具有周向旋冲力钻头的制作方法

本发明涉及钻探领域，具体涉及一种具有周向旋冲力钻头。

背景技术：

近年来高频冲击类深井钻井提速工具飞速发展，油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低；应用螺杆进行复合钻进时，由于深井中温度较高，螺杆寿命低、使用效果不理想；此外，采用气体钻井技术钻进可较大程度提高机械钻速，但在地层出水的情况下易引起井下复杂情况发生，且气体钻井配套设备多，成本相对较高

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供具有周向旋冲力钻头，旋冲钻头设计合理，性能可靠，产生周向振动，消除钻头的粘滑和卡钻现象，提高机械钻速。

本发明的具有周向旋冲力钻头，包括钻头本体和连接于钻杆与钻头本体之间并用于产生周向旋冲力的钻头座组件；所述钻头座组件由后到前依次包括固定连接的后接管、中管体和前接管，所述中管体内由前到后依次设置有与前接管周向传动配合的冲击组件和与冲击组件驱动配合的动力组件；所述动力组件为液动型动力组件。

进一步，所述动力组件与冲击组件之间还设置有盘阀组件，所述盘阀组件包括固定设置于中管体的前阀盘和转动内套于中管体的后阀盘，所述后阀盘与动力组件的输出端周向传动配合，所述后阀盘开设有冲击孔，所述前发盘开设有与冲击孔周期性对应的配流孔；所述后阀盘中间固定设置有导向杆，所述冲击组件包括固定于前接管尾端的从动盘、滑动外套于导向杆前段的冲击套、固定外套于冲击套的驱动螺旋片和固定于驱动套的冲击爪，所述从动盘开沿周向设有弧形孔，所述冲击爪前段伸入弧形孔中并在动力液冲击驱动螺旋片时周向冲击从动盘，所述冲击套沿轴向和周向设置有复回力。

进一步，所述从动盘沿周向设置多个弧形孔，所述冲击爪对应多个弧形孔设置有多个冲击指。

进一步，所述冲击套与从动盘之间设置有外套于导向杆的复位扭簧。

进一步，所述冲击套与导向杆之间设置有用于提供周向和轴向滚动支撑力的复合轴承。

进一步，所述复合轴承包括包括冲击套、滚珠和环套状的保持架；所述冲击套内圆凹陷形成用于轴向定位安装保持架的环形定位槽，所述环形定位槽槽底的轴向两端分别凹陷形成两环形导向槽，所述冲击套内轴向设置有连通两环形导向槽的回流导向孔，保持架中间沿轴向开设用于对滚珠限位的条形限位口，所述回流导向孔和条形限位口沿周向设置为多个，所述滚珠为多个并填充于环形导向槽、回流导向孔和条形限位口。

进一步，所述动力组件包括固定内套于中管体的定子套和转动内套于定子套内的转子，所述转子外圆设置有叶片，所述定子套的外圆径向开口设置有与叶片对应的径向进液口，所述转子与后阀盘周向固定连接。

进一步，所述后阀盘中间一体成型设置有连接头，所述连接头的后端于转子前端螺纹连接，所述导向杆后端延伸穿过后阀盘并相对转动插入连接头内。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种具有周向旋冲力钻头，钻井液流经定子驱动转子带动后阀盘高速转动，后阀盘上的冲击孔与前盘上阀的配液孔周期性对正与错开，产生轴向压力脉冲，间接作用于钻头本体上，形成“液体弹簧”，使钻头始终与井底接触，起到保护钻头作用，而周向冲击力通过下接头间接作用于钻头本体上，使钻头本体和井底始终保持连续的高频切削，消除了钻头的粘滑和卡钻现象，提高了破岩效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中前阀盘的结构示意图；

图3为本发明中从动盘的结构示意图；

图4为本发明中复合轴承的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中前阀盘的结构示意图，图3为本发明中从动盘的结构示意图，图4为本发明中复合轴承的结构示意图，如图所示，本实施例中的具有周向旋冲力钻头，包括钻头本体和连接于钻杆与钻头本体之间并用于产生周向旋冲力的钻头座组件；所述钻头座组件由后到前依次包括固定连接的后接管1、中管体2和前接管3，所述中管体内由前到后依次设置有与前接管周向传动配合的冲击组件和与冲击组件驱动配合的动力组件；所述动力组件为液动型动力组件；所述动力组件与冲击组件之间还设置有盘阀组件，所述盘阀组件包括固定设置于中管体的前阀盘4和转动内套于中管体的后阀盘5，所述后阀盘与动力组件的输出端周向传动配合，所述后阀盘开设有冲击孔6，所述前发盘开设有与冲击孔周期性对应的配流孔7；所述后阀盘中间固定设置有导向杆8，所述冲击组件包括固定于前接管尾端的从动盘9、滑动外套于导向杆前段的冲击套10、固定外套于冲击套的驱动螺旋片11和固定于驱动套的冲击爪12，所述从动盘开沿周向设有弧形孔13，所述冲击爪前段伸入弧形孔中并在动力液冲击驱动螺旋片时周向冲击从动盘，所述冲击套沿轴向和周向设置有复回力；所述从动盘沿周向设置多个弧形孔，所述冲击爪对应多个弧形孔设置有多个冲击指；所述冲击套与从动盘之间设置有外套于导向杆的复位扭簧14；如图所示，动力液驱动动力组件转动，进而带动后阀盘转动，使得冲击孔与配合孔周期性正对导通，所示冲击孔可为弧状条孔，动力液进而周向冲击驱动螺旋片，使得冲击套转动的同时沿轴向滑动，带动冲击爪周向冲击从盘，从而给安装在前接管上的钻头本体以周向及轴向冲击力，复位扭簧用于冲击孔与配液孔错位时，通过复位扭簧使冲击套沿周向和轴向进行复位，准备下一次的冲击；所述复位扭簧两端分别固定于冲击套和从动盘。

