本发明涉及一种钻井设备，尤其是涉及一种单螺旋式旋冲微地震发射器。该发射器包括由上向下依次连接的过滤旁通总成、过滤安全总成、液动总成、传动总成和旋冲微地震发射总成。各组成部件之间通过螺纹连接的方式相互连接，安装拆卸方便；钻井液通过该发射器时，在过滤旁通总成内过滤掉固体颗粒，过滤安全总成保护该装置安全高效的工作，同时采用喷嘴分流的方法，降低马达工作的压力降，同时，射流的方法辅助破碎岩石；旋冲微地震发射总成采用发射冲击源的方式，形成轴向冲击，通过弹簧的反作用力施加于发射冲击体，产生轴向冲击作用；可以通过调整发射连接杆的转速来改变冲击频率，可与不同转速的马达相配合使用。
1.一种单螺旋式旋冲微地震发射器,其特征在于：包括由上向下依次连接的过滤旁通总成(1)、过滤安全总成(2)、液动总成(3)、传动总成(4)和旋冲微地震发射总成(5)，所述液动总成(3)为发射器提供源动力，包括液动体(31)和设置在液动体(31)内的液动芯(32)，所述液动体(31)内壁加工呈螺旋状(311)，所述液动芯(32)外壁加工呈与液动体内壁螺旋状(311)配合的螺旋状结构，高压钻井液通过液动体(31)内壁与液动芯(32)外壁之间时，驱动液动芯(32)旋转；所述传动总成(4)包括传动外壳(41)、设置在传动外壳(41)内的连杆(44)和设置在连杆(44)两端的铰接帽(42)，所述传动外壳(41)上端通过螺纹与液动体(31)连接，下端通过螺纹与旋冲微地震发射总成(5)的发射壳体(52)连接，两端的所述铰接帽(42)均通过转换装置(43)与连杆(44)铰接，所述转换装置(43)将连杆(44)的偏心摆动转换为定轴转动，所述连杆(44)上端通过铰接帽(42)与液动芯(32)螺纹连接，下端通过铰接帽(42)与旋冲微地震发射总成(5)的发射连接杆(51)螺纹连接；
所述旋冲微地震发射总成，包括发射壳体(52)和设置在发射壳体(52)内的发射连接杆(51)，以及由下向上依次设置在发射连接杆(51)与发射壳体(52)之间的发射冲击体(62)、下锁紧螺母(60)、发射冲击源(58)、弹簧(56)、过流环(55)、轴承(54)和固定锁紧螺母(53)，所述固定锁紧螺母(53)固定在发射连接杆(51)上部，所述轴承(54)内圈套设在发射连接杆(51)上，外圈与发射壳体(52)接触，所述轴承(54)的上端顶靠在固定锁紧螺母(53)上，下端抵靠在过流环(55)的上端面上；所述过流环(55)通过螺纹固定设置在发射连接杆(51)上，下端面抵靠在弹簧(56)的上端；所述弹簧(56)通过弹簧导向环(57)安装在过流环(55)于发射冲击源(58)之间，所述弹簧导向环(57)通过螺纹固定设置在发射连接杆(51)上，所述弹簧(56)套设在弹簧导向环(57)外圆面上，下端抵靠在弹簧导向环(57)一个端面上，弹簧导向环(57)的另一个端面抵靠在发射冲击源(58)的上端面上；所述发射冲击源(58)套设在发射连接杆(51)上，所述发射冲击源(58)的下端与发射冲击体(62)的上端采用螺纹连接的方式固定在一起，所述发射冲击源(58)的下端面与发射冲击体(62)的凸缘面之间设有下锁紧螺母(60)；所述发射冲击体(62)通过冲击锁紧螺母(63)与发射连接杆(51)的下端固定；
所述发射冲击源(58)包括沿圆周分布的环形冲击轨道(581)和设置在环形冲击轨道(581)内的滚珠(582)，所述环形冲击轨道(581)呈高低起伏形状，且高低面之间平滑衔接；
