轴向水力冲击钻井提速工具制造技术

本发明专利技术涉及一种轴向水力冲击钻井提速工具。其技术方案是：外壳体与动力钻具定子相连，外壳体内部与分流盘用键结构连接，动力钻具接头上部与动力钻具转子相连，下部与芯轴相连，动力钻具接头与芯轴随着动力钻具转子一起相对于外壳体与分流盘旋转；分流盘位于芯轴与外壳体组合形成的分流腔内，截流盘位于芯轴的中部；分流盘和截流盘通过相对旋转实现周期性的流道连通使得截流盘受到冲击，从而芯轴整体产生轴向冲击。有益效果是：不仅可以保证动力钻具转子带动钻头正常高速旋转，并且依靠水力产生均匀、稳定、周期性的冲击力，从而完成轴向水力冲击辅助提高破岩效率；另外，结构简单、连接紧凑、长度极短，有益于长时间工作，有利于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
轴向水力冲击钻井提速工具
本专利技术涉及钻井工程用提速工具及方法，特别涉及一种轴向水力冲击钻井提速工具。
技术介绍
在油气钻井过程中，提高钻井速度是低油价背景下降低钻井成本的有效手段。然而，定向钻井过程中，定向专用工具-动力钻具的存在，使得进一步提高钻井速度成为一个难点，如何在钻头核动力钻具之间增加提速工具是油气井工程领域一直试图解决的问题。定向井内，动力钻具存在时，所需的井下提速工具应具有以下特点：（1）与动力工具的造斜功能相匹配，满足定向轨迹的控制要求；（2）长度不宜过长，要求使用寿命与所连的动力钻具、钻头的寿命相近；（3）不能对动力钻具的正常转动等性能产生影响。国内外已有的提速工具存在结构复杂、工作寿命短、不适用于非直井段钻进、钻具配合性差等缺点，因此研发一种直接连接与钻头与动力钻具之间的、与随钻测量仪器兼容的长寿命水力冲击提速工具对深井硬地层定向井的钻井提速具有重要意义，对加快油气资源开发进度、降低钻井成本及风险具有重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种轴向水力冲击钻井提速工具，用于油气钻井过程中实现利用冲击破碎岩石，从而提高钻井效率。本专利技术提到的一种轴向水力冲击钻井提速工具，其技术方案是：包括外壳体（1）、动力钻具接头（2）、芯轴（3）和分流盘（4），所述外壳体（1）与动力钻具定子相连，外壳体（1）与分流盘（4）用键结构连接，动力钻具接头（2）上部与动力钻具转子相连，下部与芯轴（3）相连，动力钻具接头（2）与芯轴（3）组成的连接体，随着动力钻具转子一起相对于外壳体（1）与分流盘（4）以及动力钻具定子的连接体旋转；芯轴（3）内部安装有喷嘴（7），分流盘（4）位于芯轴（3）与外壳体（1）组合形成的分流腔内，截流盘位于芯轴（3）的中部；分流盘（4）和截流盘通过相对旋转实现周期性流道连通进而使得截流盘受到冲击，从而产生芯轴整体轴向冲击。优选的，上述的外壳体（1）外部为一等直径圆柱面，内部从上到下依次为动力钻具定子连接扣、外壳体上环形平面、外壳体上扶正圆面（101）、外壳体下环形平面、外壳体键结构连接面（102）和外壳体下扶正圆面（103），其中，动力钻具定子连接扣用于实现轴向水力冲击钻井提速工具与动力钻具定子的连接；外壳体上环形平面用于实现外壳体（1）与动力钻具接头（2）和芯轴（3）组成的连接体间的轴向限位；外壳体上扶正圆面（101）为外壳体（1）与芯轴（3）提供上部扶正；外壳体键结构连接面（102）用于分流盘（4）配合实现外壳体（1）与动力钻具接头（2）和芯轴（3）组成的连接体间相对轴向滑动而不相对旋转；外壳体下扶正圆面（103）为内径大于外壳体键结构连接面（102）大径的圆面。优选的，上述分流盘（4）通过外壳体键结构连接面（102）与外壳体（1）连接；外壳体键结构连接面（102）大径直径大于扶正圆面（101），外壳体键结构连接面（102）大径直径小于外壳体下扶正圆面（103）内径；外壳体下扶正圆面（103）为外壳体（1）与芯轴（3）提供扶正；外壳体键结构连接面（102）作用是实现外壳体（1）与分流盘（4）键连接。