一种水力复合振动冲击管柱制造技术

本发明专利技术涉及一种水力复合振动冲击管柱，包括依次连接在钻杆下端的扭转振动冲击器、纵向振动冲击器和钻头，扭转振动冲击器的扭冲外壳体内腔设有芯管，芯管的顶部支撑在上扶正器的中心，芯管上部圆周分布有芯管进水孔，芯管下部圆周分布有芯管出水孔，芯管的下端连接有上盘阀，上盘阀的下方设有下盘阀，芯管的中段外周设有扇形撞锤，扇形撞锤位于砧子的扇形腔中，扇形腔大于扇形撞锤的部分形成液压腔，芯管上设有竖向缝口与相应的液压腔相通；砧子上方固定有弹簧座，弹簧座顶部位于芯管进水孔的下方，弹簧座的内腔安装有与芯管相连的扭簧。该水力复合振动冲击管柱可以充分地利用水力能量，使钻头旋转的同时产生纵向振动和周向扭矩，提高破岩效率。提高破岩效率。提高破岩效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水力复合振动冲击管柱


[0001]本专利技术涉及一种适用于中硬到硬地层的高效破岩工具，特别涉及一种水力复合振动冲击管柱，属于石油钻井设备


技术介绍

[0002]在石油资源日益匮乏和需求急剧增大这两大因素的推动下，新区的勘探开发不断扩大，随着石油勘探不断向深井、超深井发展，钻遇中、硬以上地层和研磨性地层越来越多。
[0003]采油井的深度不断加深，钻遇地层越来越复杂，动力沿程损失大，液柱对井底的压持效应明显，钻井速度慢，工具易损坏，从而导致钻井周期加长，钻井成本变高，严重制约了油气田开发的进程。因此提高深井、超深井钻速是目前国内外各油田的迫切需要。
[0004]振动冲击钻井技术是在常规旋转钻井的基础上发展起来的钻井新技术，其在钻头的上面连接振动冲击器。工作过程中，冲击器就会产生纵向的周期性的冲击载荷，然后再通过钻头将载荷作用到地层上，达到冲击载荷和静压旋转共同作用破碎岩石的效果，由于振动冲击器的作用产生的周期性冲击载荷通过钻头作用到地层岩石上面，使得岩石产生体积破碎，从而大大提高了钻井的速度。另外，振动冲击器在工作过程中产生高频率的冲击周期性地作用到钻头上，可以减少或者消除钻头工作中可能产生的粘滑振动。这样，一方面可以提高机械钻速；另一方面，在一定程度上保护了钻头，延长了钻头的使用时间，起下钻的次数也会减少，从而降低了石油钻井的成本。
[0005]当前，各类冲击器是提高深井机械钻速的主要井下动力工具。但是国内所应用到现场常规冲击器经常因较多的连接、活动件，形成易损、薄弱部位，存在使用寿命短的问题。同时中深井中所应用的钻头多为PDC钻头，由于破岩时产生粘滑振动，PDC钻头经常过早失效。因此，研发新型工具迫在眉睫。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种水力复合振动冲击管柱，可以充分地利用水力能量，使钻头在旋转工作的同时产生纵向振动和周向扭矩，提高破岩效率。
[0007]为解决以上技术问题，本专利技术的一种水力复合振动冲击管柱，包括依次连接在钻杆下端的扭转振动冲击器、纵向振动冲击器和钻头，所述扭转振动冲击器包括扭冲外壳体，扭冲外壳体内腔设有芯管，所述芯管的顶部支撑在上扶正器的中心，所述上扶正器的圆周上均匀分布有过流孔，所述芯管的上部圆周均匀分布有芯管进水孔，所述芯管的下部圆周均匀分布有芯管出水孔，所述芯管的下端连接有上盘阀，所述上盘阀的下方设有下盘阀，所述芯管的中段外周中心对称设有扇形撞锤，所述扇形撞锤位于砧子的扇形腔中，所述扇形腔大于扇形撞锤的部分形成液压腔，所述芯管上设有竖向缝口与相应的液压腔相通；所述砧子的上方固定有弹簧座，所述弹簧座的顶部位于所述芯管进水孔的下方，所述弹簧座的内腔安装有与芯管相连的扭簧。
[0008]作为本专利技术的改进，所述砧子的下部外周旋接在六方套的上端口中，所述六方套的中段外螺纹与所述扭冲外壳体的下端口内螺纹相旋接，所述六方套下端的内六方口套装在扭冲下接头中段的六方榫上。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述下盘阀固定在所述六方套上部的第一内台肩上，所述下盘阀的下方设有上盖，所述上盖位于所述六方套的内腔，且上盖的下端口压在六方套上部的第二内台肩上，所述扭冲下接头的上端旋接在所述上盖中。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述上扶正器固定在所述扭冲外壳体上部的锥形内螺纹下方。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述上盘阀的叶片之间均匀设有动盘扇形过流槽，且上盘阀的一个叶片上设有防憋压孔，所述下盘阀的叶片之间均匀设有静盘扇形过流槽。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述纵向振动冲击器包括相互连接的纵冲外筒和纵冲下接头，所述纵冲外筒的内腔设有芯轴，所述芯轴的上部设有螺旋叶片，所述螺旋叶片下方的芯轴圆周上均匀分布有多个芯轴进水孔，所述芯轴进水孔下方设有芯轴小直径段，所述芯轴小直径段从分隔板的中心孔穿过且芯轴台肩压在分隔板的上端面，所述分隔板的底部外周支撑在所述纵冲外筒的中部凸圈的上方；所述芯轴小直径段的上部对称设有芯轴上排压孔，所述芯轴小直径段的底部对称设有芯轴下排压孔，所述芯轴上排压孔与芯轴下排压孔呈十字形分布；所述分隔板的下方设有向下延伸的内罩，所述内罩的外周与所述纵冲外筒的内壁之间设有环形泄流通道，所述内罩的顶盖旋接在芯轴上；所述内罩的上部圆周设有与芯轴上排压孔平齐的内罩上泄流孔，所述内罩的下部圆周设有与芯轴下排压孔平齐的内罩下泄流孔，所述内罩上泄流孔与内罩下泄流孔呈十字形分布；所述内罩的内腔设有冲锤，所述冲锤套装在所述芯轴小直径段的外周。