擾動破巖鉆具的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油天然氣勘探開發中鉆井工程領域，尤其涉及一種擾動破巖鉆具。
【背景技術】
[0002]鉆井工程占油氣開發成本的50%以上，投資大，且風險高，提高鉆井效率是降低勘探開發成本的最佳途徑，也是油公司、鉆井承包商和技術服務公司一貫追求的重要目標。隨著深井、超深井、易斜井、硬地層、水平井及大位移井在石油鉆井中所占的比例越來越大，深井中遇到的硬地層和堅硬地層用常規單純旋轉鉆進方法破巖效果差，鉆進效率低，深井中的井斜問題也日益突出；在水平井和大位移鉆井中，隨著水平位移的增加，水平井的加壓更為困難，鉆具的損壞也更為嚴重。近三五年，提高鉆速、降低鉆井成本是石油工程領域高度需求的技術之一。
[0003]目前，提高破巖效率主要從三個方面研宄:一是機械高效破巖法。1.新型高效鉆頭，2001年休斯克里斯坦森公司生產的BD536PDC鉆頭創造了一次下井鉆深6994m的世界紀錄。2.旋沖鉆具，國內外對用旋沖鉆技術來解決這些問題比任何時候都重視，并投入大量人力物力進行研宄。目前，旋沖鉆井技術因沖擊器質量不過關，壽命還達不到所需要的時間，滿足不了實際鉆井的需要，不能廣泛推廣。目前德國和美國還在加緊研宄這一技術在超深井中的應用。美國和德國共同投資700萬美元研宄在石油鉆井特別是在超深井中應用旋沖鉆井技術。沖擊器是通過沖錘提供沖擊力的，這種工作原理決定了提高其質量是十分困難的。二是射流輔助鉆井破巖方法。1.井下增壓泵，美國S.D.Veenhuizen等通過井下增壓泵增壓達10MPa以上的超高壓射流，提高機械鉆速2倍，但最多工作50h失效，其關鍵技術室增壓結構和使用壽命。2.井下它激增壓裝置，主要依靠射流卷吸作用或者共振腔反饋作用或者環空流體壓力的它激作用。三是降低井底壓降提高破巖效率的方法，如空氣鉆井技術。
[0004]魏小梅等將高應力+動力擾動破巖方法引入石油鉆井，是一種利用深部地層巖石本身屬于儲能體，且巖石屬于非連續相，通過外部機械引誘發生裂紋擴展或巖爆的方法，是一種不同于常規鉆井破巖的非常有前景的新方法。把“高應力+動力擾動”這一實際工程問題上升到科學層面，即為巖石動靜組合加載的力學問題。巖石動靜組合加載問題作為一個嶄新的研宄課題，是李夕兵教授和古德生院士在2002年香山175次科學會議首次提出的。但是由于動靜組合加載問題從提出到現在，還處于初步發展的階段，同時動靜組合加載實驗本身涉及的影響因素眾多，因此該領域內的研宄仍然是方興未艾。目前工程應用方面己經取得了很多研宄成果，還沒有在鉆井工程應用，值得繼續進行深入探索和研宄。
[0005]事實上，石油鉆井的深部地層巖石在承受動力擾動載荷作用之前，已經處于一定的靜應力或地應力狀態之中，只要井下動力工具提供周期性的擾動動力，可以引發突然巖爆或誘導致裂。顯然，該方法是不同于常規鉆井破巖，也不同于旋轉沖擊破巖，而是一種新的高應力+動力擾動破巖方法。
[0006]現有的一種動力擾動破巖鉆具，其包括:芯軸設于外筒內，外筒與芯軸通過花鍵連接；渦輪套筒設于外筒內，其上端與導流器通過螺紋鏈接，其中部的環形槽中設置有橡膠密封圈，其下端與芯軸的上端通過螺紋連接；渦輪設于渦輪套筒內部，渦輪固定于導流器的軸芯上，渦輪的下端與旋轉偏心閥片通過螺紋連接；旋轉偏心閥片的下端面與固定偏心閥片的上端面緊密接觸，固定偏心閥片與芯軸的上端通過螺紋連接。在鉆井過程中，鉆井液使渦輪旋轉，再通過渦輪驅動動閥片旋轉，使動閥片和固定閥片之間的有效流通面積周期性變化，從而產生水擊力，形成周期性柔和變化的動載荷，與鉆具自重產生的靜載荷，共同作用于巖石，實現高應力擾動破巖。在鉆水平井或定向井時，仍然需要在基于渦輪的動力擾動破巖鉆具的上部與螺桿鉆具連接，不僅增加了整個鉆具組合的長度，還增加了螺桿鉆具的定向鉆井難度。