优选的，上述的动力钻具接头（2）外部为一圆柱面，该圆柱面直径大于外壳体扶正圆面（101）直径；动力钻具接头（2）内部从上到下依次为：传扭结构、钻井液中心流道、芯轴连接扣；传扭结构与动力钻具转子输出扭矩端外部结构相匹配，用于与动力钻具转子连接后实现扭矩的传递；钻井液中心流道为圆形孔，用于将动力钻具传输来的钻井液传给芯轴（3）钻井液中心流道；芯轴连接扣用于实现动力钻具接头（2）与芯轴（3）的连接。优选的，上述的芯轴（3）内部从上到下依次为：钻井液上部中心流道、分流流道（301）、喷嘴（7）、细流道、汇流流道（303）、钻井液下部中心流道，钻头连接扣；钻井液上部中心流道用于将钻井液传递给喷嘴（7）及分流流道（301）；分流流道（301）将部分钻井液分流至分流腔（8）；喷嘴（7）用于将钻井液中心流道的钻井液的压能转化为动能；细流道直径小于钻井液上部中心流道，细流道上端面可轴向限位喷嘴（7），细流道用于将喷嘴（7）过流流体传导至钻井液下部中心流道；汇流流道（303）将汇流腔（6）内的钻井液汇入到钻井液下部中心流道；钻头连接扣用于钻头与轴向水力冲击钻井提速工具的连接。优选的，芯轴（3）外部从上到下依次为：动力钻具接头连接扣、上部扶正圆面、截流盘（302）、回流面、下部扶正圆面（304）、轴向限位环面、外环面；动力钻具连接扣用于实现芯轴（3）与动力钻具接头（2）的连接；上部扶正圆面为外壳体（1）与芯轴（3）提供上部扶正；截流盘（302）均布轴向圆形截流盘流道，截流盘（302）外径略小于外壳体扶正圆面（103），截流盘（302）与分流盘（4）可以相对旋转运动，截流盘流道与分流盘流道（401）连通时，部分钻井液通过分流盘流道（401）、截流盘流道、汇流腔（6）、汇流流道（303）、汇入钻井液下部中心流道，截流盘流道与分流盘流道（401）未连通时，钻井液通过分流盘流道（401）冲击截流盘（302）端面，形成轴向冲击；下部扶正环圆面（304）直径等于截流盘（302）直径，为外壳体（1）与芯轴（3）提供下部扶正，且下部扶正环圆面（304）开有密封槽；轴向限位环面外径与外壳体外圆柱面直径相同，为芯轴（3）提供轴向限位；外环面直径与外壳体外圆柱面直径相同。优选的，上述的分流盘（4）中心为内扶正圆面，周向均布分流盘流道（401）；内扶正圆面为芯轴（3）与分流盘（4）提供扶正；分流盘流道（401）为圆形孔，分流盘流道（401）圆形孔直径与截流盘流道直径相同，截流盘（302）与分流盘（4）相对旋转运动，截流盘流道与分流盘流道（401）连通时，部分钻井液通过分流盘流道（401）、截流盘流道、汇流腔（6）、汇流流道（303）、汇入钻井液下部中心流道，截流盘流道与分流盘流道（401）未连通时，钻井液通过分流盘流道冲击截流盘（302）端面，形成轴向冲击。优选的，上述芯轴（3）中部截流盘（302）下部回流面以及外壳体下扶正圆面形成的环形腔体为汇流腔（6），用于将截流盘流道传输来的钻井液通过汇流流道（303）汇入至钻井液下部中心流道。优选的，上述的分流腔（8）是由外壳体下环形平面、分流盘上端面、外壳体键结构连接面以及芯轴（3）上扶正圆面组成的环形腔体，用于将芯轴（3）分流流道传输来的钻井液传输至分流盘流道（401）。优选的，上述的芯轴（3）安装于外壳体（1）内部，芯轴（3）既可在外壳体内部转动，也能轴向滑动；芯轴（3）下部扶正圆面（304）的密封槽内安有密封总成（5）；外壳体（1）上部扶正圆面（101）的密封槽内安装有密封总成（9）；分流盘（4）不可在外壳体（1）内部转动，但能轴向滑动。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：1、轴向水力冲击提速工具不仅可以保证动力钻具转子带动钻头正常高速旋转，并且依靠水力产生均匀、稳定、周期性的冲击力，从而完成轴向水力冲击破岩；2、轴向水力冲击提速工具结构简单、连接紧凑、长度极短，使用时不影响动力钻具及随钻测量工具的工作，有益于长时间工作，有利于运输使用；3、轴向水力冲击提速工具使用过程不改变钻井工艺、不改变钻井参数，冲击幅值极易调节，适用于直井、定向井、