一种复合冲击钻井工具制造技术

本发明专利技术公开了一种复合冲击钻井工具，包括套筒，套筒内沿长度方向由上至下依次设置有自激振荡腔、端盖和锤座，锤座内依次设有冲击锤和换向座，冲击锤内设有换向套，换向座内设有主喷嘴，锤座下端连接钻头；端盖和换向套均沿轴向设有中心孔，高压钻井液经过端盖、换向套的中心孔及主喷嘴组成的中心流道。本发明专利技术能同时产生轴向和扭转冲击，有效提高钻压，减少粘滑现象，结构简单工作可靠的复合冲击器。结构简单工作可靠的复合冲击器。结构简单工作可靠的复合冲击器。

A compound percussive drilling tool

【技术实现步骤摘要】
一种复合冲击钻井工具


[0001]本专利技术涉及钻井工具
，具体涉及一种复合冲击钻井工具。

技术介绍

[0002]提高深部硬地层的机械钻速是钻探行业永恒的目标，冲击破岩钻井技术是当前深井、超深井钻进硬地层应用效果较好的高效破岩技术。在目前的钻井提速工具当中，具有单一轴向冲击功能的冲击器适用于硬脆和硬塑性地层，可提高钻头破岩效率，但易产生瞬间“粘滑”现象，由于过大的轴向冲击可能导致钻头吃入地层过深，在提高机械钻速的同时增加了破岩扭矩，进一步加剧了钻头的粘滑振动。具有单一的周向冲击功能适用于硬夹地层，可施加周向冲击扭矩来消除钻头“粘滑”现象，但不能施加轴向冲击载荷提高钻头牙齿吃深，即两类工具各有优缺点。因此，在我国石油资源勘探开发需求迫切和钻井市场化的大形势下，提出一种切实可行的，能够进一步提高深部硬地层和复杂地层机械钻速和钻探效率的钻井技术及其配套工具十分必要，提出新型破岩钻具在钻井提速方面具有重要意义
[0003]传统的旋冲钻井和扭冲钻井冲击方式维度单一，为减少或者消除钻头在硬地层中“粘滑”现象的同时，通过施加轴向冲击载荷提高钻头牙齿吃深，进一步提高钻头的破岩效率，提出了一种新型复合冲击钻井工具，使钻具兼有轴向冲击和扭向冲击两种钻井冲击破岩的优点，其基本思路就是将轴向脉动冲击与扭转冲击破岩方式联合起来，将钻井液能量转换成轴向和扭向交替的高频冲击机械能。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种复合冲击钻井工具，能同时产生轴向和扭转冲击，有效提高钻压，减少粘滑现象，结构简单工作可靠的复合冲击器。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种复合冲击钻井工具，包括套筒，套筒内沿长度方向由上至下依次设置有自激振荡腔、端盖和锤座，锤座内依次设有冲击锤和换向座，冲击锤内设有换向套，换向座内设有主喷嘴，锤座下端连接钻头；端盖和换向套均沿轴向设有中心孔，高压钻井液经过端盖、换向套的中心孔及主喷嘴组成的中心流道。
[0007]按照上述技术方案，换向套中心孔上下贯穿换向套，钻井液进入换向套中心孔，进而向下流动；钻井液部分进入换向套中心孔中，部分进入冲击锤与锤座之间，进入冲击锤与锤座之间的钻井液可以驱动冲击锤旋转，进而往复撞击锤座，并将冲击扭矩传递至锤座，进而通过锤座传递给钻头。
[0008]按照上述技术方案，锤座与套筒之间设有锁紧环，进行轴向定位安装，锁紧环包括沿周向分布的多个扇形锁紧块；套筒下部通过花键与锤座连接，通过花键配合传递钻头破岩扭矩。
[0009]按照上述技术方案，换向套的底部具有扶正面与换向座扶正面接触，在换向套顶
部设置扶正面与端盖下部扶正面接触，使换向套的上端与下端均在径向受到限制，使得换向套在旋转的过程中有扶正面的支撑；端盖下方开有一大一小两阶梯孔，上下一组大孔和一组小孔，分别用于扶正安装冲击锤和换向套。
[0010]按照上述技术方案，自激振荡腔上沿轴向由上至下依次设有上喷嘴、谐振腔室和下喷嘴，谐振腔室的出口端设有碰撞壁。
[0011]按照上述技术方案，端盖底部沿周向布置有多个连接孔，端盖通过螺栓或螺钉与锤座连接固定，螺栓或螺钉穿过连接孔与锤座连接。