[0007]因此，有必要直接利用螺桿鉆具提高動力實現擾動破巖，即研制一種基于螺桿的擾動破巖鉆具，不僅可以為鉆頭提供破巖所需要的旋轉能，還為鉆頭提供連續的周期性柔和的動載荷，以提高破巖效率。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的在于克服現有技術之缺陷，提供了一種可以提高破巖速度和鉆井機械速度的擾動破巖鉆具。
[0009]本實用新型是這樣實現的:
[0010]本實用新型提供一種擾動破巖鉆具，包括防掉總成、馬達總成、萬向軸總成、傳動軸總成以及擾動總成，所述防掉總成連接所述馬達總成，所述馬達總成連接所述萬向軸總成，所述萬向軸總成連接所述傳動軸總成，所述傳動軸總成連接所述擾動總成，所述擾動總成下端連接用于鉆巖的鉆頭；所述傳動軸總成包括芯軸、下TC外筒、上齒輪、下齒輪以及傳遞桿，所述下TC外筒套設于所述芯軸的外側，所述下TC外筒的下端所處的位置高于所述芯軸下端所處的位置，所述下TC外筒的下端設有齒圈，所述上齒輪設于所述芯軸下端與所述齒圈之間，所述下齒輪設于所述芯軸的下端部，所述上齒輪與所述下齒輪之間通過所述傳遞桿連接；所述擾動總成包括外殼、中空傳動軸、擾動軸以及固定閥，所述外殼與所述芯軸通過螺紋連接，所述中空傳動軸上端通過外齒圈與所述下齒輪連接，所述中空傳動軸的下端設置有偏心孔，并且與設置于所述擾動軸上的所述固定閥進行面接觸，所述外殼與所述擾動軸通過花鍵連接，所述外殼的下端面、所述擾動軸和位于所述擾動軸的臺階上的密封蓋形成一密封腔，所述密封腔內設置有碟形彈簧。
[0011]進一步地，所述中空傳動軸的下端與沿軸向運動的偏心孔通過花鍵連接。
[0012]進一步地，所述中空傳動軸的下端與偏心孔通過螺紋連接成一整體。
[0013]進一步地，所述碟形彈簧由每組1-2個碟簧片，2-4組疊合組成。
[0014]進一步地，所述擾動軸的下部設置有與所述鉆頭連接的螺紋。
[0015]進一步地，所述芯軸下部與所述鉆頭一體成型。
[0016]進一步地，所述中空傳動軸的下端和所述固定閥上均設有I個偏心孔。
[0017]進一步地，所述中空傳動軸的下端和所述固定閥在相同圓半徑上均設置有2-4個相互間隔的大小相等的孔。
[0018]本實用新型具有以下有益效果:
[0019]本實用新型提供的擾動破巖鉆具是將現有的用螺桿傳動軸外殼和芯軸相對運動，轉換為齒輪旋轉，最后實現擾動總成產生周期性水擊力，并與上部鉆具組合的重力共同形成鉆壓，實現“高應力+擾動”，其具有高破巖效率和高機械鉆速等優點。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0021]圖1為本實用新型實施例提供的擾動破巖鉆具的結構示意圖；
[0022]圖2為本實用新型實施例提供的傳動軸總成和擾動總成的結構示意圖；
[0023]圖3為圖2中的A-A橫截面示意圖；
[0024]圖4為圖2中的B-B橫截面示意圖；
[0025]圖5為圖2中的C-C橫截面示意圖；
[0026]圖6為擾動總成的空傳動軸的偏心孔與固定閥的偏心孔在擾動破巖鉆井過程中的相對運動關系不意圖；
[0027]圖7為擾動破巖鉆井過程中擾動總成的固定閥上部產生的水擊力示意圖；
[0028]圖8為擾動破巖鉆井時擾動破巖鉆具對鉆頭正下方巖石的作用力不意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
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