一种大功率钻井轴向冲击提速工具制造技术

一种大功率钻井轴向冲击提速工具，轴冲总成由外至内依次套设有冲击锤、滑套管和中心管，轴冲花键连接体总成包括揰块和花键下接头，冲击锤中部留有用于推动滑套管上下运动的上、下启动腔，上接头和撞块之间留有用于推动冲击锤上下窜动撞击撞块的上、下高压腔，冲击锤下方设有撞块，撞块与花键下接头固定相连，花键下接头上安装有钻头，中心管上端与上接头固定连接，下端与钻头相通。将高压钻井液的流体能量转换成轴向冲击能量，以高频、均匀、稳定的冲击能量直接作用在钻头上，能直接在钻头旋转钻井的同时施加额外的轴向冲击功，可大幅提高机械钻速和对坚硬地层的碎石破岩能力，缩短了钻井周期使钻井作业的经济效益大幅提升。

A high-power tool for drilling axial impact and speed-up

【技术实现步骤摘要】
一种大功率钻井轴向冲击提速工具
本专利技术涉及钻井行业钻井配套设备
，尤其是一种大功率钻井轴向冲击提速工具。
技术介绍
随着油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井、斜井、水平井等，越来越多钻遇“三高地层”(岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高)的可能性越来越大，这严重影响了深部地层的机械钻速和勘探开发成本。在通常钻井条件下PDC钻头能连续剪切钻进地层，而用PDC钻头钻岩石和坚硬地层时，通常没有足够的扭矩来破碎地层岩石，从而使钻头瞬间停止转动，此时扭矩能量就开始在钻杆中聚集，当钻杆的扭矩达到一定值时就会忽然释放出来，钻头就会以更高转速破岩产生PDC钻头钻井过程中粘、卡、滑现象。室内试验和现场实践均表明这种粘、卡、滑振动是导致钻头失效及钻井效率低下的重要因素，会直接损坏PDC钻头切削齿，降低钻头及下部钻具的使用寿命。目前针对钻井粘、卡、滑现象而研发的工具主要有美国、加拿大的公司，但由于这些工具设计上的缺陷和零件难耐高压冲蚀而损坏，其主要缺陷还在国内、外同类产品在工作中只产生单一的扭向冲击，且都是扭向冲击在外壳体上再传递到钻头,这样扭向冲击扭矩都大量消耗在钻杆和外壳体上，能达到钻头的扭矩就非常有限。本专利技术可使钻头在钻杆驱动下旋转钻井的同时，钻头在工作时还产生额外的轴向上下窜动的冲击功，这就更符合钻井破岩机理，就像普通冲击钻钻削坚硬岩石、混凝土一样，更易碎石破岩和钻进坚硬底层，从而达到缩短钻井周期，提高钻井效率的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出一种高压钻井液流体能量转换成轴向、高频、均匀、稳定的上、下窜动的冲击能量，并直接作用在PDC钻头上，使钻头不需要等待积蓄足够的扭矩能量可以切削地层，避免钻头钻井时因扭矩不足而产生的粘、卡、滑现象，提高了机械钻速，延长钻头及下部钻具的寿命，且在斜度井和水平井中使用效果更加明显的功率钻井轴向冲击提速工具。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种大功率钻井轴向冲击提速工具，包括上接头、轴冲外筒、轴冲总成和轴冲花键连接体总成，上接头、轴冲外筒和轴冲花键连接体总成依次相连，轴冲外筒内套设轴冲总成，轴冲总成由外至内依次套设有冲击锤、滑套管和中心管，轴冲花键连接体总成包括揰块和花键下接头，冲击锤中部留有用于推动滑套管上下运动的上、下启动腔，上接头和撞块之间留有用于推动冲击锤上下窜动撞击撞块的上、下高压腔，冲击锤下方设有撞块，撞块与花键下接头固定相连，花键下接头上安装有钻头，中心管上端与上接头固定连接，下端与钻头相通；中心管内设相互分离的出液槽和排水槽，出液槽开有第一上、下进水口和启动液出水口，启动液出水口位于第一上、下进水口之间，出液槽下方内设用于变径增压的截流喷嘴，出液槽下端通过出水流道与钻头连通，排水槽分段设置包括上排水槽、中排水槽和下排水槽，上排水槽与中排水槽之间设有相连通的上排水腔，中排水