具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具专利检索-传动轴传动系统变速箱和齿轮专利检索查询-专利查询网

具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具

阅读：419发布：2023-02-25

专利汇可以提供具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，包括上接头、防掉杆、马达、万向轴、传动轴、轴承、碟形弹簧、上振动块、滚珠、下振动块、防掉帽、传动接头、锁帽、弹性挡圈、配液套、排液盘和摆锤，防掉杆设置于上接头的内侧，马达的转子设置于防掉杆下方，转子下方设置万向轴，万向轴下方的传动轴由上传动轴和下传动轴组成，上传动轴外侧设置轴承，下传动轴外侧设置碟形弹簧、上振动块、滚珠、下振动块、防掉帽、传动接头、锁帽、弹性挡圈，传动接头的外侧由上至下依次安装配液套、排液盘、摆锤。本发明既能为钻头提供基本的扭矩和转速，又能附加冲击振动能量，提高破岩效率和机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本。，下面是具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，其特征在于，包括上接头、防掉杆、马达、万向轴、传动轴、轴承、碟形弹簧、上振动块、滚珠、下振动块、防掉帽、传动接头、锁帽、弹性挡圈、配液套、排液盘和摆锤，上接头(1)、马达外壳(3)、万向轴外壳(6)、轴承外壳(11)、传动轴外壳(14)、配液套(22)依次螺纹连接组成外壳；
上接头(1)的内壁上设置有向内凸出的圆环结构，防掉杆(2)位于圆环结构的内侧，防掉杆(2)包括上部圆柱状结构和下部杆状结构，防掉杆上部圆柱状结构的外径大于上接头内壁向内凸出的圆环结构内径，防掉杆下部杆状结构的外径小于上接头内壁向内凸出的圆环结构内径；
定子橡胶(4)固定于马达外壳(3)的内腔，定子橡胶(4)内孔为呈几何参数的螺旋，转子(5)设置于定子橡胶(4)的内腔，转子(5)上端和防掉杆(2)下端螺纹连接，转子(5)下端和万向轴(7)上端螺纹连接；
万向轴(7)下部内侧设置圆槽结构，圆槽结构上设置内螺纹，圆槽结构的上方设置有四个分流孔(33)，圆槽结构上端与四个分流孔相连，分流孔沿周向均匀分布，并与万向轴(7)向呈一固定角度；
传动轴包括上传动轴(8)和下传动轴(12)，上传动轴(8)设置于万向轴(7)的下方，上传动轴(8)的上端设置外螺纹，上传动轴(8)上端外螺纹与万向轴(7)下部的圆槽结构上设置的内螺纹相连，上传动轴(8)内部沿轴线上设置内通孔，内通孔与万向轴的四个分流孔相连，上传动轴(9)下部向外凸出形成圆环状结构台肩，轴承外壳(11)上部内侧设有向内凸出的圆形台阶，轴承座(9)和轴承组(10)由上至下依次安放于圆形台阶和上传动轴(8)下部向外凸出的台肩之间，上传动轴(9)下端设置有内螺纹；下传动轴(12)上端通过螺纹连接于上传动轴(8)下方，下传动轴(12)内部设置通孔，通孔的尺寸和上传动轴的通孔尺寸相同，碟形弹簧(13)设置于上传动轴(8)下方并安装于下传动轴(12)上部外侧，上振动块(12)设置于碟形弹簧(13)的下端并安装于下传动轴(12)中部外侧，下振动块(17)设置于上振动块(15)的下端并安装于下传动轴(12)中部外侧，上振动块(15)沿下端边沿设置弧形结构，下振动块(17)沿上端边沿设置弧形结构，上振动块(15)下端的弧形结构和下振动块(17)上端的弧形结构之间设置若干滚珠(16)；
上振动块(15)外侧设置有矩形花键，内侧为通孔，上振动块(15)设置于传动轴外壳(14)的内侧，传动轴外壳(14)内侧在与上振动块(15)配合的轴向位置上设置有矩形花键孔，下振动块(17)外侧为圆柱结构，内侧设置有矩形花键孔，下传动轴(12)外侧在与下振动块(17)配合的轴向位置上设置有矩形花键；
防掉帽(18)设置于下振动块(17)下方，安装于下传动轴(12)外部，传动接头(19)设置于防掉帽(18)的下方，传动接头(19)上端和防掉帽(18)下端通过螺纹连接；
下传动轴(12)下部外侧直径变小，下传动轴的下端设置安装锁帽(20)的外螺纹，弹性挡圈(21)设置于锁帽(20)下端，传动接头(19)上部内侧设置向内凸出的圆环结构，圆环结构外径的尺寸小于锁帽(20)的外径，传动接头(19)在轴向上可上下移动一定距离；
传动接头(19)下部沿轴向上一段距离形成圆柱台阶，台阶内由上至下设计凹槽(30)，在凹槽(30)对应位置的传动接头里头侧壁上设置有四个喷射孔(25)；
配液套(22)设置于传动轴外壳(14)的下方，并安装于传动接头(19)的外侧，可沿传动接头(19)轴心方向做周向旋转，配液套(22)外围有两处弧形的排液孔(27)，下部有四个径向喷嘴(28)；
排液盘(23)设置于配液套(22)的排液孔(27)和传动接头下部的凹槽(30)之间，排液盘(23)上设置有四处轴向通孔(29)；
摆锤(24)设置于传动接头(19)下部的凹槽(24)内部，摆锤(24)的圆柱面上设有四个径向喷嘴(26)；传动接头(19)下部的凹槽内部被摆锤分隔为两个a腔(31)和两个b腔(32)，排液盘(23)上的四处轴向通孔(29)分别与四个腔室(31、32)相连通。
2.根据权利要求1所述具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，其特征在于，所述传动接头上的四个喷射孔(25)的夹角、配液套上的四个径向喷嘴(27)的夹角、排液盘上的四处轴向通孔(29)的夹角及摆锤上的四个径向喷嘴(26)的夹角相同。
3.根据权利要求1所述具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，其特征在于，所述分流孔(33)与万向轴(7)轴线方向呈45～90°。

