一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具

本发明涉及石油与天然工业和机械工程领域，特别是涉及智能自适应调速配压液驱高效冲击破岩工具。

背景技术：

1、随着钻井技术的推进，钻井深度指数级增加。钻进深度带来岩层硬度增加，钻头进尺效率低，钻进成本居高不下。科研和工程人员通过优化钻头结构、钻具组合和工具配合的方式提升钻井效率，虽然有一定效果但是还远达不到目前深井钻井效率提升的迫切需求。多方面论证结果表明，冲击破岩是解决硬岩钻进效率不高的有效方式，但目前冲击工具普遍具有寿命小、冲击能力不高的瓶颈，无法有效提升钻井速度。

2、为解决硬地层破岩效率低的问题，亟需开发一种具备智能调控的高效冲击工具。其核心在于通过智能控制调控转阀与工具压力，保证冲锤的高效工作，输出大冲击功达到高效破岩的目的，实现智能化的高效破岩技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，通过智能控制调控转阀与工具压力，保证冲锤的高效工作，输出大冲击功达到高效破岩的目的，实现智能化的高效破岩技术。

2、本发明设计了一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，由上接头(1)，动力外壳(2)，电源及控制总成(3)，压力-排量耦合传感器(4)，中空调频电机(5)，泄压旋转套(6)，旋滑套筒(7)，压力开闭套筒(8)，密封胶套(9)，中心流孔套筒(10)，滑动套外壳(11)，往复锤体(12)，下接头(13)，花键钻头(14)，防掉套(15)，花键外壳(16)，o型密封圈a(17)，o型密封圈b(18)，o型密封圈c(19)，o型密封圈d(20)，o型密封圈e(21)，o型密封圈f(22)，o型密封圈g(23)，压环(24)，角接触轴承a(25)，角接触轴承b(26)组成；

3、一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：上接头(1)通过螺纹与动力外壳(2)相连并将电源及控制总成(3)、压力-排量耦合传感器(4)、中空调频电机(5)固定；

4、中心流孔套筒(10)通过连接外螺纹i(1002)、连接外螺纹ii(1003)依次与动力外壳(2)、滑动套外壳(11)；下接头(13)通过螺纹分别与滑动套外壳(11)和花键外壳(16)相连；

5、泄压旋转套(6)通过扭矩传递槽(601)与中空调频电机(5)相连并通过压环(24)定位，泄压旋转套(6)设有轴承安装内槽(603)和轴承安装外槽(604)；

6、泄压旋转套(6)和动力外壳(2)、中心流孔套筒(10)之间分别安装有角接触轴承a(25)和角接触轴承b(26)；

7、旋滑套筒(7)通过连接内螺纹(702)与中空调频电机(5)相连，并通过导向凸环(701)与压力开闭套筒(8)的往复滑槽(801)相连；

8、往复锤体(12)的滑动内面(1206)与中心流孔套筒(10)的滑动引导面(1006)间隙配合；

9、所述滑动套外壳(11)环周开设有贯通孔(1101)；

10、使用工具时，地面通过计算机对工具进行开机然后连接钻杆下入，此时压力-排量耦合传感器(4)监测排量和压力，当排量为零时，控制器发出指令不对中空调频电机(5)供电，中空调频电机(5)保持停机不工作状态；

11、当排量不为零时监测工具内部压力，当压力为设计值时，中空调频电机(5)保持设计转速运行，同时循环判断压力和排量，此时开闭套筒(8)和密封胶套(9)刚好密封完全，泄压旋转套(6)的泄压槽(602)与动力外壳(2)的泄压口(201)连通；

12、流体经过上接头(1)、中空调频电机(5)、压力开闭套筒(8)、中心流孔套筒(10)、往复锤体(12)的中孔，一部分从花键钻头(14)流出，一部分经过往复锤体(12)的分流孔(1207)流入由往复锤体(12)、下接头(13)、花键钻头(14)、花键外壳(16)组成的环腔，往复锤体(12)的剥离作用面sc(1204)在压力下产生动力驱动轴向运动与花键钻头(14)脱离，运动一定行程后开闭套筒(8)和密封胶套(9)脱离，泄压旋转套(6)的泄压槽(602)与动力外壳(2)的泄压口(201)不连通，流体的一部分将进入由动力外壳(2)、泄压旋转套(6)、旋滑套筒(7)、压力开闭套筒(8)、密封胶套(9)、中心流孔套筒(10)、往复锤体(12)组成的环腔，此时往复锤体(12)的冲击作用面sa(1201)和剥离作用面sc(1204)受到高压流体作用，低压作用面sb(1202)受到来自环空的低压流体，往复锤体(12)在作用力下被驱动冲击花键钻头(14)，以此循环冲击；