所述下锁紧螺母(60)内套设有径向承载轴承(61)，所述径向承载轴承(61)设置在发射冲击源(58)的下端面与发射冲击体(62)的凸缘面之间，所述径向承载轴承(61)内圈与发射连接杆(51)接触。
2.根据权利要求1所述的单螺旋式旋冲微地震发射器，其特征在于：所述转换装置(43)包括均匀设置在连杆(44)端面上的若干顶座球(433)、均匀设置在铰接帽(42)上的若干球帽(431)和设置在球帽(431)与顶座球(433)之间的若干摆动球(432)，所述顶座球(433)和球帽(431)的数量和位置一一对应，且每个顶座球(433)和球帽(431)均设有一个摆动球(432)形成球铰接。
3.根据权利要求1所述的单螺旋式旋冲微地震发射器，其特征在于：所述过滤安全总成(2)包括过滤安全外壳(21)，及由上至下依次设置在过滤安全外壳(21)内的过滤板(22)和连接杆(25)，以及设置在连接杆(25)上端的可调喷嘴(23)和安全帽(24)；所述过滤安全外壳(21)上端与过滤旁通总成(1)的旁通体(11)螺纹连接，下端与液动体(31)螺纹连接；所述过滤板(22)与过滤安全外壳(21)内壁螺纹连接，截断过滤安全外壳(21)的内腔，过滤泥浆中固体颗粒；所述连接杆(25)下端与液动芯(32)螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的单螺旋式旋冲微地震发射器，其特征在于：所述过滤旁通总成(1)包括旁通体(11)，及由上至下依次设置在旁通体(11)内的第一过滤环(12)、旁通芯(13)、旁通座(15)、挡圈(16)和第二过滤环(17)；所述旁通体(11)上端与钻杆螺纹连接，下端与过滤安全外壳(21)螺纹连接；所述第一过滤环(12)与旁通体(11)内壁螺纹连接，截断旁通体(11)内腔，用于初步过滤钻井液中固体颗粒；所述旁通芯(13)上端顶靠在旁通体(11)内壁的凸台面上，另一端伸入到旁通座(15)内，所述旁通座(15)下端顶靠在挡圈(16)上，所述挡圈(16)固定在旁通体(11)内壁上，所述旁通芯(13)与旁通座(15)之间设有旁通弹簧(14)；所述第二过滤环(17)采用过盈配合的方式固定在旁通体(11)内壁上，截断旁通体(11)内腔，进一步过滤钻井液中固体颗粒。
5.根据权利要求4所述的单螺旋式旋冲微地震发射器，其特征在于：所述旁通座(15)两侧均设有旁通腔(19)，所述旁通腔(19)连通旁通体(11)内腔和外部空间，所述旁通腔(19)内均设有筛板(191)，所述筛板(191)通过隔环(192)和旁通挡圈(193)固定。
6.根据权利要求4所述的单螺旋式旋冲微地震发射器，其特征在于：所述旁通芯(13)和旁通座(15)上均设有密封圈(18)。
一种单螺旋式旋冲微地震发射器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种钻井设备，尤其是涉及一种单螺旋式旋冲微地震发射器。
背景技术
[0002] 近年来，随着页岩油气、地热资源等的开发与发展，钻井技术也有了很快的提高与发展，现有的井下动力钻具已经不能满足钻井的提速与发展，迫切需要一种井下动力工具可以提高钻井效率，缩短钻井周期，提高机械钻速的新型工具。当前井下动力钻具没有轴向冲击功能，机械钻速不高，工作寿命不长，增加起下钻的时间。
发明内容
[0003] 为解决以上问题，本发明提供一种单螺旋式旋冲微地震发射器，该发射器短节可以安装在螺杆钻具传动轴上，提供轴向冲击力，提高钻井机械钻速，缩短钻井周期，降低油气井生产成本。
