本发明专利技术公开了一种扭转冲击钻井提速工具，由壳体、座体、导流单元、冲击单元和防掉单元组成，工具上端设有与钻铤相连的公扣，下端设有与钻头相连的母扣，壳体与座体通过花键连接,工具工作时扭矩与钻压通过花键传递；导流单元包括密封盖、除砂套和筛管，密封盖上端设有流体上返的侧向通道以及放置除砂套用的台阶；冲击单元包括定位套、冲击锤和轴承，冲击锤设有两个启动锤头和两个冲击锤头；防掉单元包括防掉块、螺栓、弹簧和防掉槽。本发明专利技术可给钻进中的钻头提供一种低幅高频扭转冲击，用于减缓钻进过程中下部钻具组合的粘滑振动，从而提高机械钻速并减少钻具失效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油天然气勘探开发中的钻井提速工具，具体地讲是一种通过减缓下部钻具粘滑振动以提闻破岩能量利用率并减少钻具失效从而提闻机械钻速的扭转冲击钻井提速工具。
技术介绍
随着国家对油气需求量的大幅增加，石油天然气的勘探开发力度不断加大。深井超深井的钻井数量日益增多，钻井难度也在不断加大。粘滑振动是钻深井超深井过程中常见的易造成钻具失效并导致机械钻速下降的重要因素，在钻进深部硬地层时尤为明显。现有的轴向旋冲钻井无法有效缓解下部钻具的粘滑振动(下部钻具扭矩周期性地积聚与释放)，甚至由于增大钻头的吃入量而可能加剧粘滑振动。最近的理论和试验研究表明，施加于下部钻具的高频扭转冲击可用于抑制其粘滑振动。现有专利US6742609B2采用涡轮驱动冲击机构，形成高频扭转冲击直接传至钻头，专利CN101463709B采用螺杆马达驱动冲击机构，这两种工具均能达到形成高频扭转冲击的目的，但其缺点是几何结构为棘轮的冲击件的磨损较快。专利201010511421.1采用另一种结构形成高频扭转冲击，其不足之处主要包括(I)钻井液中含有多种添加剂和重晶石等，该工具未设置除砂装置，易导致因砂粒沉积而使冲击单元无法正常运转；(2)单冲击锤冲击座体容易加剧下部钻具的涡动行为，进而影响井身质量；(3)根据所批露的结构，无法实现对连接锤座和壳体的球形连接体的安装与拆卸；钻井作业过程中可能存在钻头卡钻的情况，联接体需承受钻柱数十吨甚至更大的上提力，其安全性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种扭转冲击钻井提速工具，用以产生低幅高频扭转冲击。通过借助砂粒与液体密度不同的特点，设置除砂套使上返至导流盖侧向通道的钻井液为除去砂粒的钻井液；通过结合钻柱动力学理论，提出设置对称分布的双冲击锤的结构，以避免加剧下部钻具的涡动，同时使得在产生同等冲击功的条件下降低冲击元件的磨损；通过分析防掉单元结构操作可行性并对其进行力学分析，设置易于装配且安全性高的防掉单元。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种扭转冲击钻井提速工具，包括壳体、座体、导流单元、冲击单元和防掉单元，其特征在于所述壳体上端设有连接钻铤的公扣，下端设有与座体花键配合的壳体花键，壳体内部包含导流单元、冲击单元和防掉单元；所述座体上端设有用于与冲击锤配合的内腔，下端设有用于连接钻头的母扣和用于与壳体花键作用的座体花键；所述导流单元包括除砂套、密封盖和筛管；所述冲击单元包括定位套、冲击锤、上滚针轴承、上深沟球轴承、下深沟球轴承和下滚针轴承，冲击锤设有启动锤头和冲击锤头，启动锤头与定位套形成启动腔，启动锤头作用于启动腔内冲击锤头作用于座体的冲击腔内，冲击锤的上下两端分别通过上深沟球轴承和下滚针轴承与座体连接，定位套上下两端分别通过上滚针轴承和下深沟球轴承与筛管连接；防掉单元包括防掉块、螺栓、弹簧、壳体防掉槽和座体防掉槽。所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于壳体下端周向均布4个45°的壳体花键，座体下端外侧均布4个50°的花键槽，壳体花键与座体花键槽存在间隙用于将冲击能量完全传至钻头。所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于壳体设有2个壳体防掉槽和2个螺栓孔，螺栓孔作为防掉装置拆卸的通道，螺栓用于密封螺栓孔；座体设有2个座体防掉槽，防掉块的径向厚度小于座体防掉槽深度，防掉块压缩于座体防掉槽内；座体防掉槽移动到壳体防掉槽处形成腔体时，弹簧释放并将防掉块推向壳体防掉槽，紧贴壳体防掉槽壁面。所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于所述座体冲击腔的数量为2个，座体泄流槽的数量为2个，座体和密封盖上均设有4条导流槽；冲击锤上的启动锤头、冲击锤头、启动腔正击排液槽、启动腔反击排液槽、冲击腔反击排液槽和冲击腔正击排液槽的数量全部为2个；定位套上的定位套正击流道和定位套反击流道的数量全部为2个。所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于所述导流单元的密封盖用于密封冲击单元的上端面，密封盖上端设有流体上返的侧向通道以及用于放置除砂套的台阶，筛管固定于座体内部。所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于筛管中部设有沿周向均匀分布的侧流槽，筛管下部设有排液孔。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是(1)导流单元中设有除砂套，流经密封盖侧向通道流入导流槽的为除去添加剂和重晶石等砂粒的钻井液，可避免冲击单元因砂粒沉积而失效；(2)双冲击锤冲击座体，在产生同等冲击功的条件下可提高冲击元件的使用寿命；(3)双冲击锤对称分布，同时冲击座体，可避免加剧下部钻具的涡动，而单冲击锤冲击容易加剧下部钻具的涡动行为；(4)工具所带的防掉单元易于装配且安全性高。