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述冲锤的上部圆周对称设有冲锤液压槽，所述冲锤的底部设有向下延伸的冲锤插榫，冲锤插榫之间的槽口与冲锤液压槽呈十字形分布，所述冲锤插榫对应嵌入所述纵冲下接头的上部导向槽中，所述上部导向槽下方的圆周上均匀设有多个下接头进水孔。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述芯轴的顶部插接在导流板的下端面中心，所述导流板的底部座于所述纵冲外筒的上部内台阶上，沿导流板的圆周均匀分布有多个轴向贯通的整流孔。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述内罩的顶盖位于所述外筒中部凸圈的中心孔中，各所述芯轴进水孔的内端分别斜向下延伸与芯轴中心孔相贯通，各所述下接头进水孔的内端分别斜向下延伸与纵冲下接头中心孔相贯通。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述纵冲外筒的下端均匀设有向下延伸的外筒凸榫，各外筒凸榫对应插入所述纵冲下接头的下部纵向凹槽中。
[0017]相对于现有技术，本专利技术取得了以下有益效果：
⑴
扭转振动冲击器的芯管旋转能力强，产生扭冲效果明显，会在钻头产生良好的周向扭矩。六方套下端的内六方口与扭冲下接头的六方榫相配合，可以更可靠地传动扭矩；上盖实现扭冲下接头的轴向定位。
[0018]⑵
工具所产生的高频冲击，在钻柱传递给钻头恒定扭矩的基础上，为钻头又施加了额外的冲击破岩能量，改善了钻头在井底破岩能量不足的情况，从而缓解了PDC钻头所固有的卡滑问题，延长钻头寿命，提高钻井时效。
[0019]⑶
工具结构简单，易于实现，长度短，成本较低，减少不必要能量损耗，提高了水力冲击功利用效率，且便于在油田现场的推广应用。
[0020]⑷
扭转振动冲击器的工具内部无橡胶件、电子件，在高温深井中更具优势；结构设计独特，即便达到使用寿命停止工作，仅相当于一节短钻铤，无需立刻起钻，仍可根据需要继续钻进；采用整体结构设计，规避落井脱扣等风险。
[0021]⑸
纵向振动冲击器的冲锤上端憋压，下端泄流，冲锤下行；冲锤下端憋压，上端泄流，冲锤上行。如此随着芯轴的持续旋转，冲锤不断地往复冲击纵冲下接头的上端，实现了钻头的高频振动，从而大大提高了钻头破岩效率。
[0022]⑹
纵向振动冲击器充分利用水力能量，使钻头在旋转的同时产生纵向振动，并伴有脉冲射流空化作用，因此，该冲击器可在辅助破岩的同时，减小井底的压持作用。该装置总体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水力复合振动冲击管柱，包括依次连接在钻杆下端的扭转振动冲击器、纵向振动冲击器和钻头，其特征在于：所述扭转振动冲击器包括扭冲外壳体，扭冲外壳体内腔设有芯管，所述芯管的顶部支撑在上扶正器的中心，所述上扶正器的圆周上均匀分布有过流孔，所述芯管的上部圆周均匀分布有芯管进水孔，所述芯管的下部圆周均匀分布有芯管出水孔，所述芯管的下端连接有上盘阀，所述上盘阀的下方设有下盘阀，所述芯管的中段外周中心对称设有扇形撞锤，所述扇形撞锤位于砧子的扇形腔中，所述扇形腔大于扇形撞锤的部分形成液压腔，所述芯管上设有竖向缝口与相应的液压腔相通；所述砧子的上方固定有弹簧座，所述弹簧座的顶部位于所述芯管进水孔的下方，所述弹簧座的内腔安装有与芯管相连的扭簧。2.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击管柱，其特征在于：所述砧子的下部外周旋接在六方套的上端口中，所述六方套的中段外螺纹与所述扭冲外壳体的下端口内螺纹相旋接，所述六方套下端的内六方口套装在扭冲下接头中段的六方榫上。3.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击管柱，其特征在于：所述下盘阀固定在所述六方套上部的第一内台肩上，所述下盘阀的下方设有上盖，所述上盖位于所述六方套的内腔，且上盖的下端口压在六方套上部的第二内台肩上，所述扭冲下接头的上端旋接在所述上盖中。4.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击管柱，其特征在于：所述上扶正器固定在所述扭冲外壳体上部的锥形内螺纹下方。5.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击管柱，其特征在于：所述上盘阀的叶片之间均匀设有动盘扇形过流槽，且上盘阀的一个叶片上设有防憋压孔，所述下盘阀的叶片之间均匀设有静盘扇形过流槽。6.根据权利要求1至5中任一项所述的水力复合振动冲击管柱，其特征在于：所述纵向振动冲击器包括相互连接的纵冲外筒和纵冲下接头，所述纵冲外筒的内腔设有芯轴，所述芯轴的上部设有螺旋叶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小元，樊继强，严忠，王委，纪照生，谷子昂，
申请(专利权)人：中石化华东石油工程有限公司，
类型：发明
国别省市：