[0004] 本发明采用的技术方案是：一种单螺旋式旋冲微地震发射器,其特征在于：包括由上向下依次连接的过滤旁通总成、过滤安全总成、液动总成、传动总成和旋冲微地震发射总成，所述液动总成为发射器提供源动力，包括液动体和设置在液动体内的液动芯，所述液动体内壁加工呈螺旋状，所述液动芯外壁加工呈与液动体内壁螺旋状配合的螺旋状结构，高压钻井液通过液动体内壁与液动芯外壁之间时，驱动液动芯旋转；所述传动总成包括传动外壳、设置在传动外壳内的连杆和设置在连杆两端的铰接帽，所述传动外壳上端通过螺纹与液动体连接，下端通过螺纹与旋冲微地震发射总成的发射壳体连接，两端的所述铰接帽均通过转换装置与连杆铰接，所述转换装置将连杆的偏心摆动转换为定轴转动，所述连杆上端通过铰接帽与液动芯螺纹连接，下端通过铰接帽与旋冲微地震发射总成的发射连接杆螺纹连接；
[0005] 所述旋冲微地震发射总成，包括发射壳体和设置在发射壳体内的发射连接杆，以及由下向上依次设置在发射连接杆与发射壳体之间的发射冲击体、下锁紧螺母、发射冲击源、弹簧、过流环、轴承和固定锁紧螺母，所述固定锁紧螺母固定在发射连接杆上部，所述轴承内圈套设在发射连接杆上，外圈与发射壳体接触，所述轴承的上端顶靠在固定锁紧螺母上，下端抵靠在过流环的上端面上；所述过流环通过螺纹固定设置在发射连接杆上，下端面抵靠在弹簧的上端；所述弹簧通过弹簧导向环安装在过流环于发射冲击源之间，所述弹簧导向环通过螺纹固定设置在发射连接杆上，所述弹簧套设在弹簧导向环外圆面上，下端抵靠在弹簧导向环一个端面上，弹簧导向环的另一个端面抵靠在发射冲击源的上端面上；所述发射冲击源套设在发射连接杆上，所述发射冲击源的下端与发射冲击体的上端采用螺纹连接的方式固定在一起，所述发射冲击源的下端面与发射冲击体的凸缘面之间设有下锁紧螺母；所述发射冲击体通过冲击锁紧螺母与发射连接杆的下端固定。
[0006] 作为优选，所述转换装置包括均匀设置在连杆端面上的若干顶座球、均匀设置在铰接帽上的若干球帽和设置在球帽与顶座球之间的若干摆动球，所述顶座球和球帽的数量和位置一一对应，且每个顶座球和球帽均设有一个摆动球形成球铰接。
[0007] 作为优选，所述过滤安全总成包括过滤安全外壳，及由上至下依次设置在过滤安全外壳内的过滤板和连接杆，以及设置在连接杆上端的可调喷嘴和安全帽；所述过滤安全外壳上端与过滤旁通总成的旁通体螺纹连接，下端与液动体螺纹连接；所述过滤板与过滤安全外壳内壁螺纹连接，截断过滤安全外壳的内腔，过滤泥浆中固体颗粒；所述连接杆下端与液动芯螺纹连接。
[0008] 作为优选，所述过滤旁通总成包括旁通体，及由上至下依次设置在旁通体内的第一过滤环、旁通芯、旁通座、挡圈和第二过滤环；所述旁通体上端与钻杆螺纹连接，下端与过滤安全外壳螺纹连接；所述第一过滤环与旁通体内壁螺纹连接，截断旁通体内腔，用于初步过滤钻井液中固体颗粒；所述旁通芯上端顶靠在旁通体内壁的凸台面上，另一端伸入到旁通座内，所述旁通座下端顶靠在挡圈上，所述挡圈固定在旁通体内壁上，所述旁通芯与旁通座之间设有旁通弹簧；所述第二过滤环采用过盈配合的方式固定在旁通体内壁上，截断旁通体内腔，进一步过滤钻井液中固体颗粒。
[0009] 作为优选，所述旁通座两侧均设有旁通腔，所述旁通腔连通旁通体内腔和外部空间，所述旁通腔内均设有筛板，所述筛板通过隔环和旁通挡圈固定。
[0010] 作为优选，所述旁通芯和旁通座上均设有密封圈。
