一種能夠調(diào)節(jié)參數(shù)的沖擊發(fā)生機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于地質(zhì)探礦工程及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能夠調(diào)節(jié)參數(shù)的沖擊發(fā)生機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]深層油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)石油工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，確保能源安全的重要保障。石油鉆井作為油氣勘探開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，鉆井技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到油氣勘探開(kāi)發(fā)的效益的好壞，但目前深部中硬以上地層的機(jī)械鉆速仍普遍較低。
[0003]提高鉆井速度的核心途徑是如何提高鉆頭的破巖效率。近年來(lái)，旋沖鉆井技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，可以大幅度提高鉆井的機(jī)械鉆速。旋沖鉆井是在常規(guī)鉆井設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝沖擊器，在旋轉(zhuǎn)破巖的同時(shí)對(duì)鉆頭施加一個(gè)高頻沖擊力，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)與沖擊聯(lián)合破巖的鉆井技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域的沖擊器類型比較多，其中應(yīng)用最多的是液動(dòng)沖擊器。從很多研究資料及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用來(lái)看，液動(dòng)沖擊器在工作原理上仍處于技術(shù)研發(fā)和完善階段，這限制了沖擊破巖技術(shù)在鉆井中的應(yīng)用。
[0004]近年來(lái)，以TorkBuster扭力沖擊器、NOV旋沖鉆具為代表的沖擊鉆井新工具，通過(guò)改變傳統(tǒng)沖擊鉆井工具的提速機(jī)理，在很多地區(qū)已經(jīng)應(yīng)用于深井、超深井下部的難鉆地層，且均起到了一定的提速提效的效果。但目前技術(shù)尚未成熟，井下工作的穩(wěn)定性還與現(xiàn)場(chǎng)要求有一定的差距。
[0005]因此，迫切需要開(kāi)展類似沖擊鉆井工具的攻關(guān)研發(fā)，以縮短復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井的鉆井周期，全面提尚深井、超深井鉆井的機(jī)械鉆速。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種能夠調(diào)節(jié)參數(shù)的沖擊發(fā)生機(jī)構(gòu)，主要包括輸出軸，其在上端與井下動(dòng)力鉆具的主軸通過(guò)花鍵連接，其在下端與鉆頭通過(guò)螺紋連接；與輸出軸同軸的外筒，其在上端與井下動(dòng)力鉆具的外殼通過(guò)螺紋連接；還有與外筒和輸出軸分體式設(shè)計(jì)的空間凸輪組件；另有設(shè)置在輸出軸的環(huán)形臺(tái)階槽內(nèi)的具有止推軸承功能的耐磨組件；以及滑動(dòng)軸承組件，設(shè)置在輸出軸與外筒之間，且與位于外筒下端的內(nèi)壁螺紋連接。
[0007]其中，空間凸輪組件包括上凸輪和下凸輪，上凸輪和下凸輪的嚙合點(diǎn)高低不同。根據(jù)地層巖性所需的破巖沖擊功及沖擊頻率，上凸輪與下凸輪的嚙合齒數(shù)與嚙合齒的高度參數(shù)是能夠調(diào)節(jié)的，從而可以組成不同的凸輪組件，滿足不同的工況使用要求。
[0008]另外，具有止推軸承功能的耐磨組件包括設(shè)置在下凸輪下端內(nèi)孔的上擋圈、下?lián)跞σ约霸O(shè)置在下?lián)跞Φ陌雸A弧形狀的滾珠槽內(nèi)的多個(gè)鋼球滾珠及緊固下?lián)跞Φ膬蓚€(gè)螺釘。
[0009]還有滑動(dòng)軸承組件，包括設(shè)置在輸出軸臺(tái)階面上的滑動(dòng)軸承內(nèi)圈及相配的滑動(dòng)軸承外殼。