说明书全文

具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具

技术领域

[0001] 本发明涉及一种油气钻井技术领域，特别是涉及一种具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具

背景技术

[0002] 螺杆钻具是常见的井下动力钻具，为钻头破岩提供所需转速和扭矩，但在软硬交错地层或坚硬地层钻进时，钻井效率会明显降低。而冲击钻井在硬地层钻进时具有独特优势，轴向冲击振动和周向冲击振动是两种常见的冲击形式，冲击钻井技术和螺杆钻具的结合可以提高钻头破岩效率，提高机械钻速。目前国外市场上有轴向冲击振动螺杆钻具，但具有周向冲击振动功能的井下动力钻具未见报道。同时具备轴向振动、周向振动和井下动力三种功能的一体化工具仍是一项技术空白。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，既能为钻头提供基本的扭矩和转速，又能附加冲击振动能量，提高破岩效率和机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，包括上接头、防掉杆、马达、万向轴、传动轴、轴承、碟形弹簧、上振动块、滚珠、下振动块、防掉帽、传动接头、锁帽、弹性挡圈、配液套、排液盘和摆锤，上接头、马达外壳、万向轴外壳、轴承外壳、传动轴外壳、配液套依次螺纹连接组成外壳；

[0005] 上接头的内壁上设置有向内凸出的圆环结构，防掉杆位于圆环结构的内侧，防掉杆包括上部圆柱状结构和下部杆状结构，防掉杆上部圆柱状结构的外径大于上接头内壁向内凸出的圆环结构内径，防掉杆下部杆状结构的外径小于上接头内壁向内凸出的圆环结构内径；

[0006] 定子橡胶固定于马达外壳的内腔，定子橡胶内孔为呈几何参数的螺旋，转子设置于定子橡胶的内腔，转子上端和防掉杆下端螺纹连接，转子下端和万向轴上端螺纹连接；

[0007] 万向轴下部内侧设置圆槽结构，圆槽结构上设置内螺纹，圆槽结构的上方设置有四个分流孔，圆槽结构上端与四个分流孔相连，分流孔沿周向均匀分布，并与万向轴向呈一固定角度；

[0008] 传动轴包括上传动轴和下传动轴，上传动轴设置于万向轴的下方，上传动轴的上端设置外螺纹，上传动轴上端外螺纹与万向轴下部的圆槽结构上设置的内螺纹相连，上传动轴内部沿轴线上设置内通孔，内通孔与万向轴的四个分流孔相连，上传动轴下部向外凸出形成圆环状结构台肩，轴承外壳上部内侧设有向内凸出的圆形台阶，轴承座和轴承组由上至下依次安放于圆形台阶和上传动轴下部向外凸出的台肩之间，上传动轴下端设置有内螺纹；下传动轴上端通过螺纹连接于上传动轴下方，下传动轴内部设置通孔，通孔的尺寸和上传动轴的通孔尺寸相同，碟形弹簧设置于上传动轴下方并安装于下传动轴上部外侧，上振动块设置于碟形弹簧的下端并安装于下传动轴中部外侧，下振动块设置于上振动块的下端并安装于下传动轴中部外侧，上振动块沿下端边沿设置弧形结构，下振动块沿上端边沿设置弧形结构，上振动块下端的弧形结构和下振动块上端的弧形结构之间设置若干滚珠；