[0011] 作为优选，所述发射冲击源包括沿圆周分布的环形冲击轨道和设置在环形冲击轨道内的滚珠，所述环形冲击轨道呈高低起伏形状，且高低面之间平滑衔接。
[0012] 作为优选，所述下锁紧螺母内套设有径向承载轴承，所述径向承载轴承设置在发射冲击源的下端面与发射冲击体的凸缘面之间，所述径向承载轴承内圈与发射连接杆接触。
[0013] 本发明取得的有益效果是：各组成部件之间通过螺纹连接的方式相互连接，安装拆卸方便；通过钻井液的作用，在过滤旁通总成去除掉对马达有害的固体颗粒，过滤安全总成保护该装置安全高效的工作，同时采用喷嘴分流的方法，降低马达工作的压力降，同时，射流的方法辅助破碎岩石；旋冲微地震发射总成采用发射冲击源的方式，形成轴向冲击，通过弹簧的反作用力施加于发射冲击体，产生轴向冲击作用；采用此结构的冲击方式，产生较大的冲击力，并对钻头无损伤；发射冲击源的冲击频率与发射连接杆的转速成1:3至1：5的关系，可以通过调整发射连接杆的转速来改变冲击频率，可与不同转速的马达相配合使用。
[0014] 本发明结构简单，使用方便；集动力功能冲击功能于一体的高效动力装置，该装置较为明显的提高机械钻速的同时，还具有高寿命的作业时间，同时安全可靠减少了井下作业的事故的发生。该装置在钻井施工的同时，发射微地震冲击波，与地面的相关设备配合使用，接受冲击波，对油藏进行评价，该发射器加工成本低，运输方便，操作简单，具有广阔的市场前景。
附图说明
[0015] 图1为本发明的结构示意图；
[0016] 图2为过滤旁通总成结构示意图；
[0017] 图3为过滤安全总成结构示意图；
[0018] 图4为液动总成结构示意图；
[0019] 图5为传动总成结构示意图；
[0020] 图6为图5的A处局部放大图；
[0021] 图7为摆动球分布示意图；
[0022] 图8为旋冲微地震发射总成结构示意图；
[0023] 图9为发射冲击源环形冲击轨道结构示意图；
[0024] 图10为发射冲击源环形冲击轨道展开示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
[0026] 如图1所示，一种单螺旋式旋冲微地震发射器,包括由上向下依次通过自锁锥形螺纹连接的过滤旁通总成1、过滤安全总成2、液动总成3、传动总成4和旋冲微地震发射总成5，该发射器通过钻井液的作用，在过滤旁通总成1去除掉对马达有害的固体颗粒，过滤安全总成2确保发射器能够安全高效的工作，同时采用喷嘴分流的方法，降低马达工作的压力降，同时，射流的方法辅助破碎岩石，液动总成3将水的动能转化成机械能，形成液动芯32的偏心运动，通过传动总成4将液动芯32形成的偏心运动转化成旋冲微地震发射总成5的定轴转动，旋冲微地震发射总成采用发射冲击源58的方式，形成轴向冲击，通过弹簧56的反作用力施加于主轴下短节，产生轴向冲击作用。
[0027] 如图2所示，过滤旁通总成1包括旁通体11、第一过滤环12、旁通芯13、旁通弹簧14、旁通座15、挡圈16和第二过滤环17，旁通体11作为其他部分的载体，第一过滤环12、旁通芯13、旁通座15、挡圈16和第二过滤环17由上至下依次设置在旁通体11内腔内，旁通体11上端与钻杆螺纹连接，下端与过滤安全外壳21螺纹连接。
[0028] 第一过滤环12与旁通体11内壁螺纹连接，截断旁通体11内腔，第一过滤环12是新型过滤旁通总成1的一级过滤装置，能够初步过滤钻井液中的对井下工具有害的固体颗粒；旁通芯13上端顶靠在旁通体11内壁的凸台面上，另一端伸入到旁通座15内，旁通座15下端顶靠在挡圈16上，挡圈16固定在旁通体11内壁上，旁通芯13与旁通座15之间设有旁通弹簧