[0010]優(yōu)選地，下凸輪與輸出軸之間采用左旋螺紋聯(lián)接(除非特別指出，其余螺紋連接均采用右旋螺紋)，防止凸輪組件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中松脫。由此，當(dāng)井下動(dòng)力鉆具通過(guò)花鍵將動(dòng)力傳遞到輸出軸上時(shí)，輸出軸又通過(guò)螺紋將扭矩傳遞到下凸輪上，帶動(dòng)下凸輪高速旋轉(zhuǎn)。
[0011]優(yōu)選地，輸出軸的臺(tái)階面限制下凸輪的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0012]優(yōu)選地，外筒與上凸輪之間采用花鍵連接，且外筒的圓柱內(nèi)孔的臺(tái)階面限制上凸輪的軸向運(yùn)動(dòng)。由此，當(dāng)鉆具帶動(dòng)下凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，空間凸輪組件之間的嚙合齒將驅(qū)動(dòng)上凸輪做軸向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)由于空間凸輪組件的嚙合點(diǎn)高低不同，導(dǎo)致上凸輪通過(guò)花鍵帶動(dòng)外筒做軸向的舉升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)舉升至凸輪組件的上止點(diǎn)時(shí)，上凸輪與外筒及上部連接的井下動(dòng)力鉆具的外殼一起向下加速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)動(dòng)力鉆具的主軸對(duì)輸出軸產(chǎn)生軸向沖擊，并將此沖擊傳遞到輸出軸下端的鉆頭上。
[0013]優(yōu)選地，具有止推軸承功能的耐磨組件，主要有設(shè)置在下凸輪的下端內(nèi)孔的兩個(gè)擋圈，上擋圈和下?lián)跞?。為便于將兩個(gè)擋圈組裝在輸出軸上，每個(gè)擋圈均包括兩個(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)，且該兩個(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)沿著外筒的內(nèi)壁設(shè)置。
[0014]優(yōu)選地，下?lián)跞γ總€(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)與上擋圈相接觸的扇環(huán)形表面上各設(shè)置有一條滾珠槽，滾珠槽的路徑可以設(shè)置為與該扇環(huán)形表面的弧平行延伸的半圓弧。滾珠槽內(nèi)可放置多個(gè)鋼球滾珠，以此減少旋轉(zhuǎn)的零部件之間的摩擦，并傳遞壓力。
[0015]優(yōu)選地，下?lián)跞γ總€(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)在半圓弧的兩側(cè)分別設(shè)置有沉孔和螺紋孔，便于采用兩個(gè)內(nèi)六角圓柱螺釘從相反的方向分別穿過(guò)沉孔和螺紋孔組裝兩個(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，為避免加工誤差或兩個(gè)半圓弧反向裝配而導(dǎo)致兩個(gè)半圓弧與輸出軸的裝配不同軸而影響使用，組裝在輸出軸上后，相對(duì)的兩半圓弧的斷面間距均小于1mm。
[0017]優(yōu)選地，滑動(dòng)軸承組件包括設(shè)置在輸出軸臺(tái)階面上的滑動(dòng)軸承內(nèi)圈及相配的滑動(dòng)軸承外殼，主要作用是支撐輸出軸。其中，滑動(dòng)軸承外殼的外表面與外筒下端的內(nèi)壁螺紋連接。
[0018]由此，當(dāng)停止鉆井并上提鉆具時(shí)，空轉(zhuǎn)的輸出軸及安裝在其上的下凸輪、上擋圈、下?lián)跞Φ茸鳛橐粋€(gè)整體會(huì)下落在滑動(dòng)軸承外殼的上端面上，此時(shí)上凸輪、下凸輪會(huì)脫開(kāi)嚙合，停止沖擊，鋼球滾珠會(huì)減少旋轉(zhuǎn)的輸出軸、耐磨組件與滑動(dòng)軸承外殼之間的摩擦，避免下?lián)跞突瑒?dòng)軸承外殼的端面之間產(chǎn)生頻繁的滑動(dòng)摩擦而嚴(yán)重磨損滑動(dòng)軸承外殼。
