马达总成2、万向轴总成3、传动轴总成4以及扰动总成5，所述防掉总成连接所述马达总成，所述马达总成连接所述万向轴总成，所述万向轴总成连接所述传动轴总成4，所述传动轴总成4连接所述扰动总成，所述扰动总成下端连接用于钻岩的钻头。
[0024]如图1至图8，所述传动轴总成包括芯轴4a、下TC外筒4b、上齿轮4c、下齿轮4e以及传递杆。所述下TC外筒4b套设于所述芯轴的外侧，所述下TC外筒4b的下端所处的位置高于所述芯轴4a下端所处的位置，所述下TC外筒4b的下端设有齿圈，所述上齿轮4c设于所述芯轴4a下端与所述齿圈之间，所述下齿轮4e设于所述芯轴4a的下端部，所述上齿轮4c与所述下齿轮4e之间通过所述传递杆4d连接。
[0025]如图1至图8，所述扰动总成5包括外壳5c、中空传动轴5a、扰动轴5d以及固定阀5bο所述外壳5c与所述芯轴4a通过螺纹连接，所述中空传动轴5a上端通过外齿圈与所述下齿轮4e连接，所述中空传动轴5a的下端设置有偏心孔，并且与设置于所述扰动轴5d上的所述固定阀5b进行面接触。在本较佳实施例中，所述中空传动轴的下端和所述固定阀上均设有I个偏心孔。在其它实施例中，所述中空传动轴5a的下端和所述固定阀5b在相同圆半径上均设置有2-4个相互间隔的大小相等的孔。
[0026]如图1至图8，所述外壳5c与所述扰动轴5d通过花键连接，所述外壳5c的下端面、所述扰动轴5d和位于所述扰动轴5d的台阶上的密封盖5f形成一密封腔，所述密封腔内设置有碟形弹簧5e，在本较佳实施例中，所述碟形弹簧5e由每组1_2个碟簧片，2-4组叠合组成。
[0027]在本较佳实施例中，所述中空传动轴5a的下端与沿轴向运动的偏心孔通过花键连接；或者，所述中空传动轴5a的下端与偏心孔通过螺纹连接成一整体。所述扰动轴5d的下部设置有与所述钻头连接的螺纹，方便与钻头连接；或者采用所述芯轴4a下部与所述钻头一体成型，因此钻头不需要进行另外的安装。
[0028]如图1至图8，本发明实施例还提供一种扰动破岩钻具的扰动破岩钻井方法，其包括以下步骤:步骤一:在扰动破岩钻具的上端与常规钻具组合通过螺纹连接，其下端和钻头通过螺纹连接。
[0029]步骤二:在正常钻进时，钻井液流经马达总成2驱动其转子旋转，通过万向轴总成3使传动轴总成4内的芯轴4a相对下TC外筒4b旋转；迫使设置在芯轴4a下端与下TC外筒4b的齿圈之间设置上齿轮4c在芯轴4a内旋转；并使通过传递杆4d连接的下齿轮4e旋转。
[0030]步骤三:旋转的下齿轮4e驱动中空传动轴5a上端的外齿圈，使其旋转，中空传动轴5a下端的偏心孔(定义孔中心为01)与设置于扰动轴5d上的固定阀5b的偏心孔(定义孔中心为02)发生相对运动，使两个偏心孔周期性的交错和完全重叠(如图6所示)，其有效流通面积发生周期性的变化，从而在固定阀5b的上部发生水击现象，形成周期性变化的水击力 Ft=Asin (t) ο
[0031]步骤四:水击力Ft通过芯轴4a传递给钻头，由钻具组合的重量产生的重力Fg通过外壳5c、碟形弹簧5e和芯轴4a传递给钻头，水击力F (t)和钻具组合的重力Fg共同作用于钻头正下方的岩石，处于高应力状态的深部地层岩石在动静组合的周期性扰动动力作用下，引发诱导致裂，甚至突然岩爆，使钻头高效率破岩。
[0032]本发明提供的扰动破岩钻具及扰动破岩钻井方法将现有的螺杆传动轴外壳和芯轴相对运动，转换为齿轮旋转，最后实现扰动总成产生周期性水击力，并与上部钻具组合的重力共同形成钻压，实现“高应力+扰动”，其具有高破岩效率和高机械钻速等优点。
[0033]与现有技术相比，本发明具有以下有显著的技术进步和突出的有益效果:
1、所述扰动破岩钻具的底部钻具组合比基于涡轮驱动的扰动钻具的底部钻具组合结构更简单:直接利用现有的马达总成的动力驱动扰动总成，实现扰动破岩钻井方法，同时对螺杆钻具驱动钻头旋转破岩影响不大，将马达总成与扰动钻具综合在一起，大大缩短了马达与钻头之间的距离，简化了钻具组合；而通过涡轮等驱动扰动总成时，还需要在扰动钻具上部连接用于驱动钻头旋转的马达。
[0034]2、所述扰动破岩钻具比涡轮驱动的扰动钻具更安全可靠:驱动所述扰动破岩钻具运动所需要的功率远远小于螺杆钻具输出功率，因而本发明提供的所述扰动破岩钻具产生的扰动力更稳定和可控，从而可控制扰动破岩时产生岩爆烈度等级，达到安全高效提速目的；而通过涡轮驱动扰动钻具时，涡轮的转速不稳定，容易造成钻头正下方岩石发生强烈岩爆或极强岩爆，导致井径十分不规律、甚至埋钻等事故。