附图说明图1为本专利技术装置的示意 图2为图1的A-A剖面 图3为图1的B-B冲击锤顺转完成时刻剖面 图4为图1的B-B定位套顺转完成时刻剖面 图5为图1的B-B冲击锤逆转完成时刻剖面 图6为图1的B-B定位套逆转完成时刻剖面 图7为图1的C-C剖面 图8为图1的D-D剖面 图9为本专利技术装置中筛管的结构 图10为本专利技术装置中冲击锤的结构 图11为图10的E-E剖面 图12为本专利技术装置中定位套的结构 图13为图12的左视图； 图14为图12的F-F剖面 图中1.壳体，2.除砂套，3.密封盖，4.上滚针轴承，5.上深沟球轴承，6.筛管，7.定位套，8.冲击锤，9.下深沟球轴承，10.下滚针轴承，11.防掉块，12.螺栓，13.弹簧，14.座体，15.公扣，16.壳体花键，17.壳体防掉槽，18.螺栓孔，19.母扣，20座体花键，21.座体防掉槽，22.导流槽，23.反击启动流道，24.正击启动流道，25.冲击腔，26.泄流槽，27.启动锤头，28.冲击锤头，29.启动腔正击排液槽，30.启动腔反击排液槽，31.冲击腔反击排液槽，32.冲击腔正击排液槽，33.启动腔，34.定位套正击流道，35.定位套反击流道，36.正冲击面，37.反冲击面，38.侧流槽，39.排液孔。具体实施例方式如图1所示，本专利技术一种扭转冲击钻井提速工具，包括壳体1、座体14、导流单元、冲击单元和防掉单元；其特征在于所述壳体I上端设有连接钻铤的公扣15，下端设有与座体花键20配合的壳体花键16，壳体I内部包含导流单元、冲击单元和防掉单元；所述座体14上端设有用于与冲击锤8配合的内腔，下端设有用于连接钻头的母扣19和用于与壳体花键16作用的座体花键20 ;所述导流单元包括除砂套2、密封盖3和筛管6 ;所述冲击单元包括定位套7、冲击锤8、上滚针轴承4、上深沟球轴承5、下深沟球轴承9和下滚针轴承10,冲击银8设有启动银头27和冲击银头28，启动银头27与定位套7形成启动腔33，启动银头27作用于启动腔33内，冲击锤头28作用于座体14的冲击腔25内，冲击锤8的上下两端分别通过上深沟球轴承5和下滚针轴承10与座体14连接，定位套7上下两端分别通过上滚针轴承4和下深沟球轴承9与筛管6连接；防掉单元包括防掉块11、螺栓12、弹簧13、壳体防掉槽17和座体防掉槽21。如图8所示，所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于壳体I下端周向均布4个45°的壳体花键16，座体14下端外侧均布4个50°的花键槽，壳体花键16与座体花键槽存在间隙用于将冲击能量完全传至钻头。如图7所示，所述的扭转冲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种扭转冲击钻井提速工具，包括壳体（1）、座体（14）、导流单元、冲击单元和防掉单元，其特征在于：所述壳体（1）上端设有连接钻铤的公扣（15），下端设有与座体花键（20）配合的壳体花键（16），壳体（1）内部包含导流单元、冲击单元和防掉单元；所述座体（14）上端设有用于与冲击锤（8）配合的内腔，下端设有用于连接钻头的母扣（19）和用于与壳体花键（16）作用的座体花键（20）；所述导流单元包括除砂套（2）、密封盖（3）和筛管（6）；所述冲击单元包括定位套（7）、冲击锤（8）、上滚针轴承（4）、上深沟球轴承（5）、下深沟球轴承（9）和下滚针轴承（10），冲击锤（8）设有启动锤头（27）和冲击锤头（28），启动锤头（27）与定位套（7）形成启动腔（33），启动锤头（27）作用于启动腔（33）内，冲击锤头（28）作用于座体（14）的冲击腔（25）内，冲击锤（8）的上下两端分别通过上深沟球轴承（5）和下滚针轴承（10）与座体（14）连接，定位套（7）上下两端分别通过上滚针轴承（4）和下深沟球轴承（9）与筛管（6）连接；防掉单元包括防掉块（11）、螺栓（12）、弹簧（13）、壳体防掉槽（17）和座体防掉槽（21）。...
【技术特征摘要】
1.一种扭转冲击钻井提速工具，包括壳体(I)、座体(14)、导流单元、冲击单元和防掉单元，其特征在于:所述壳体(I)上端设有连接钻铤的公扣(15)，下端设有与座体花键(20)配合的壳体花键(16)，壳体(I)内部包含导流单元、冲击单元和防掉单元；所述座体(14)上端设有用于与冲击锤(8)配合的内腔，下端设有用于连接钻头的母扣(19)和用于与壳体花键(16)作用的座体花键(20);所述导流单元包括除砂套(2)、密封盖(3)和筛管(6);所述冲击单元包括定位套(7 )、冲击锤(8 )、上滚针轴承(4)、上深沟球轴承(5 )、下深沟球轴承(9 )和下滚针轴承(10 )，冲击锤(8 )设有启动锤头(27 )和冲击锤头(28 )，启动锤头(27 )与定位套(7 )形成启动腔(33 )，启动锤头(27 )作用于启动腔(33 )内，冲击锤头(28 )作用于座体(14)的冲击腔(25)内，冲击锤(8)的上下两端分别通过上...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝效华，汤历平，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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