腔的橡胶定子套配合；万向轴上端和螺杆转子下端丝扣连接，万向轴下端和上轴体上端丝扣连接；上轴体上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，上轴体上部外圆设置一圈凸起台阶，上轴体中部周向均匀设置四个通孔连通内外空间，上轴体内腔下部周向均匀设置有销子槽；下壳体上端设置一圈凸起外缘，下壳体上部周向均匀设置三个腰形通孔，下壳体中部周向均匀设置四个斜孔连通内外空间，下壳体下部周向均匀设置两个通孔连通内外空间，下壳体内腔中部设置有台阶；推力轴承a安装在上轴体上部的凸起台阶上；推力轴承b安装在下壳体内腔中部台阶上；导流壳体上端和万向轴壳体下端丝扣连接，导流壳体下端和下壳体中部丝扣连接；传动活塞上部设置为圆柱，传动活塞中部外圆周向均匀设置有销子槽；传动活塞上部圆柱和上轴体内腔中部间隙配合，传动销安装在传动活塞中部外圆销子槽和上轴体内腔下部销子槽形成的空间内，传动活塞下端和下轴体上端丝扣连接；下轴体上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，下轴体中部外圆设置一圈凹槽；两个半环卡子安装在下轴体中部外圆的凹槽上，推力轴承c安装在两个半环卡子端面上，碟簧套入下轴体外圆安装在推力轴承c端面上；防掉帽和下壳体下端丝扣连接。

本发明的有益效果是：(1)本发明可以产生高频轴向冲击振动，提高钻头破岩效率和机械钻速；(2)本发明利用连续水击压力驱动，属于柔性振动，避免了机械构件刚性损坏；(3)本发明为机械结构简单，易损件少；(4)本发明既可以产生破岩扭矩，也可以提供轴向冲击力。

附图说明

图1是本发明一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具传动活塞上行的结构示意图；

图2是本发明一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具传动活塞下行的结构示意图；

图3是图1A-A截面剖视图；

图4是图1B-B截面剖视图；

图中：1.上接头、2.螺杆定子、3.螺杆转子、4.万向轴壳体、5.万向轴、6.上轴体、7.推力轴承a、8.导流壳体、9.传动销、10.传动活塞、11.下壳体、12.推力轴承b、13.半环卡子、14.推力轴承、15.碟簧、16.防掉帽、17.下轴体。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具，是由上接头1、螺杆定子2、螺杆转子3、万向轴壳体4、万向轴5、上轴体6、推力轴承a7、导流壳体8、传动销9、传动活塞10、下壳体11、推力轴承b12、半环卡子13、推力轴承c14、碟簧15、防掉帽16和下轴体17构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，下轴体17下端和钻头丝扣连接；螺杆定子2内腔设置有橡胶定子套，螺杆定子2上端和上接头1下端丝扣连接，螺杆定子2下端和万向轴壳体4上端丝扣连接；螺杆转子3置入螺杆定子2内腔，螺杆转子3和螺杆定子2内腔的橡胶定子套配合；万向轴5上端和螺杆转子3下端丝扣连接，万向轴5下端和上轴体6上端丝扣连接；上轴体6上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，上轴体6上部外圆设置一圈凸起台阶，上轴体6中部周向均匀设置四个通孔连通内外空间，上轴体6内腔下部周向均匀设置有销子槽；下壳体11上端设置一圈凸起外缘，下壳体11上部周向均匀设置三个腰形通孔，下壳体11中部周向均匀设置四个斜孔连通内外空间，下壳体11下部周向均匀设置两个通孔连通内外空间，下壳体11内腔中部设置有台阶；推力轴承a7安装在上轴体6上部的凸起台阶上；推力轴承b12安装在下壳体11内腔中部台阶上；导流壳体8上端和万向轴壳体4下端丝扣连接，导流壳体8下端和下壳体11中部丝扣连接；传动活塞10上部设置为圆柱，传动活塞10中部外圆周向均匀设置有销子槽；传动活塞10上部圆柱和上轴体6内腔中部间隙配合，传动销9安装在传动活塞10中部外圆销子槽和上轴体6内腔下部销子槽形成的空间内，传动活塞10下端和下轴体17上端丝扣连接；下轴体17上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，下轴体17中部外圆设置一圈凹槽；两个半环卡子13安装在下轴体17中部外圆的凹槽上，推力轴承c14安装在两个半环卡子13端面上，碟簧15套入下轴体17外圆安装在推力轴承c14端面上；防掉帽16和下壳体11下端丝扣连接。

如图3所示，上轴体6中部周向均匀设置的四个通孔和下壳体11上部周向均匀设置的三个腰形通孔位于同一轴向截面位置处，上轴体6在旋转过程中保证上轴体6四个通孔和下壳体11三个腰形通孔的连通面积发生周期性变化。

如图4所示，传动销9安装在传动活塞10中部外圆销子槽和上轴体6内腔下部销子槽形成的空间内。

本发明一种水力脉冲式旋冲螺杆钻具的工作原理是：下入本发明至井底，开泵循环钻井液，螺杆转子3在钻井液作用下发生旋转，螺杆转子3带动万向轴5、上轴体6、传动活塞10和下轴体17同时旋转；上轴体6在旋转过程中，上轴体6四个通孔和下壳体11三个腰形通孔的连通面积发生周期性变化，产生连续水击作用，传动活塞10受到变化的连续水击作用力而对下轴体17产生持续的高频轴向冲击力。