14，旁通座15采用导向定位的方法设计，可以使旁通芯13工作时准确的定位，旁通芯13和旁通座15采用表面电镀一层硬质合金的方法，增加其耐磨性能和可靠性，挡圈16将承担旁通芯13在钻井液的作用下压缩旁通弹簧14于旁通座15上的作用力，确保过滤旁通总成1正常工作；第二过滤环17采用过盈配合的方式固定在旁通体11内壁上，截断旁通体11内腔，进一步过滤钻井液中固体颗粒，采用冷装的方式安装到旁通体11内腔内。
[0029] 旁通座15两侧均设有用于泄压的旁通腔19，旁通腔19连通旁通体11内腔和外部空间，旁通腔19内均设有筛板191，筛板191通过隔环192和旁通挡圈193固定在旁通体11的侧壁上。旁通芯13和旁通座15上均设有密封圈18。
[0030] 如图3所示，过滤安全总成2不仅在满足发射器安全高效工作的同时，还具备了泥浆过滤以及可调喷嘴降压的功能，包括过滤安全外壳21,及由上至下依次设置在过滤安全外壳内的过滤板22和连接杆25，连接杆25的上端设置有可调喷嘴23和安全帽24，过滤安全外壳21上端与过滤旁通总成1的旁通体11螺纹连接，下端与液动体31螺纹连接；过滤板22与过滤安全外壳21内壁螺纹连接，截断过滤安全外壳21的内腔，过滤泥浆中固体颗粒；可调喷嘴23通过螺纹的方式与连接杆25上端的安全帽24相连接，通过调整不同喷嘴型号的大小来调节通过喷嘴的液体流量；安全帽24采用公扣的形式与连接杆25相连接，工作时，通过连接杆25下拉，安全螺帽24落到过滤安全外壳21的内部台阶上，起防掉作用；连接杆25采用中空的方式，上端母口与安全帽24相连接，下端公扣与液动总成3的液动芯32相连接。
[0031] 如图4所示，液动总成3为发射器提供源动力，包括液动体31和设置在液动体31内的液动芯32，液动体31采用镗铣的方式在内壁铣削一定规律螺旋状311，再通过在螺旋表面硫化一层相同厚度的橡胶衬套，组成液动体31部分；液动芯32部分是采用铣削加工而成的方式外壁形成与液动体31内壁的螺旋状311匹配的螺旋状321，内部设计成中空的形式。高压钻井液通过液动体31内壁的螺旋状311与液动芯32外壁的螺旋状321之间时，驱动液动芯32旋转。液动体3上端与过滤安全外壳21下端螺纹连接，下端与传动外壳41螺纹连接；液动芯32上端与连接杆25螺纹连接，下端与连杆44上端的铰接帽42螺纹连接。
[0032] 如图5所示，传动总成4包括传动外壳41、设置在传动外壳41内的连杆44和设置在连杆44两端的铰接帽42，传动外壳41上端通过螺纹与液动体31连接，下端通过螺纹与旋冲微地震发射总成5的发射壳体52连接，两端的铰接帽42均通过转换装置43与连杆44铰接，转换装,43将连杆44的偏心摆动转换为定轴转动，连杆44上端通过铰接帽42与液动芯32螺纹连接，下端通过铰接帽42与旋冲微地震发射总成5的发射连接杆51螺纹连接。
[0033] 结合图6-7所示，转换装置43包括均匀设置在连杆44端面上的若干顶座球433、均匀设置在铰接帽42上的若干球帽431和设置在球帽431与顶座球433之间的若干摆动球432，顶座球433和球帽431的数量和位置一一对应，且每个顶座球433和球帽431均设有一个摆动球432形成球铰接，顶座球433、摆动球432和球帽431通过锁紧螺母434锁紧在连杆44端面和铰接帽42之间，形成球铰接。将液动芯32产生的偏心转动转化成旋冲微地震发射总成5所需要的定轴转动。