13、当压力为大于和小于设计值时控制系统分别对中空调频电机(5)发出增速和减速指令，同时转速检测并转速满足预设压力转速曲线时，中空调频电机(5)维持当前转速，当不满足时，计算转速差值并判断是否高于或低于预设压力转速曲线，然后分别对中空调频电机(5)发出减速和增速指令，最终转速满足压力转速曲线，中空调频电机(5)维持转速并实时反馈给控制系统。

14、所述泄压旋转套(6)的泄压槽(602)数量为2-8个，形状为圆形、椭圆形、正方形和矩形。

15、所述中空调频电机(5)转速0-4000转每分，自带调频系统。

16、智能自适应调速配压液驱高效冲击破岩工具冲击频率为0-50hz，电压110-220v。

17、所述压力-排量耦合传感器(4)流量监测范围0-100升每秒，压力监测范围0-30mpa。

18、所述压力开闭套筒(8)的往复滑槽(801)螺距10-30mm。

19、所述中心流孔套筒(10)的梯形安装位(1001)与密封胶套(9)实现固联，流道通孔(1004)数量3-8个。

20、所述贯通孔(1101)数量为2-10个，轴向开设，孔径5-0mm。

21、所述往复锤体(12)在冲击时，冲击作用面sa(1201)和剥离作用面sc(1204)为高压力，低压作用面sb(1202)为低压力，往复锤体(12)整体受力指向花键钻头(14)，非冲击时，冲击作用面sa(1201)和低压作用面sb(1202)为低压力，剥离作用面sc(1204)为高压力，往复锤体(12)整体受力指向花键钻头(14)相反方向。

22、本发明与现有技术比较，其有益效果是：

23、（1）本发明主体结构简单，可适用于泥浆钻井；

24、（2）本发明压力低，相较于其他结构低压耗有利于油气钻井；

25、（3）本发明与现有施工工艺匹配度高，使用成本低；

26、（4）本发明智能调控，可保证其高效工作不受压力波动而降低冲击效率。

1.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，由上接头(1)，动力外壳(2)，电源及控制总成(3)，压力-排量耦合传感器(4)，中空调频电机(5)，泄压旋转套(6)，旋滑套筒(7)，压力开闭套筒(8)，密封胶套(9)，中心流孔套筒(10)，滑动套外壳(11)，往复锤体(12)，下接头(13)，花键钻头(14)，防掉套(15)，花键外壳(16)，o型密封圈a(17)，o型密封圈b(18)，o型密封圈c(19)，o型密封圈d(20)，o型密封圈e(21)，o型密封圈f(22)，o型密封圈g(23)，压环(24)，角接触轴承a(25)，角接触轴承b(26)组成，其特征在于：上接头(1)通过螺纹与动力外壳(2)相连并将电源及控制总成(3)、压力-排量耦合传感器(4)、中空调频电机(5)固定；中心流孔套筒(10)通过连接外螺纹i(1002)、连接外螺纹ii(1003)依次与动力外壳(2)、滑动套外壳(11)；下接头(13)通过螺纹分别与滑动套外壳(11)和花键外壳(16)相连；泄压旋转套(6)通过扭矩传递槽(601)与中空调频电机(5)相连并通过压环(24)定位，泄压旋转套(6)设有轴承安装内槽(603)和轴承安装外槽(604)；旋滑套筒(7)通过连接内螺纹(702)与中空调频电机(5)相连，并通过导向凸环(701)与压力开闭套筒(8)的往复滑槽(801)相连；往复锤体(12)的滑动内面(1206)与中心流孔套筒(10)的滑动引导面(1006)间隙配合；所述滑动套外壳(11)环周开设有贯通孔(1101)；泄压旋转套(6)和动力外壳(2)、中心流孔套筒(10)之间分别安装有角接触轴承a(25)和角接触轴承b(26)；

2.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述泄压旋转套(6)的泄压槽(602)数量为2-8个，形状为圆形、椭圆形、正方形和矩形。

3.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述中空调频电机(5)转速0-4000转每分，自带调频系统。

4.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：冲击频率为0-50hz，电压110-220v，工作压力2-20mpa。

5.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述压力-排量耦合传感器(4)流量监测范围0-100升每秒，压力监测范围0-30mpa。

6.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述压力开闭套筒(8)的往复滑槽(801)螺距10-30mm。

7.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述中心流孔套筒(10)的梯形安装位(1001)与密封胶套(9)实现固联，流道通孔(1004)数量3-8个。

8.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述贯通孔(1101)数量为2-10个，轴向开设，孔径5-0mm。

9.一种智能自适应调速配压液驱高效冲击钻井工具，其特征在于：所述往复锤体(12)在冲击时，冲击作用面sa(1201)和剥离作用面sc(1204)为高压力，低压作用面sb(1202)为低压力，往复锤体(12)整体受力指向花键钻头(14)，非冲击时，冲击作用面sa(1201)和低压作用面sb(1202)为低压力，剥离作用面sc(1204)为高压力，往复锤体(12)整体受力指向花键钻头(14)相反方向。