槽与下排水槽之间设有相连通的下排水腔；滑套管上开有第二上、下进水口、上、下启动液槽、上、下启动液流道和上、下排水口，启动液出水口通过上、下启动液槽分别与上、下启动液流道连通，且上、下启动液槽分别与上、下排水腔移动连通，启动液流道与启动腔相通，第一上、下进水口分别与第二上、下进水口移动连通，上、下排水口分别与上、下排水腔移动连通；冲击锤的上下两端分设有上、下进水口槽和上、下排水流道，上、下进水口槽一端与高压腔连通，另一端分别连通上、下排水流道，上、下排水流道与上、下排水口移动连通；第一上进水口与第二上进水口连通时，上排水腔-上排水口-上排水流道断开，下排水腔-下排水口-下排水流道连通；第一下进水口与第二下进水口连通时，上排水腔-上排水口-上排水流道连通，下排水腔-下排水口-下排水流道断开。优选的，滑套管中部外凸形成用于控制滑套管相对冲击锤上下限位的第一凸起，冲击锤的中部开有与第一凸起外径相等的第一凹槽，第一凸起与第一凹槽之间留有轴向间隙作为启动腔。优选的，滑套管与第一凸起相对段的上下内壁分别内凹形成上、下启动液槽，第一凸起内分别开有与上、下启动液槽连通的若干上、下启动液流道，上、下启动液流道斜向设置与启动腔连通。优选的，上、下启动液流道的个数均为4个，相对滑套管的轴线十字分布。优选的，上接头为圆管状，上端螺纹连接钻杆，下端与轴冲外筒螺纹连接，上接头下端面内凹形成第一台阶和第二台阶，中心管固定连接于第一台阶内，撞块上端面内凹形成第三台阶，第三台阶和第二台阶与滑套管外径相匹配，滑套管相对中心管在第二台阶与第三台阶之间上下窜动，上排水槽与上接头之间的空腔为顶部排水腔，下排水槽与撞块之间的空腔为底部排水腔，且上下窜动时滑套管下端面不高于撞块上端面，滑套管上端面不低于上接头下端面，用于实现顶部排水腔、底部排水腔与高压腔的隔离。优选的，撞块下端与花键下接头通过螺纹固定连接，实现冲击锤上下运动撞击撞块时带动花键下接头上下运动。优选的，花键下接头与轴冲外筒之间设有花键连接套，花键连接套与轴冲外筒通过螺纹固定连接，花键连接套的内孔设有用于套接花键下接头的花键结构，花键连接套的上端面低于花键下接头的上端面，且花键连接套的上端面与撞块的下端面之间留有间隙。优选的，撞块和花键下接头沿轴线分别开有相互连通的第一排泄通孔和第二排泄通孔，第一排泄通孔与底部排水腔连通，第二排泄通孔与钻头连通，中心管下端通过底部排水腔-第一排泄通孔-第二排泄通孔与钻头相通。本专利技术的有益效果是：提速工具结构简单，运动部件少，能耐钻井液高压冲蚀，与PDC钻头连接后，也不会影响与其它钻具组合的使用性能，经多方现场钻井试验，在大幅提升机械钻速和使用时长上效果极其明显。本专利技术的钻井轴冲提速工具，所产生的轴向冲击力均能直接作用在钻头上没有额外的消耗，能形成强大的轴向冲击载荷，使岩石形成体积破碎或者形成裂缝，从而增加岩石破碎效率。这在提高机械钻速的同时也能有效消除钻头的粘卡滑现象。提高钻井的纯钻时间，保护井下安全。本专利技术的钻井轴冲提速工具工作中更具有强大振动效应。不仅能够显著改善井底附近岩右的受力状况提高破岩效率，而且能够改善钻头受力，延长钻头使用寿命，缩短建井周期。本专利技术的钻井轴冲提速工具无电器元件，可打捞。这就提高了系统的可靠性和安全性。即使本工具失效时也可照样钻井作业，只是钻效降低而已。本专利技术的钻井轴冲提速工具能与井下动力钻具配合使用，也可根据地层特性和钻头性能，通过改变喷嘴直径调节其性能。