一种旋冲式扭力冲击发生装置及其工作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109555471A(43)申请公布日2019.04.02(21)申请号201811391243.7(22)申请日2018.11.21(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市黄岛区长江西路66号(72)发明人宋洵成王皓琰管志川王红希彭杰刘永旺史玉才(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人赵敏玲(51)Int.Cl.E21B4/16(2006.01)E21B4/02(2006.01)E21B4/14(2006.01)E21B21/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图11页(54)发明名称一种旋冲式扭力冲击发生装置及其工作方法(57)摘要本发明公开了一种旋冲式扭力冲击发生装置及其工作方法，它解决了现有技术中冲击频率较低、冲击力较小、结构复杂、易损件较多的问题，具有能够提高单次冲击力、提升能量利用效率、在提高稳定性的同时大大降低对正常钻井作业的不利影响的效果；其技术方案为：包括用于初步分流除砂的导流除砂组件、为转动轴提供旋转动力的涡轮马达动力组件、提供扭向冲击的冲击组件，所述冲击组件安装于传动轴末端，包括能够随传动轴转动的冲击锤体、与所述冲击锤体相配合的砧座；冲击锤体通过周期性的冲击砧座以产生高频扭向冲击。CN109555471ACN109555471A权利要求书1/1页1.一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，包括：导流除砂组件，用于初步分流除砂；涡轮马达动力组件，为转动轴提供旋转动力；冲击组件，安装于传动轴末端，包括能够随传动轴转动的冲击锤体、与所述冲击锤体相配合的砧座；冲击锤体通过周期性的冲击砧座以产生高频扭向冲击。2.根据权利要求1所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述砧座通过定位套与钻头套筒相连，定位套用于将扭向冲击传递至钻头套筒以辅助破岩。3.根据权利要求1所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述冲击锤体为双锤头锤体，锤体对称分布于传动轴两侧；锤体外侧安装砧座。4.根据权利要求3所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述砧座为环形砧座，环形砧座内侧具有用于承受锤头撞击的凸起。5.根据权利要求4所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述环形砧座通过定位销与定位套相连；环形砧座外侧两端分别设有定位孔及定位槽，定位套内部两侧设有定位孔，通过定位销约束环形砧座运动。6.根据权利要求1所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述涡轮马达动力组件包括多级涡轮定子和涡轮转子，且涡轮定子、涡轮转子交替布置，所述涡轮转子安装于传动轴周向外侧。7.根据权利要求1所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述传动轴通过定位轴承安装于壳体内部，壳体一端与转换接头螺纹连接，壳体另一端安装钻头套筒；所述导流除砂组件设于转换接头内侧且一端与传动轴接触。8.根据权利要求7所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述钻头套筒通过花键与壳体相连，所述壳体内侧设有与花键配合的键槽，所述花键与键槽形成设定角度的间隙。9.根据权利要求1所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置，其特征在于，所述导流除砂组件为侧面开设多个方形侧流道的导流滤管。10.根据权利要求1-9任一所述的一种旋冲式扭力冲击发生装置的工作方法，其特征在于，钻井液从转换接头进入导流除砂组件进行初步除砂分流，分流后的钻井液经第一级涡流定子进入涡流转子中推动涡流转子转动；涡流转子带动传动轴转动，双锤头锤体随传动轴转动，双锤头锤体与环形砧座的凸起接触时，对环形砧座产生冲击，即冲击运动阶段；同时双锤头锤体将环形砧座推向外侧以便继续旋转，当双锤头锤体运动至与环形砧座再次接触时将环形砧座复位以便再次冲击，即复位运动阶段；双锤头锤体周期性冲击环形砧座产生的高频扭向冲击经定位套传递至钻头套筒，钻头套筒将扭向冲击传递至钻头以辅助破岩。2CN109555471A说明书1/6页一种旋冲式扭力冲击发生装置及其工作方法技术领域[0001]本发明涉及石油钻井辅助破岩工具领域，尤其涉及一种旋冲式扭力冲击发生装置及其工作方法。背景技术[0002]在高研磨性地层及软硬交错地层的钻进过程中，钻头粘滑振动频繁、机械钻速低、钻头易损坏、井眼质量差是当前面临的主要技术问题，其根源是切削钻头的剪切力不足以破碎岩石从而导致扭矩在钻柱集聚，当钻头所传递的扭矩达到岩石的破碎强度时，钻柱内的能量瞬间释放导致钻头剧烈振动，产生粘滞-滑动问题。为此相关技术人员开始探索一种在难钻地层中能够抑制粘滑振动、保护钻具以及提高机械钻速和井眼质量的方法。已有的研究表明，扭力冲击工具的使用可以大幅减少在粘滑振动、保护钻具的同时提高机械钻速。[0003]目前扭力冲击工具还存在以下问题：