[0034] 如图8所示，旋冲微地震发射总成5,包括发射壳体52、发射连接杆51、固定锁紧螺母53、轴承54、过流环55、弹簧56、弹簧导向环57、发射冲击源58、O型密封圈59、下锁紧螺母60、径向承载轴承61、发射冲击体62和冲击锁紧螺母63，发射连接杆51设置在发射壳体52内，固定锁紧螺母53、轴承54、过流环55、弹簧56、弹簧导向环57、发射冲击源58、O型密封圈
59、下锁紧螺母60和发射冲击体62由上至下依次设置在发射连接杆51上。
[0035] 发射连接杆51作为其它零部件的载体，传递上部马达产生的动力；固定锁紧螺母53通过螺纹的方式固定在发射连接杆51上部；轴承54内圈套设在发射连接杆51上，外圈与发射壳体52接触，轴,4的上端顶靠在固定锁紧螺母53上，下端抵靠在过流环55的上端面上，过流环55通过螺纹固定设置在发射连接杆51上，下端面抵靠在弹簧56的上端，过流环55对轴承54的下部起到一定的固定作用，对弹簧56的上部起到固定作用；弹簧56通过弹簧导向环57安装在过流环55于发射冲击源58之间，弹簧导向环57通过螺纹固定设置在发射连接杆
51上，弹簧56套设在弹簧导向环57外圆面上，弹簧56下端抵靠在弹簧导向环57下部凸起的一个端面上，弹簧导向环57下部凸起的另一个端面上抵靠在发射冲击源58的上端面上，弹簧导向环57起到弹簧56变形导向的作用，确保弹簧56压缩时只有轴向受力，弹簧56通过过流环55起一定的预紧力，对发射冲击源58起一定力的反作用；发射冲击源58套设在发射连接杆51上，发射冲击源58的下端与发射冲击体62的上端采用螺纹连接的方式固定在一起，发射冲击源58的下端面与发射冲击体62的凸缘面之间设有下锁紧螺母60，下锁紧螺母60和固定锁紧螺母53共同作用限制轴承54、过流环55、弹簧56、弹簧导向环57和发射冲击源58在发射连接杆51上的轴向窜动；发射冲击体62通过冲击锁紧螺母63与发射连接杆51的下端固定。
[0036] 下锁紧螺母60内圈套设有径向承载轴承61，径向承载轴承61设置在发射冲击源58的下端面与发射冲击体62的凸缘面之间，径向承载轴承61内圈与发射连接杆51接触，下锁紧螺母60与径向承载轴承61配合承受工作时所受的径向载荷，其中下锁紧螺母60的内圈表面与径向承载轴承61的外圈表面采用烧结的碳化钨特殊处理，增加耐磨性和承受径向载荷的能力。
[0037] 为了防止钻井液进入发射冲击体62下端的钻头中，在下锁紧螺母60与发射壳体52之间设有O型密封圈59。
[0038] 如图9-10所示，发射冲击源58包括沿圆周分布的环形冲击轨道581和设置在环形冲击轨道内的若干滚珠582，环形冲击轨道581呈高低起伏形状，且高低面之间平滑衔接，当发射连接杆51带动发射冲击源58旋转时，若干滚珠582在环形冲击轨道581内轴向运动，由于环形冲击轨道581高低不平，滚珠582对环形冲击轨道581产生轴向冲击力，轴向冲击的频率与发射连接杆51的转速及环形冲击轨道581的形状有关，根据实际冲击源的需要冲击频率一周可以产生3～5次，冲击频率与发射连接杆51的转速一般成1:3～5的关系，轴向冲击力进一步通过发射冲击体62传导到钻头上，提供钻井效率。
[0039] 钻井过程中发射冲击源58产生的具有一定频率的轴向冲击力微地震还可以与地面设备配合使用对油藏进行评价。
