一种三维复合冲击短节制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三维复合冲击短节，包括上接头、压板、壳体、弹簧、上传动轴、冲锤、砧子、卡环、下传动轴、下接头、碟簧、压盖、射流元件、导流块、摆锤、挡圈、堵头、滚珠和锤座；上传动轴回转同时，通过外螺旋启振块与内螺旋启振块啮合，驱动冲锤做轴向往复运动；钻井液在射流元件控制和切换作用下，周期性地经由左液流腔和右液流腔驱动摆锤做周向扭转运动；本实用新型专利技术提供的三维复合冲击短节能够同时产生轴向冲击和扭转冲击载荷，有利于提高破岩能量、改善破岩环境。

A Three-Dimensional Composite Impact Short Joint

The utility model discloses a three-dimensional composite impact short joint, which comprises an upper joint, a pressing plate, a shell, a spring, an upper transmission shaft, a hammer, an anvil, a clamp ring, a lower transmission shaft, a lower connection, a disc spring, a pressure cover, a jet element, a guide block, a pendulum hammer, a retaining ring, a plug, a ball and a hammer base; while the upper transmission shaft rotates, it is driven by meshing the outer screw starting block with the inner screw starting block. The hammer moves axially to and fro; the drilling fluid periodically drives the pendulum to do circumferential torsional movement through the left and right fluid chambers under the control and switching of the jet elements; the three-dimensional composite impact short energy-saving provided by the utility model can generate both the axial impact and the torsional impact load, which is beneficial to improving the rock-breaking energy and the rock-breaking environment.

【技术实现步骤摘要】
一种三维复合冲击短节
本技术涉及油气勘探、地质勘探、地热井开发
，特别涉及一种三维复合冲击短节。
技术介绍
随着螺杆钻具和涡轮钻具等井下动力工具的大量普及应用，复合钻井技术已经成为行业内被广泛认同的提速提效的最直接有效手段之一。但是随着井深的不断增加，岩石在地层围压作用下力学参数会明显增大，可钻性和研磨性增强，采用螺杆钻具+PDC钻头或者涡轮钻具+孕镶金刚石钻头的复合钻井工艺的钻井时效不断降低，往往不能满足提速提效的要求。为了解决深井、高研磨性硬地层机械钻速和钻井时效低的问题，在不增加地面设备能力条件下，通过利用并转化泥浆水力能量来达到增加钻头破岩能量、降低破岩阻力的方式正在被人们所接受。一些企业和学者提出并研发了旋冲工具，旨在通过轴向冲击的方式实现钻头体积破岩以实现跃进式进尺效果，但是也存在一些不足，如：1)与螺杆钻具和涡轮钻具匹配性不好、无法配合使用；2)无法有效保护钻头和底部钻具组合。而有些企业和学者提出并研发了扭转冲击工具，旨在通过高频往复扭转冲击的方式减小钻头破岩的扭矩波动以实现延长钻头寿命、保护钻具的目的，但是也反映出一些弱点，如：破岩能量较弱，在高研磨性硬地层提高机械钻速的效果有限。