[0012]按照上述技术方案，主喷嘴的喷嘴直径小于换向套中心孔的直径。
[0013]按照上述技术方案，锤座内圈沿周向分布有多个排液槽，换向座具有卡设于排液槽内的凸棱；
[0014]凸棱的相对两侧与排液槽平面接触，使得换向座能够与锤座保持相对静止的状态，当锤座旋转时，换向座与锤座一同旋转；安装于锤座内的换向套，位于换向座的上方，换向套具有用于供钻井液流通的换向套中心孔。
[0015]按照上述技术方案，端盖的侧壁上沿周向分布有多个侧面流道，侧面流道与端盖中心孔连通，锤座外圈沿周向分布有多个第二导流槽，第二导流槽与侧面流道连通，第二导流槽的底部设有副喷嘴，副喷嘴与锤座的中心孔底部连通；
[0016]锤座的内圈设置有冲击舱，冲击锤外侧设有锤头，锤头设置于冲击舱内，锤头的两侧沿冲击锤长度方向均设有第三导流孔，第三导流孔与冲击舱连通；换向套上沿换向套中心孔周向分布有多个第一导流孔，换向套中心孔通过第一导流孔与第三导流孔连通；
[0017]换向套外壁上设有启动舱，启动舱内设有内键，启动舱一侧设有第三导流槽，换向套与冲击锤相对正向或反向转动时，第三导流孔与第三导流槽对位连通或错位分离；
[0018]换向座沿轴向设有通槽；
[0019]锤座的内圈沿周向分布有第四导流孔，第四导流孔与第二导流槽连通，换向套与锤座相对正向或反向转动时，第四导流孔与启动舱对位连通或错位分离。
[0020]按照上述技术方案，当钻井液流入端盖后，部分钻井液经端盖端盖中心孔、换向套中心孔、换向座和主喷嘴向下流出，由于主喷嘴出口直径较小，在主喷嘴出口以上通道形成高压，高压钻井液依次通过端盖的侧面流道、锤座的第二导流槽、第四导流孔进入启动舱，推动换向套绕工具的轴线作逆时针旋转，冲击锤绕工具的轴线作顺时针旋转，此时为未启动状态；当内键左侧面与启动舱侧面接触时，两者停止旋转，此时为启动状态；然后高压钻井液经第一导流孔、锤头右侧的第三导流孔进入锤头右侧与冲击舱侧面的间隙中，锤头的右侧承受高压，而锤头左侧的钻井液通过锤头左侧的第三导流孔、第三导流槽、换向座的通槽向下流出，锤头左侧钻井液为低压，在锤头两侧高、低压差的作用下，使冲击锤绕锤座的轴线顺时针旋转，同时冲击锤通过内键带动换向套一起同步顺时针旋转，直至锤头的左侧撞击到冲击舱的内壁面，冲击锤停止转动，并将冲击扭矩传递给锤座，此时为撞击瞬间，由于惯性的作用，换向套继续顺时针旋转，内键的左侧与启动舱的侧面脱离，高压钻井液依次经端盖的侧面流道、第二导流槽、第四导流孔进入内键与启动舱脱离形成的空腔中，与此同时，内键另一侧的钻井液经第二导流孔、排液槽、通槽向下流出，使内键另一侧形成低压，换向套在惯性和内键两侧高低压差的共同作用下继续顺时针旋转，直至内键的右侧与启动舱的侧面接触，此时为换向复位状态，换向套完成了换向作用，锤头两侧又分别与钻井液高、
低压接通，冲击锤与换向套同步逆时针旋转，并撞击锤座，如此周而复始，冲击锤不断往复撞击锤座。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术能同时产生轴向和扭转冲击，有效提高钻压，减少粘滑现象，结构简单工作可靠的复合冲击器；本专利技术实施例提供了一种复合冲击钻井工具，由于同时对钻头提供了轴向冲击和周向冲击，进一步提高钻头的破岩效率；本复合冲击钻井工具轴向冲击装置，采用自激振荡腔产生水力脉冲方案，取消了轴向冲击锤设计，提高了工具安全性和工作可靠性；本复合冲击钻井工具结构简单、拆卸方便、工作可靠。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例中复合冲击钻井工具的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例中自激振荡腔的剖视图；