[0009] 上振动块外侧设置有矩形花键，内侧为通孔，上振动块设置于传动轴外壳的内侧，传动轴外壳内侧在与上振动块配合的轴向位置上设置有矩形花键孔，下振动块外侧为圆柱结构，内侧设置有矩形花键孔，下传动轴外侧在与下振动块配合的轴向位置上设置有矩形花键；

[0010] 防掉帽设置于下振动块下方，安装于下传动轴外部，传动接头设置于防掉帽的下方，传动接头上端和防掉帽下端通过螺纹连接；

[0011] 下传动轴下部外侧直径变小，下传动轴的下端设置安装锁帽的外螺纹，弹性挡圈设置于锁帽下端，传动接头上部内侧设置向内凸出的圆环结构，圆环结构外径的尺寸小于锁帽的外径，传动接头在轴向上可上下移动一定距离；

[0012] 传动接头下部沿轴向上一段距离形成圆柱台阶，台阶内由上至下设计凹槽，在凹槽对应位置的传动接头里头侧壁上设置有四个喷射孔；

[0013] 配液套设置于传动轴外壳的下方，并安装于传动接头的外侧，可沿传动接头轴心方向做周向旋转，配液套外围有两处弧形的排液孔，下部有四个径向喷嘴；

[0014] 排液盘设置于配液套的排液孔和传动接头下部的凹槽之间，排液盘上设置有四处轴向通孔；

[0015] 摆锤设置于传动接头下部的凹槽内部，摆锤的圆柱面上设有四个径向喷嘴；传动接头下部的凹槽内部被摆锤分隔为两个a腔和两个b腔，排液盘上的四处轴向通孔分别与四个腔室相连通。

[0016] 所述传动接头上的四个喷射孔的夹角、配液套上的四个径向喷嘴的夹角、排液盘上的四处轴向通孔的夹角及摆锤上的四个径向喷嘴的夹角相同。

[0017] 所述分流孔与万向轴轴线方向呈45～90°。

[0018] 本发明的有益效果是：具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，将冲击振动功能集成到常规螺杆钻具上，形成一体化钻具，能够产生高频低幅冲击振动能量，实现多功能多工艺高效提速破岩，既能为钻头提供基本的扭矩和转速，又能附加冲击振动能量，轴向振动功能可以促进地层裂隙快速发育，并造成地层大面积体积破碎，周向振动功能可以提高钻头的切削能力，并降低粘滑卡钻的风险。该复合提速螺杆钻具可以达到提高破岩效率，提高机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本的效果。附图说明

[0019] 图1是本发明具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具的结构示意图。

[0020] 图2是图1的局部放大结构示意图。

[0021] 图3是图2的A-A传动轴外壳与上振动块的花键连接截面图。

[0022] 图4是图2的B-B下传动轴与下振动块的花键连接截面图。

[0023] 图5是图2的C-C配液套的排液孔截面图。

[0024] 图6是图2的D-D周向振动机构内部结构转换截面图。

[0025] 图中，1-上接头；2-防掉杆；3-马达外壳；4-定子橡胶；5-转子；6-万向轴外壳；7-万向轴；8-上传动轴；9-轴承座；10-轴承组；11-轴承外壳；12-下传动轴；13-碟形弹簧；14-传动轴外壳；15-上振动块；16-滚珠；17-下振动块；18-防掉帽；19-传动接头；20-锁帽；21-弹性挡圈；22-配液套；23-排液盘；24-摆锤。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

[0027] 如图1-6所示，本发明的具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，包括上接头、防掉杆、马达、万向轴、传动轴、轴承、碟形弹簧、上振动块、滚珠、下振动块、防掉帽、传动接头、锁帽、弹性挡圈、配液套、排液盘和摆锤，上接头1、马达外壳3、万向轴外壳6、轴承外壳11、传动轴外壳14、配液套22依次螺纹连接组成外壳；