因此，迫切需要研发一种能够与螺杆钻具和涡轮钻具配合使用的新型三维复合冲击工具，以满足深井、超深井钻井施工的提速提效、缩短钻井周期的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种三维复合冲击短节，能够与螺杆钻具或涡轮钻具动力端配合使用，将其输出扭矩和转速传递给钻头，并且自身能够同时产生轴向冲击和周向扭转往复冲击载荷，从而使钻头实现多载荷作用下的立体式破岩效果。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种三维复合冲击短节包括轴向冲击总成和扭转冲击总成两部分，其中所述轴向冲击总成的输出端与所述扭转冲击总成的输入端配合。优选的，所述轴向冲击总成包括作为输出端的下传动轴，所述扭转冲击总成装配在所述下传动轴内。优选的，所述轴向冲击总成包括壳体及安装在其内的上传动轴、轴向冲击机构和所述下传动轴；所述上传动轴的外壁设置有外凸块；所述轴向冲击机构包括冲锤和弹性装置；所述冲锤套设于所述上传动轴，所述冲锤的内壁具有内凸块，所述外凸块能够在所述上传动轴钻进回转时接触所述内凸块并推升所述冲锤；所述冲锤能够向下运动冲击所述下传动轴；所述弹性装置能够为所述冲锤提供朝下的预紧力；所述壳体具有限制所述冲锤运动为沿轴向的导向结构。优选的，所述外凸块具有上螺旋面，所述内凸块具有用于同所述上螺旋面接触推升配合的下螺旋面。优选的，所述轴向冲击总成还包括卡环和下接头；所述下接头固定连接于所述壳体，所述卡环套在所述下传动轴外侧，所述卡环的下端面能够挂靠于所述下接头的上端面。优选的，所述外凸块在所述上传动轴的外壁上沿周向不连续，所述冲锤的内凸块能够沿轴向运动至所述外凸块的上方和下方。优选的，所述扭转冲击总成包括安装在所述下传动轴内的射流元件、摆锤和锤座；所述射流元件内部设有内腔、左排液道和右排液道，所述射流元件和所述下传动轴之间形成有第一排液腔和第二排液腔，所述左排液道将所述内腔和所述第二排液腔连通，所述右排液道将所述内腔和所述第一排液腔连通；所述锤座上端分别设有左液流腔和右液流腔，所述内腔的左输出道连通所述左液流腔，右输出道连通所述右液流腔；所述摆锤安装在所述锤座内，所述摆锤和所述锤座之间形成左前工作腔和右前工作腔，且所述左前工作腔和所述右前工作腔分别位于所述摆锤周向的两侧，所述左液流腔与所述左前工作腔连通，所述右液流腔与所述右前工作腔连通；所述锤座中部设有第一排液道和第二排液道，所述锤座下部设有中心排液腔，所述第一排液道将所述第一排液腔和所述中心排液腔连通，所述第二排液道将所述第二排液腔和所述中心排液腔连通。优选的，所述摆锤和所述锤座之间还形成有左后工作腔和右后工作腔，所述左后工作腔和所述右前工作腔位于所述摆锤周向的同侧，所述右后工作腔和所述左前工作腔位于所述摆锤周向的同侧；所述摆锤具备第一过流道和第二过流道，所述第一过流道将所述右前工作腔与所述左后工作腔连通，所述第二过流道将所述左前工作腔与所述右后工作腔连通。优选的，所述摆锤为两个对称扇形冲击瓣结构，所述左前工作腔和所述右后工作腔关于所述摆锤的中心对称，所述右前工作腔和所述左后工作腔关于所述摆锤的中心对称。优选的，所述扭转冲击总成还包括滚珠，所述滚珠装配在所述锤座下端外壁的滚珠槽内。根据上述技术方案可知，本技术提供的一种三维复合冲击短节中，上传动轴在螺杆钻具或者涡轮钻具动力端连接作用下回转，并与冲锤之间形成转速差，使得上传动轴中部外螺旋启振块的上螺旋面与冲锤内侧内螺旋启振块的下螺旋面发生接触啮合。接触啮合后，冲锤在导向块带动下沿着壳体内壁上的导向槽克服弹簧预紧力及冲锤自身重力竖直向上提升。当下螺旋面提升至上螺旋面最高点后，内螺旋启振块与外螺旋启振块发生分离，冲锤在自重和弹簧的预紧力联合作用下，加速竖直向下运动并冲击砧子上端面，完成一个轴向冲击过程，冲击产生的应力波通过砧子传递给下传动轴，并最终经由锤座传递给井底钻头；同时，本技术提供的一种三维复合冲击短节中，钻井液经过上传动轴和下传动轴的中心流道向下流动，并在压盖通孔导流作用下进入射流元件内部，经由喷嘴喷出，在内腔中产生连续稳定的附壁效应，然后周期性地经过左输出道和右输出道分别进入锤座左液流腔和右液流腔中，进而推动摆锤做周期性地顺时针和逆时针扭转碰撞锤座，扭转碰撞产生的应力波通过锤座向下传递给井底钻头。