[0025]图3是本专利技术实施例中端盖的立体图；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合冲击钻井工具，其特征在于，包括套筒，套筒内沿长度方向由上至下依次设置有自激振荡腔(10)、端盖(4)和锤座(1)，锤座(1)内依次设有冲击锤(5)和换向座(2)，冲击锤(5)内设有换向套(3)，换向座(2)内设有主喷嘴(9)，锤座(1)下端连接钻头；端盖(4)和换向套(3)均沿轴向设有中心孔，高压钻井液经过端盖(4)、换向套(3)的中心孔及主喷嘴(9)组成的中心流道。2.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，换向套中心孔(31)上下贯穿换向套(3)，钻井液进入换向套中心孔(31)，进而向下流动；钻井液部分进入换向套中心孔(31)中，部分进入冲击锤(5)与锤座(1)之间，进入冲击锤(5)与锤座(1)之间的钻井液可以驱动冲击锤(5)旋转，进而往复撞击锤座(1)，并将冲击扭矩传递至锤座(1)，进而通过锤座(1)传递给钻头。3.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，锤座(1)与套筒(6)之间设有锁紧环，进行轴向定位安装，锁紧环包括沿周向分布的多个扇形锁紧块(7)；套筒下部通过花键与锤座连接，通过花键配合传递钻头破岩扭矩。4.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，换向套(3)的底部具有扶正面与换向座(2)扶正面接触，在换向套(3)顶部设置扶正面与端盖下部扶正面接触，使换向套(3)的上端与下端均在径向受到限制，使得换向套(3)在旋转的过程中有扶正面的支撑；端盖下方开有一大一小两阶梯孔，上下一组大孔和一组小孔，分别用于扶正安装冲击锤(5)和换向套(3)。5.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，自激振荡腔(10)上沿轴向由上至下依次设有上喷嘴(101)、谐振腔室(102)和下喷嘴(103)，谐振腔室(102)的出口端设有碰撞壁(104)。6.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，端盖(4)底部沿周向布置有多个连接孔(42)，端盖(4)通过螺栓或螺钉与锤座(1)连接固定，螺栓或螺钉穿过连接孔(42)与锤座(1)连接。7.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，主喷嘴(9)的喷嘴直径小于换向套中心孔(31)的直径。8.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，锤座(1)内圈沿周向分布有多个排液槽(11)，换向座(2)具有卡设于排液槽(11)内的凸棱(21)；凸棱(21)的相对两侧与排液槽(11)平面接触，使得换向座(2)能够与锤座(1)保持相对静止的状态，当锤座(1)旋转时，换向座(2)与锤座(1)一同旋转；安装于锤座(1)内的换向套(3)，位于换向座(2)的上方，换向套(3)具有用于供钻井液流通的换向套中心孔(31)。9.根据权利要求1或8所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，端盖(4)的侧壁上沿周向分布有多个侧面流道(41)，侧面流道(41)与端盖中心孔(43)连通，锤座(1)外圈沿周向分布有多个第二导流槽(12)，第二导流槽(12)与侧面流道(41)连通，第二导流槽(12)的底部设有副喷嘴(13)，副喷嘴(13)与锤座(1)的中心孔底部连通；锤座(1)的内圈设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志华，陈东方，肖新启，张香红，佘运玖，
申请(专利权)人：中石化石油机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：