附图说明图1为大功率钻井轴冲提速工具的结构示意图一；图2为大功率钻井轴冲提速工具的结构示意图二；图3为大功率钻井轴冲提速工具的轴向冲击结构图；图4为图2中轴向冲击总成中上端进水口和排水流道A-A的剖面图；图5为图2中轴向冲击总成中启动腔部分B-B的剖面图；图6为图2中轴向冲击总成中启动液出口C-C的剖面图；图7为图2中轴向冲击总成中启动流道D-D的剖面图；图8为图2中轴向冲击总成中下端排水槽和排水流道E-E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率钻井轴向冲击提速工具，包括上接头、轴冲外筒、轴冲总成和轴冲花键连接体总成，上接头、轴冲外筒和轴冲花键连接体总成依次相连，轴冲外筒内套设轴冲总成，其特征在于：轴冲总成由外至内依次套设有冲击锤、滑套管和中心管，轴冲花键连接体总成包括揰块和花键下接头，冲击锤中部留有用于推动滑套管上下运动的上、下启动腔，上接头和撞块之间留有用于推动冲击锤上下窜动撞击撞块的上、下高压腔，冲击锤下方设有撞块，撞块与花键下接头固定相连，花键下接头上安装有钻头，中心管上端与上接头固定连接，下端与钻头相通；/n中心管内设相互分离的出液槽和排水槽，出液槽开有第一上、下进水口和启动液出水口，启动液出水口位于第一上、下进水口之间，出液槽下方内设用于变径增压的截流喷嘴，出液槽下端通过出水流道与钻头连通，排水槽分段设置包括上排水槽、中排水槽和下排水槽，上排水槽与中排水槽之间设有相连通的上排水腔，中排水槽与下排水槽之间设有相连通的下排水腔；/n滑套管上开有第二上、下进水口、上、下启动液槽、上、下启动液流道和上、下排水口，启动液出水口通过上、下启动液槽分别与上、下启动液流道连通，且上、下启动液槽分别与上、下排水腔移动连通，启动液流道与启动腔相通，第一上、下进水口分别与第二上、下进水口移动连通，上、下排水口分别与上、下排水腔移动连通；/n冲击锤的上下两端分设有上、下进水口槽和上、下排水流道，上、下进水口槽一端与高压腔连通，另一端分别连通上、下排水流道，上、下排水流道与上、下排水口移动连通；/n第一上进水口与第二上进水口连通时，上排水腔-上排水口-上排水流道断开，下排水腔-下排水口-下排水流道连通；第一下进水口与第二下进水口连通时，上排水腔-上排水口-上排水流道连通，下排水腔-下排水口-下排水流道断开。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大功率钻井轴向冲击提速工具，包括上接头、轴冲外筒、轴冲总成和轴冲花键连接体总成，上接头、轴冲外筒和轴冲花键连接体总成依次相连，轴冲外筒内套设轴冲总成，其特征在于：轴冲总成由外至内依次套设有冲击锤、滑套管和中心管，轴冲花键连接体总成包括揰块和花键下接头，冲击锤中部留有用于推动滑套管上下运动的上、下启动腔，上接头和撞块之间留有用于推动冲击锤上下窜动撞击撞块的上、下高压腔，冲击锤下方设有撞块，撞块与花键下接头固定相连，花键下接头上安装有钻头，中心管上端与上接头固定连接，下端与钻头相通；
中心管内设相互分离的出液槽和排水槽，出液槽开有第一上、下进水口和启动液出水口，启动液出水口位于第一上、下进水口之间，出液槽下方内设用于变径增压的截流喷嘴，出液槽下端通过出水流道与钻头连通，排水槽分段设置包括上排水槽、中排水槽和下排水槽，上排水槽与中排水槽之间设有相连通的上排水腔，中排水槽与下排水槽之间设有相连通的下排水腔；
滑套管上开有第二上、下进水口、上、下启动液槽、上、下启动液流道和上、下排水口，启动液出水口通过上、下启动液槽分别与上、下启动液流道连通，且上、下启动液槽分别与上、下排水腔移动连通，启动液流道与启动腔相通，第一上、下进水口分别与第二上、下进水口移动连通，上、下排水口分别与上、下排水腔移动连通；
冲击锤的上下两端分设有上、下进水口槽和上、下排水流道，上、下进水口槽一端与高压腔连通，另一端分别连通上、下排水流道，上、下排水流道与上、下排水口移动连通；
第一上进水口与第二上进水口连通时，上排水腔-上排水口-上排水流道断开，下排水腔-下排水口-下排水流道连通；第一下进水口与第二下进水口连通时，上排水腔-上排水口-上排水流道连通，下排水腔-下排水口-下排水流道断开。


2.根据权利要求1所述的一种大功率钻井轴向冲击提速工具，其特征在于：滑套管中部外凸形成用于控制滑套管相对冲击锤上下限位的第一凸起，冲击锤的中部开有与第一凸起外径相等的第一凹槽，第一凸起与第一凹槽之间留有轴向间隙作为启动腔。

【专利技术属性】
技术研发人员：江迪宇，周廷荪，
申请(专利权)人：江迪宇，周廷荪，
类型：发明
国别省市：浙江;33