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种扰动破岩钻具，其特征在于，包括防掉总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成以及扰动总成，所述防掉总成连接所述马达总成，所述马达总成连接所述万向轴总成，所述万向轴总成连接所述传动轴总成，所述传动轴总成连接所述扰动总成，所述扰动总成下端连接用于钻岩的钻头； 所述传动轴总成包括芯轴、下TC外筒、上齿轮、下齿轮以及传递杆，所述下TC外筒套设于所述芯轴的外侧，所述下TC外筒的下端所处的位置高于所述芯轴下端所处的位置，所述下TC外筒的下端设有齿圈，所述上齿轮设于所述芯轴下端与所述齿圈之间，所述下齿轮设于所述芯轴的下端部，所述上齿轮与所述下齿轮之间通过所述传递杆连接； 所述扰动总成包括外壳、中空传动轴、扰动轴以及固定阀，所述外壳与所述芯轴通过螺纹连接，所述中空传动轴上端通过外齿圈与所述下齿轮连接，所述中空传动轴的下端设置有偏心孔，并且与设置于所述扰动轴上的所述固定阀进行面接触，所述外壳与所述扰动轴通过花键连接，所述外壳的下端面、所述扰动轴和位于所述扰动轴的台阶上的密封盖形成一密封腔，所述密封腔内设置有碟形弹簧。
2.如权利要求1所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述中空传动轴的下端与沿轴向运动的偏心孔通过花键连接。
3.如权利要求1或2所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述中空传动轴的下端与偏心孔通过螺纹连接成一整体。
4.如权利要求1所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述碟形弹簧由每组1-2个碟簧片，2-4组叠合组成。
5.如权利要求1所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述扰动轴的下部设置有与所述钻头连接的螺纹。
6.如权利要求1所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述芯轴下部与所述钻头一体成型。
7.如权利要求1所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述中空传动轴的下端和所述固定阀上均设有I个偏心孔。
8.如权利要求1所述的扰动破岩钻具，其特征在于:所述中空传动轴的下端和所述固定阀在相同圆半径上均设置有2-4个相互间隔的大小相等的孔。
9.一种如权利要求1所述的扰动破岩钻具的扰动破岩钻井方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:在扰动破岩钻具的上端与常规钻具组合通过螺纹连接，其下端和钻头通过螺纹连接； 步骤二:在正常钻进时，钻井液流经马达总成2驱动其转子旋转，通过万向轴总成使传动轴总成内的芯轴相对下TC外筒旋转；迫使设置在芯轴下端与下TC外筒的齿圈之间设置上齿轮在芯轴内旋转；并使通过传递杆连接的下齿轮旋转； 步骤三:旋转的下齿轮驱动中空传动轴上端的外齿圈，使其旋转，中空传动轴下端的偏心孔与设置于扰动轴上的固定阀的偏心孔发生相对运动，使两个偏心孔周期性的交错和完全重叠，其有效流通面积发生周期性的变化，从而在固定阀的上部发生水击现象，形成周期性变化的水击力Ft=Asin⑴； 步骤四:水击力Ft通过芯轴传递给钻头，由钻具组合的重量产生的重力Fg通过外壳、碟形弹簧和芯轴传递给钻头，水击力F(t)和钻具组合的重力Fg共同作用于钻头正下方的岩石，处于高应力状态的深部地层岩石在动静组合的周期性扰动动力作用下，引发诱导致裂或突然岩爆。
10.如权利要求9所述的扰动破岩钻井方法，其特征在于:所述碟形弹簧由每组1-2个碟簧片，2-4组叠合组成。
【专利摘要】本发明涉及一种扰动破岩钻具，包括防掉总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成以及扰动总成，防掉总成连接马达总成，马达总成连接万向轴总成，万向轴总成连接传动轴总成，传动轴总成连接扰动总成，扰动总成下端连接钻头；传动轴总成包括芯轴、下TC外筒、上齿轮、下齿轮以及传递杆；扰动总成的中空传动轴的下端设置有偏心孔，并且与设置于扰动轴上的固定阀进行面接触。本发明还提供一种扰动破岩钻井方法。扰动破岩钻具及扰动破岩钻井方法是将现有的用螺杆传动轴外壳和芯轴相对运动转换为齿轮旋转，最后实现扰动总成产生周期性水击力，并与上部钻具组合的重力共同形成钻压，实现“高应力+扰动”，其具有高破岩效率和高机械钻速等优点。
【IPC分类】E21B7-00
【公开号】CN104594801
【申请号】CN201410824286
【发明人】杜林麟, 魏小梅
【申请人】东方宝麟科技发展(北京)有限公司, 魏小梅
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月26日