一种脉冲式钻井液压锤的制作方法

本发明涉及一种石油天然气行业钻井提速用的脉冲式钻井液压锤。

背景技术：

在石油天然气行业中，随着国内外油气勘探开发步伐的加快，钻井深度不断增加。伴随着浅层油气资源的日益枯寂，钻井工程必然向着深井和超深井方向发展。然而地层厚度越深，地质条件越为复杂，深部地层的硬度和强度都会显著提高，致使钻头钻进难度升高，破岩效率降低，机械钻速大大降低。目前常规的旋转钻井技术在深井开发过程中，存在重力堆积、横向涡动、纵向跳动以及粘滑等现象和问题，使得深井钻井困难，钻头损坏严重。

旋冲钻井技术可以大大提高深井钻井的机械钻速，其基本原理是在旋转钻井的技术上，对钻头施加周期性的高频轴向冲击力。旋冲钻井技术相比其他钻井工艺，充分利用坚硬岩石脆性大，抗剪强度低，不耐冲击的特点，可以更加高效地进行破岩切削工作。目前，国内外用于旋冲钻井的工具极少，旋冲钻井工具的开发应用前景广阔。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决深井和超深井硬地层钻进困难、机械钻速低的问题，特提供一种脉冲式钻井液压锤。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种脉冲式钻井液压锤，是由上接头、定子壳体、螺杆橡胶定子、螺杆转子、万向轴、万向轴壳体、旋转水帽、配流筒、推力轴承、锤头、弹簧、外壳体和锤座构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，锤座下端和钻头丝扣连接；螺杆橡胶定子固定在定子壳体内腔，螺杆转子置入螺杆橡胶定子内腔，螺杆橡胶定子和螺杆转子的型线头数比为2:1；定子壳体上端和上接头下端丝扣连接，定子壳体下端和万向轴壳体上端丝扣连接；万向轴上端和螺杆转子下端丝扣连接，万向轴下端和旋转水帽上端丝扣连接；旋转水帽中部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，旋转水帽下部周向均匀设置两个腰形通孔；配流筒内腔中部设置一圈台阶，配流筒上端设置一圈凸起外缘，配流筒上部周向均匀设置两个腰形通孔；推力轴承安装在配流筒内腔中部的台阶上；旋转水帽下部外圆和配流筒上部内腔间隙配合，旋转水帽下端面和推力轴承上端面接触，旋转水帽下部的腰形通孔和配流筒上部的腰形通孔轴向对齐；锤头外圆中部设置一圈凸起台阶，锤头上部外圆周向均匀设置四条轴向凹槽，锤头下端面设置两条正交凹槽；锤头安装在配流筒内腔下部；弹簧安装在锤头外圆下部，弹簧处于压缩状态；锤座内腔上部为砧板，砧板中心设置一通孔，锤座中部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，锤座中部外圆设置为丝扣；配流筒下端和锤座上端丝扣连接；外壳体上端和万向轴壳体下端丝扣连接，外壳体下端和锤座中部丝扣连接。

本发明的有益效果是：(1)本发明可产生连续脉冲的水击压力，推动锤头连续锤击锤座，为钻头提供连续轴向冲击力；(2)本发明锤头对锤座提供轴向冲击力，可以使处于压缩状态的钻柱轴向应变减小；(3)本发明在传递扭矩的同时提供高频轴向冲击力，可以有效提高机械钻速；(4)本发明直接利用钻井液驱动，控制简单可靠；(5)纯机械结构，工作可靠。

附图说明

图1是本发明一种脉冲式钻井液压锤锤头下击状态的结构示意图；

图2是本发明一种脉冲式钻井液压锤锤头上返状态的结构示意图；

图3是图1a-a截面剖视图；

图4是图2b-b截面剖视图；

图5是本发明一种脉冲式钻井液压锤锤头的三维结构示意图；

图中：1.上接头、2.定子壳体、3.螺杆橡胶定子、4.螺杆转子、5.万向轴、6.万向轴壳体、7.旋转水帽、8.配流筒、9.推力轴承、10.锤头、11.弹簧、12.外壳体、13.锤座。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种脉冲式钻井液压锤，是由上接头1、定子壳体2、螺杆橡胶定子3、螺杆转子4、万向轴5、万向轴壳体6、旋转水帽7、配流筒8、推力轴承9、锤头10、弹簧11、外壳体12和锤座13构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，锤座13下端和钻头丝扣连接；螺杆橡胶定子3固定在定子壳体2内腔，螺杆转子4置入螺杆橡胶定子3内腔，螺杆橡胶定子3和螺杆转子4的型线头数比为2:1；定子壳体2上端和上接头1下端丝扣连接，定子壳体2下端和万向轴壳体6上端丝扣连接；万向轴5上端和螺杆转子4下端丝扣连接，万向轴5下端和旋转水帽7上端丝扣连接；旋转水帽7中部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，如图3和图4所示，旋转水帽7下部周向均匀设置两个腰形通孔；配流筒8内腔中部设置一圈台阶，配流筒8上端设置一圈凸起外缘，如图3和图4所示，配流筒8上部周向均匀设置两个腰形通孔；推力轴承9安装在配流筒8内腔中部的台阶上；旋转水帽7下部外圆和配流筒8上部内腔间隙配合，旋转水帽7下端面和推力轴承9上端面接触，旋转水帽7下部的腰形通孔和配流筒8上部的腰形通孔轴向对齐；锤头10安装在配流筒8内腔下部；弹簧11安装在锤头10外圆下部，弹簧11处于压缩状态；锤座13内腔上部为砧板，砧板中心设置一通孔，锤座13中部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，锤座13中部外圆设置为丝扣；配流筒8下端和锤座13上端丝扣连接；外壳体12上端和万向轴壳体6下端丝扣连接，外壳体12下端和锤座13中部丝扣连接。

如图5所示，锤头10外圆中部设置一圈凸起台阶，锤头10上部外圆周向均匀设置四条轴向凹槽，锤头10下端面设置两条正交凹槽。

本发明本发明一种脉冲式钻井液压锤的工作原理是：下入本发明至井底，开泵循环钻井液，螺杆转子4通过万向轴5驱动旋转水帽7旋转，旋转水帽7的腰形通孔和配流筒8的腰形通孔之间形成的钻井液流道周期性变化，产生连续水击压力波动，从而周期性推动锤头10下击锤座13，每次锤头10下击以后在弹簧11的作用下向上返回。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种石油天然气行业钻井提速用的脉冲式钻井液压锤。它解决深井和超深井硬地层钻进困难、机械钻速低的问题。其技术方案是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，锤座下端和钻头丝扣连接；螺杆橡胶定子固定在定子壳体内腔，螺杆转子置入螺杆橡胶定子内腔；推力轴承安装在配流筒内腔中部的台阶上；旋转水帽下部外圆和配流筒上部内腔间隙配合；锤头安装在配流筒内腔下部；配流筒下端和锤座上端丝扣连接；外壳体上端和万向轴壳体下端丝扣连接，外壳体下端和锤座中部丝扣连接。本发明利用钻井液驱动，在传递扭矩的同时提供高频轴向冲击力，可以有效提高机械钻速，对深井和超深井开发具有很好的作用。

技术研发人员：张梁;李镕成;钟丽群;梁政;邓雄;赵勇
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2017.05.08
技术公布日：2017.07.14