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向水力冲击钻井提速工具，其特征是：包括外壳体（1）、动力钻具接头（2）、芯轴（3）和分流盘（4），所述外壳体（1）与动力钻具定子相连，外壳体（1）与分流盘（4）用键结构连接，动力钻具接头（2）上部与动力钻具转子相连，下部与芯轴（3）相连，动力钻具接头（2）与芯轴（3）组成的连接体，随着动力钻具转子一起相对于外壳体（1）与分流盘（4）以及动力钻具定子的连接体旋转；芯轴（3）内部安装有喷嘴（7），分流盘（4）位于芯轴（3）与外壳体（1）组合形成的分流腔内，截流盘位于芯轴（3）的中部；分流盘（4）和截流盘通过相对旋转实现周期性流道连通进而使得截流盘受到冲击，从而产生芯轴整体轴向冲击。

【技术特征摘要】
1.一种轴向水力冲击钻井提速工具，其特征是：包括外壳体（1）、动力钻具接头（2）、芯轴（3）和分流盘（4），所述外壳体（1）与动力钻具定子相连，外壳体（1）与分流盘（4）用键结构连接，动力钻具接头（2）上部与动力钻具转子相连，下部与芯轴（3）相连，动力钻具接头（2）与芯轴（3）组成的连接体，随着动力钻具转子一起相对于外壳体（1）与分流盘（4）以及动力钻具定子的连接体旋转；芯轴（3）内部安装有喷嘴（7），分流盘（4）位于芯轴（3）与外壳体（1）组合形成的分流腔内，截流盘位于芯轴（3）的中部；分流盘（4）和截流盘通过相对旋转实现周期性流道连通进而使得截流盘受到冲击，从而产生芯轴整体轴向冲击。2.根据权利要求1所述的轴向水力冲击钻井提速工具，其特征是：所述的外壳体（1）外部为一等直径圆柱面，内部从上到下依次为动力钻具定子连接扣、外壳体上环形平面、外壳体上扶正圆面（101）、外壳体下环形平面、外壳体键结构连接面（102）和外壳体下扶正圆面（103），其中，动力钻具定子连接扣用于实现轴向水力冲击钻井提速工具与动力钻具定子的连接；外壳体上环形平面用于实现外壳体（1）与动力钻具接头（2）和芯轴（3）组成的连接体间的轴向限位；外壳体上扶正圆面（101）为外壳体（1）与芯轴（3）提供上部扶正；外壳体键结构连接面（102）用于分流盘（4）配合实现外壳体（1）与动力钻具接头（2）和芯轴（3）组成的连接体间相对轴向滑动而不相对旋转；外壳体下扶正圆面（103）为内径大于外壳体键结构连接面（102）大径的圆面。3.根据权利要求2所述的轴向水力冲击钻井提速工具，其特征是：所述分流盘（4）通过外壳体键结构连接面（102）与外壳体（1）连接；外壳体键结构连接面（102）大径直径大于扶正圆面（101），外壳体键结构连接面（102）大径直径小于外壳体下扶正圆面（103）内径；外壳体下扶正圆面（103）为外壳体（1）与芯轴（3）提供扶正；外壳体键结构连接面（102）作用是实现外壳体（1）与分流盘（4）键连接。4.根据权利要求2所述的轴向水力冲击钻井提速工具，其特征是：所述的动力钻具接头（2）外部为一圆柱面，该圆柱面直径大于外壳体上扶正圆面（101）直径；动力钻具接头（2）内部从上到下依次为：传扭结构、钻井液中心流道、芯轴连接扣；传扭结构与动力钻具转子输出扭矩端外部结构相匹配，用于与动力钻具转子连接后实现扭矩的传递；钻井液中心流道为圆形孔，用于将动力钻具传输来的钻井液传给芯轴（3）钻井液中心流道；芯轴连接扣用于实现动力钻具接头（2）与芯轴（3）的连接。5.根据权利要求1所述的轴向水力冲击钻井提速工具，其特征是：所述的芯轴（3）内部从上到下依次为：钻井液上部中心流道、分流流道（301）、喷嘴（7）、细流道、汇流流道（303）、钻井液下部中心流道，钻头连接扣；钻井液上部中心流道用于将钻井液传递给喷嘴（7）及分流流道（301）；分流流道（301）将部分钻井液分流至分流腔（8）；喷嘴（7）用于将钻井液中心流道的钻井液的压能转化为动能；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永旺，李坤，管志川，张喆，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37