摆锤扭转运动过程中，锤座工作腔内钻井液的输入和输出由射流元件控制和切换；此外，本技术提供的一种三维复合冲击短节，在起下钻过程中，钻头带动锤座和下传动轴及其内部各部件一起在自重作用下向下运动，套接在下传动轴上端外侧的卡环随之挂靠在下接头上端面上，避免下部各部件落入井底。而并且此时冲锤内部的内螺旋启振块位于上传动轴的外螺旋启振块下侧并相隔一定距离，上传动轴在回转过程中，外螺旋启振块与内螺旋启振块之间不会发生啮合，使得冲锤停止做轴向往复运动，起到轴向防空打功能。综上所述，与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：1、本技术能够同时产生轴向冲击和周向扭转冲击两种载荷，从而具备三维复合冲击功能，其中轴向冲击提高了钻头破岩能量，扭转冲击减小钻头破岩时扭矩波动，改善钻头破岩环境；2、本技术具备轴向防空打功能，提高工具连接可靠性，避免了井下落鱼事故的发生；3、本技术能够与动力钻具配合使用，在不影响动力钻具产生的输出扭矩和转速向井底钻头传递同时具有三维复合冲击功能，因此应用本技术可以实现在深井、超深井钻井施工的提速提效、缩短钻井周期。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的三维复合冲击短节的整体结构示意图；图2为沿图1中A-A截面的剖视结构示意图；图3为沿图1中B-B截面的剖视结构示意图；图4为沿图1中C-C截面的剖视结构示意图；图5为沿图1中D-D截本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维复合冲击短节，其特征在于，包括轴向冲击总成和扭转冲击总成两部分，其中所述轴向冲击总成的输出端与所述扭转冲击总成的输入端配合；所述轴向冲击总成包括作为输出端的下传动轴(9)，所述扭转冲击总成装配在所述下传动轴(9)内。

【技术特征摘要】
1.一种三维复合冲击短节，其特征在于，包括轴向冲击总成和扭转冲击总成两部分，其中所述轴向冲击总成的输出端与所述扭转冲击总成的输入端配合；所述轴向冲击总成包括作为输出端的下传动轴(9)，所述扭转冲击总成装配在所述下传动轴(9)内。2.根据权利要求1所述的三维复合冲击短节，其特征在于，所述轴向冲击总成包括壳体(3)及安装在其内的上传动轴(5)、轴向冲击机构和所述下传动轴(9)；所述上传动轴(5)的外壁设置有外凸块；所述轴向冲击机构包括冲锤(6)和弹性装置；所述冲锤(6)套设于所述上传动轴(5)，所述冲锤(6)的内壁具有内凸块，所述外凸块能够在所述上传动轴(5)钻进回转时接触所述内凸块并推升所述冲锤(6)；所述冲锤(6)能够向下运动冲击所述下传动轴(9)；所述弹性装置能够为所述冲锤(6)提供朝下的预紧力；所述壳体(3)具有限制所述冲锤(6)运动为沿轴向的导向结构。3.根据权利要求2所述的三维复合冲击短节，其特征在于，所述外凸块具有上螺旋面(53)，所述内凸块具有用于同所述上螺旋面(53)接触推升配合的下螺旋面(63)。4.根据权利要求2所述的三维复合冲击短节，其特征在于，所述轴向冲击总成还包括卡环(8)和下接头(10)；所述下接头(10)固定连接于所述壳体(3)，所述卡环(8)套在所述下传动轴(9)外侧，所述卡环(8)的下端面能够挂靠于所述下接头(10)的上端面。5.根据权利要求2所述的三维复合冲击短节，其特征在于，所述外凸块在所述上传动轴(5)的外壁上沿周向不连续，所述冲锤(6)的内凸块能够沿轴向运动至所述外凸块的上方和下方。6.根据权利要求1-5任意一项所述的三维复合冲击短节，其特征在于，所述扭转冲击总成包括安装在所述下传动轴(9)内的射流元件(13)、摆锤(15)和锤座(19)；所述射流元件(13)内部设有内腔(131)、左排液道(135)和右排液道(136)，所述射流元件(13)和所述下传动轴(9)之间形成有第一排液腔(91)和第二排液腔(92)，所述左排液道(135)将所述内腔(131)和所述第二排液腔(92)连通，所述右排液道(136)将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘心，侯树刚，李帮民，晁文学，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，中石化中原石油工程有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11