[0028] 上接头1的内壁上设置有向内凸出的圆环结构，防掉杆2位于圆环结构的内侧，防掉杆2包括上部圆柱状结构和下部杆状结构，防掉杆上部圆柱状结构的外径大于上接头内壁向内凸出的圆环结构内径，防掉杆下部杆状结构的外径小于上接头内壁向内凸出的圆环结构内径；

[0029] 定子橡胶4固定于马达外壳3的内腔，定子橡胶4内孔为呈几何参数的螺旋，转子5设置于定子橡胶4的内腔，转子5上端和防掉杆2下端螺纹连接，转子5下端和万向轴7上端螺纹连接；

[0030] 万向轴7下部内侧设置圆槽结构，圆槽结构上设置内螺纹，圆槽结构的上方设置有四个分流孔33，圆槽结构上端与四个分流孔相连，分流孔沿周向均匀分布，并与万向轴7向呈一固定角度；

[0031] 传动轴包括上传动轴8和下传动轴12，上传动轴8设置于万向轴7的下方，上传动轴8的上端设置外螺纹，上传动轴8上端外螺纹与万向轴7下部的圆槽结构上设置的内螺纹相连，上传动轴8内部沿轴线上设置内通孔，内通孔与万向轴的四个分流孔相连，上传动轴9下部向外凸出形成圆环状结构台肩，轴承外壳11上部内侧设有向内凸出的圆形台阶，轴承座9和轴承组10由上至下依次安放于圆形台阶和上传动轴8下部向外凸出的台肩之间，上传动轴9下端设置有内螺纹；下传动轴12上端通过螺纹连接于上传动轴8下方，下传动轴12内部设置通孔，通孔的尺寸和上传动轴的通孔尺寸相同，碟形弹簧13设置于上传动轴8下方并安装于下传动轴12上部外侧，上振动块12设置于碟形弹簧13的下端并安装于下传动轴12中部外侧，下振动块17设置于上振动块15的下端并安装于下传动轴12中部外侧，上振动块15沿下端边沿设置弧形结构，下振动块17沿上端边沿设置弧形结构，上振动块15下端的弧形结构和下振动块17上端的弧形结构之间设置若干滚珠16；

[0032] 上振动块15外侧设置有矩形花键，内侧为通孔，上振动块15设置于传动轴外壳14的内侧，传动轴外壳14内侧在与上振动块15配合的轴向位置上设置有矩形花键孔，下振动块17外侧为圆柱结构，内侧设置有矩形花键孔，下传动轴12外侧在与下振动块17配合的轴向位置上设置有矩形花键；

[0033] 防掉帽18设置于下振动块17下方，安装于下传动轴12外部，传动接头19设置于防掉帽18的下方，传动接头19上端和防掉帽18下端通过螺纹连接；

[0034] 下传动轴12下部外侧直径变小，下传动轴的下端设置安装锁帽20的外螺纹，弹性挡圈21设置于锁帽20下端，传动接头19上部内侧设置向内凸出的圆环结构，圆环结构外径的尺寸小于锁帽20的外径，传动接头19在轴向上可上下移动一定距离；

[0035] 传动接头19下部沿轴向上一段距离形成圆柱台阶，台阶内由上至下设计凹槽30，在凹槽30对应位置的传动接头里头侧壁上设置有四个喷射孔25；

[0036] 配液套22设置于传动轴外壳14的下方，并安装于传动接头19的外侧，可沿传动接头19轴心方向做周向旋转，配液套22外围有两处弧形的排液孔27，下部有四个径向喷嘴28；

[0037] 排液盘23设置于配液套22的排液孔27和传动接头下部的凹槽30之间，排液盘23上设置有四处轴向通孔29；

[0038] 摆锤24设置于传动接头19下部的凹槽24内部，摆锤24的圆柱面上设有四个径向喷嘴26；传动接头19下部的凹槽内部被摆锤分隔为两个a腔31和两个b腔32，排液盘23上的四处轴向通孔29分别与四个腔室31、32相连通。

[0039] 所述传动接头上的四个喷射孔25的夹角、配液套上的四个径向喷嘴27的夹角、排液盘上的四处轴向通孔29的夹角及摆锤上的四个径向喷嘴26的夹角相同。

[0040] 所述分流孔33与万向轴7轴线方向呈45～90°。

[0041] 本发明的具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具具有如下技术特点：

[0042] (1)工具既有常规螺杆钻具的基本功能，给钻头提供扭矩和转速，又集成了轴向振动机构和周向振动机构，额外给钻头提供轴向振动能量和周向振动能量。

[0043] (2)采用碟簧、带球坑的上下振动块，滚珠，利用传动轴的高速回转运动，将其转化为轴向冲击振动作用。

[0044] (3)周向振动机构采用独特设计，利用传动接头和配液套的转速差，及其各零件上的喷嘴结构，并配合a腔和b腔采用排出到井眼环空间隙的排液方式，实现摆锤的周向冲击功能。