本实施例中，所述冲击套与导向杆之间设置有用于提供周向和轴向滚动支撑力的复合轴承；所述复合轴承包括包括冲击套、滚珠15和环套状的保持架16；所述冲击套内圆凹陷形成用于轴向定位安装保持架的环形定位槽，所述环形定位槽槽底的轴向两端分别凹陷形成两环形导向槽16a，所述冲击套内轴向设置有连通两环形导向槽的回流导向孔，保持架中间沿轴向开设用于对滚珠限位的条形限位口，所述回流导向孔和条形限位口沿周向设置为多个，所述滚珠为多个并填充于环形导向槽、回流导向孔和条形限位口；位于条形限位口内的滚珠沿径向向内抵压于导向杆的外圆，利于冲击套与导向杆沿周向转动和轴向滑动，利于提高冲击套运动稳定性和抗磨损能力。

本实施例中，所述动力组件包括固定内套于中管体的定子套17和转动内套于定子套内的转子18，所述转子外圆设置有叶片19，所述定子套的外圆径向开口设置有与叶片对应的径向进液口20，所述转子与后阀盘周向固定连接；径向进液驱动转子转动，利于转子避免轴向摩擦力，提高机械驱动效率。

本实施例中，所述后阀盘中间一体成型设置有连接头21，所述连接头的后端于转子前端螺纹连接，所述导向杆后端延伸穿过后阀盘并相对转动插入连接头内；进一步提高各部件的同轴性，保证传动机构的稳定性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种具有周向旋冲力钻头，其特征在于：包括钻头本体和连接于钻杆与钻头本体之间并用于产生周向旋冲力的钻头座组件；所述钻头座组件由后到前依次包括固定连接的后接管、中管体和前接管，所述中管体内由前到后依次设置有与前接管周向传动配合的冲击组件和与冲击组件驱动配合的动力组件；所述动力组件为液动型动力组件。

2.根据权利要求1所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述动力组件与冲击组件之间还设置有盘阀组件，所述盘阀组件包括固定设置于中管体的前阀盘和转动内套于中管体的后阀盘，所述后阀盘与动力组件的输出端周向传动配合，所述后阀盘开设有冲击孔，所述前发盘开设有与冲击孔周期性对应的配流孔；所述后阀盘中间固定设置有导向杆，所述冲击组件包括固定于前接管尾端的从动盘、滑动外套于导向杆前段的冲击套、固定外套于冲击套的驱动螺旋片和固定于驱动套的冲击爪，所述从动盘开沿周向设有弧形孔，所述冲击爪前段伸入弧形孔中并在动力液冲击驱动螺旋片时周向冲击从动盘，所述冲击套沿轴向和周向设置有复回力。

3.根据权利要求2所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述从动盘沿周向设置多个弧形孔，所述冲击爪对应多个弧形孔设置有多个冲击指。

4.根据权利要求3所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述冲击套与从动盘之间设置有外套于导向杆的复位扭簧。

5.根据权利要求4所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述冲击套与导向杆之间设置有用于提供周向和轴向滚动支撑力的复合轴承。

6.根据权利要求5所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述复合轴承包括包括冲击套、滚珠和环套状的保持架；所述冲击套内圆凹陷形成用于轴向定位安装保持架的环形定位槽，所述环形定位槽槽底的轴向两端分别凹陷形成两环形导向槽，所述冲击套内轴向设置有连通两环形导向槽的回流导向孔，保持架中间沿轴向开设用于对滚珠限位的条形限位口，所述回流导向孔和条形限位口沿周向设置为多个，所述滚珠为多个并填充于环形导向槽、回流导向孔和条形限位口。

7.根据权利要求6所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述动力组件包括固定内套于中管体的定子套和转动内套于定子套内的转子，所述转子外圆设置有叶片，所述定子套的外圆径向开口设置有与叶片对应的径向进液口，所述转子与后阀盘周向固定连接。

8.根据权利要求7所述的具有周向旋冲力钻头，其特征在于：所述后阀盘中间一体成型设置有连接头，所述连接头的后端于转子前端螺纹连接，所述导向杆后端延伸穿过后阀盘并相对转动插入连接头内。

技术总结
本发明公开了一种具有周向旋冲力钻头，包括钻头本体和连接于钻杆与钻头本体之间并用于产生周向旋冲力的钻头座组件；钻头座组件由后到前依次包括固定连接的后接管、中管体和前接管，所述中管体内由前到后依次设置有与前接管周向传动配合的冲击组件和与冲击组件驱动配合的动力组件；动力组件为液动型动力组件；钻井液流经定子驱动转子带动后阀盘高速转动，后阀盘上的冲击孔与前盘上阀的配液孔周期性对正与错开，产生轴向压力脉冲，间接作用于钻头本体上，使钻头始终与井底接触，起到保护钻头作用，而周向冲击力通过下接头间接作用于钻头本体上，使钻头本体和井底始终保持连续的高频切削，消除了钻头的粘滑和卡钻现象，提高了破岩效率。

技术研发人员：史洪军;马哲;罗昭素;郭子郡
受保护的技术使用者：北京众英泰科能源科技有限公司
技术研发日：2019.08.21
技术公布日：2019.11.15