[0019]優(yōu)選地，滑動(dòng)軸承外殼與下?lián)跞Φ亩嗣嬷g設(shè)置軸向的可移動(dòng)距離，避免鉆具空轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)鉆頭繼續(xù)產(chǎn)生沖擊。
[0020]優(yōu)選地，滑動(dòng)軸承內(nèi)圈的外表面和滑動(dòng)軸承外殼的內(nèi)表面鑲嵌有硬質(zhì)合金，提高該沖擊機(jī)構(gòu)的使用壽命。
[0021]本實(shí)用新型提出的能夠調(diào)節(jié)參數(shù)的沖擊發(fā)生機(jī)構(gòu)的裝配過(guò)程如下:
[0022](I)將滑動(dòng)軸承組件安裝在輸出軸下端的臺(tái)階面上；
[0023](2)組裝耐磨組件。先將多個(gè)鋼球滾珠分別放置在下?lián)跞Φ膬蓚€(gè)半圓弧形狀的滾珠槽內(nèi)，再將下?lián)跞Φ膬蓚€(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)相對(duì)的安裝在輸出軸的臺(tái)階面上，然后用兩個(gè)內(nèi)六角圓柱螺釘從相反的方向分別穿過(guò)下?lián)跞Φ膬蓚€(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)兩側(cè)的沉孔和螺紋孔，將下?lián)跞o固在輸出軸上。然后再將上擋圈的兩個(gè)半圓弧形狀的結(jié)構(gòu)相對(duì)的安裝在輸出軸的臺(tái)階面上；
[0024](3)將下凸輪裝入輸出軸，同時(shí)左旋擰緊下凸輪與輸出軸之間的螺紋；
[0025](4)將上凸輪放置到外筒內(nèi)部的臺(tái)階面上，并使上凸輪的外花鍵與外筒的內(nèi)花鍵正確配合；
[0026](5)將組裝好的耐磨組件、輸出軸及下凸輪放置到外筒內(nèi)部，保證上凸輪與下凸輪的齒正確嚙合后，再旋緊滑動(dòng)軸承外殼與外筒下端的內(nèi)壁之間的螺紋。
[0027]本實(shí)用新型的有益效果是:利用一種參數(shù)可調(diào)式?jīng)_擊發(fā)生機(jī)構(gòu)，其與井下動(dòng)力鉆具相連接后，可作為井底輔助破巖工具。在鉆壓的作用下，井下動(dòng)力鉆具在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)鉆頭軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一方面，增大巖石的破碎體積，提高鉆井效率。另一方面，由于使用該機(jī)構(gòu)帶動(dòng)井底鉆具產(chǎn)生周期性的軸向振動(dòng)，能夠改變鉆頭的工作狀態(tài)，使其持續(xù)接觸井底，減少了卡-滑現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了鉆頭在高速旋轉(zhuǎn)切削的同時(shí)，對(duì)井底巖石產(chǎn)生周期性的沖擊，達(dá)到旋沖鉆井的目的，從而提高機(jī)械鉆速。同時(shí)，由于空間凸輪組件的參數(shù)能夠調(diào)節(jié)，可根據(jù)不同的工況更換為參數(shù)不同的凸輪，且該沖擊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有銷、密封圈、焊接件等易損零部件，各組件容易更換，實(shí)用性更強(qiáng)，使用壽命更長(zhǎng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0028]在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0029]附圖1為本實(shí)用新型提出的能夠調(diào)節(jié)參數(shù)的沖擊發(fā)生機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]附圖2為下凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]附圖3為上凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]附圖4為附圖1的局部放大示意圖S。
[0033]附圖5為耐磨組件中的下?lián)跞Φ慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036]圖1中，根據(jù)本實(shí)用新型的能夠調(diào)節(jié)參數(shù)的沖擊發(fā)生機(jī)構(gòu)包括輸出軸1，輸出軸I在上端與井下動(dòng)力鉆具的主軸通過(guò)花鍵A連接，輸出軸I在下端與鉆頭通過(guò)螺紋B連接。