[0045] 具体地说，钻井液从上接头1进入复合提速螺杆钻具，流经定子橡胶4和转子5之间的螺旋间隙时，带动转子5绕定子橡胶4的轴线做行星回转运动，将扭矩和转速向下依次传递给万向轴7、上传动轴8、下传动轴12、传动接头19和排液盘23，以上各零件受转子5带动绕工具轴线做高速回转运动。而由上接头1、马达外壳3、万向轴外壳6、轴承外壳11、传动轴外壳14和配液套22组成的工具外壳随上部钻柱做低速转动或不转动。由于上振动块15与传动轴外壳14是花键连接，而下振动块17与下传动轴12是花键连接，因此上振动块15与下振动块17之间存在转速差且可以上下运动，并在上振动块15下端面和下振动块17上端面存在球坑，若干滚珠16被上振动块15和下振动块17压在中间。

[0046] 当复合提速螺杆钻具进行正常钻进时，钻头压力会向上依次传递给传动接头19、防掉帽18、下振动块17、滚珠16、上振动块15、碟簧13和上传动轴8，以上零件被轴向压紧，轴承外壳11的内台阶将轴承组10、轴承座9、上传动轴8及下部各零件进行了轴向限位。正常钻进时，下传动轴12带动下振动块17做高速回转运动，由于滚珠16被轴向压紧在球坑中，且上振动块15与下振动块17之间存在转速差，因此高速回转的下振动块17会导致滚珠16滚动出球坑，并向上顶起上振动块15，碟簧13被压缩并积蓄能量，当滚珠16回到球坑中时，碟簧13积蓄的能量会被释放，上振动块15会向下冲击下振动块17，随着下传动轴12的高速回转，轴向振动能量会不间断地向下传递给钻头。以上是轴向振动机构的工作原理，可实现轴向振动功能。

[0047] 配液套22与工具外壳做低速转动或不转动，其外围有两处弧形的排液孔，下部有四个径向喷嘴。排液盘23随传动接头19做高速回转运动，其上存在四处轴向通孔。传动接头19内部被摆锤24分隔为两个a腔和两个b腔，排液盘23上的四处轴向通孔分别与四个腔室相连通。摆锤24的圆柱面上有四个径向喷嘴。传动接头19内部有四个喷射孔。其中，传动接头
19上的四个喷射孔的夹角、配液套22上的四个径向喷嘴的夹角、排液盘23上的四处轴向通孔的夹角及摆锤24上的四个径向喷嘴的夹角都是相同的。

[0048] 钻井液从下传动轴12中心通道流后，一部分流向井底，另一部分通过传动接头19的四个喷射孔沿径向向外围喷射，只有当四个喷射孔同时与配液套22上的四个径向喷嘴、摆锤24上的四个径向喷嘴相联通时，摆锤24才能快速转动并敲击传动接头19，同时a腔或b腔内的液体则沿排液盘23上的四处轴向通孔和配液套22上的两处弧形排液孔向上排出工具流向井眼环空间隙，如D-D截面图，表示的是摆锤24的两个死点位置，a腔打开而b腔关闭，b腔打开而a腔关闭，两种工作状态，均可敲击振动传动接头19，不间断形成周向冲击振动能量，并由传动接头19传递给钻头。以上是周向振动机构的工作原理，可实现周向振动功能。

[0049] 因此，具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具，既能为钻头提供基本的扭矩和转速，又能附加轴向振动和周向振动功能。

[0050] 综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种自动吐袋机	2023-01-23	5
一种机油泵传动轴支架用夹具	2020-07-29	5
具有传动轴防卡死外定位导向结构的蝶阀	2020-09-27	5
一种车轴齿轮箱	2021-09-07	3
一种传动轴	2020-07-01	6
车辆及其机动车传动轴冷却结构	2021-03-12	1
一种传动轴吸振块	2020-11-05	0
一种平键式同轴电机泵传动轴	2021-03-27	2
一种传动轴装配结构	2020-11-09	3
传动轴的加力拨叉	2020-10-24	6

具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具

具有轴向振动和周向振动功能的复合提速螺杆钻具

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：