[发明专利]一种冲击旋切复合破岩工具

说明书

技术领域

本发明涉及钻探设备技术领域，特别是一种石油钻探中使用的冲击旋切复合破岩工具。

背景技术

在石油天然气钻井中，当钻头遇到硬地层时会出现“打滑”现象而难以破碎岩石，导致钻进效率低，钻头寿命短，钻井时间及钻井成本大幅增加。为改变这一缺陷，中国专利CN 102251743A，在2011年11月23日公开了《一种冲击回转钻进方法》，该方法采用了将钻头与冲击器相结合的手段，使钻头在旋转钻进的同时还能够对岩层进行锤击，提高了钻井效率。

但是上述方法在使用时由于钻头同时进行冲击和旋切作业，因而钻头受到的作用力较大，导致了钻头切刀过度磨损，使用寿命短。为了解决这一问题，中国专利CN 1556892A，在2004年12月22日公开了一种《冲击钻头》，其中将钻头设置成由独立的一旋转体和一冲击体组成，旋转体只用于旋切岩层，冲击体只用于冲击岩层，该技术虽然能够在一定程度上解决钻头过度磨损的问题，但是也存在以下缺点：1、冲击体与岩层相接触的工作端的面积过大，而冲击器提供的单次冲击功有限，不能将冲击的能量集中用于破岩，因而冲击破岩效率低，尤其是遇到硬塑性岩石时破岩非常困难，2、由于冲击体工作端的面积过大，在钻头与岩层相接触的工作端面积一定的情况下，冲击体工作端的面积较大，旋转体工作端的面积就会相对较小，这样就导致了旋转体的强度较低，旋转体的旋切能力不足，容易被磨损破坏，3、在冲击体与岩层相接触破岩时，旋转体与冲击体相冲突，旋转体会突然停止旋转，这就阻碍了旋转体的正常旋转切削，从而导致了旋转体所受的扭矩变化波动过大，使旋转体容易疲劳破坏。

发明内容

为了解决现有技术中钻头的冲击体破岩效率低旋转体容易磨损的技术问题，本发明提供了一种冲击旋切复合破岩工具，由于该破岩工具的冲击钎头在钻头工作端所占的面积较小，不但能够将能量集中用于破岩，还可以减小钻头的磨损，延长钻头的使用寿命。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种冲击旋切复合破岩工具，包括与冲击器的壳体连接的旋转钻头，旋转钻头的一端为钻头工作端另一端为钻头连接端，旋转钻头内设有冲击钎头，冲击钎头穿过旋转钻头的中心并能够沿着旋转钻头的轴线方向往复运动，冲击钎头为柱状，冲击器的锤头能够推动冲击钎头并使冲击钎头的工作端从钻头工作端穿出，在垂直于旋转钻头轴线的平面上，冲击钎头的工作端的投影面积为钻头工作端的投影面积的4％～10％。

工作过程中，旋转钻头与冲击器的壳体连接并做旋转运动，冲击器的锤头能够锤击冲击钎头用于破岩。由于冲击钎头为柱状而且其在钻头工作端所占的面积较小，所以能够集中能量对井底中心的岩石进行冲击破坏，然后旋转钻头旋转对已发生冲击破坏的岩石进行切削。在钻头的工作端，由于冲击钎头所占的面积较小，旋转钻头所占的面积较大，不但有利于集中能量冲击岩层，还提高了旋转钻头的强度，这样既延长旋转钻头的使用寿命又提高了破岩效率。

优选冲击钎头与冲击器的锤头为断开式设置。

优选冲击钎头为圆柱状，冲击钎头与旋转钻头通过键连接。

优选在冲击器的锤头腔中设置有限位装置，限位装置的外壁与冲击器的壳体内壁对应连接，限位装置的一端与钻头连接端相邻，冲击钎头的末端通过限位装置的中心孔从限位装置的另一端穿出，限位装置的中心孔的半径小于键的上表面到冲击钎头的轴线的距离。

优选在限位装置与钻头连接端相邻的一端，限位装置的中心孔的圆周方向设置有用于容纳键的扩径部。

优选旋转钻头内设置有连通钻头连接端和钻头工作端的主水眼，在限位装置内，限位装置的侧壁中设置有贯穿限位装置两端的流体通道，主水眼与流体通道连通。

优选在限位装置与钻头连接端相邻的一端，沿限位装置的中心孔的圆周方向设置有环形凹槽，主水眼和流体通道通过环形凹槽连通。

优选在旋转钻头内，钻头工作端一侧设置有连通钻头工作端和主水眼的多个分水眼，分水眼在钻头工作端上的出水口分别设置在旋转钻头的内侧边缘和外侧边缘。

优选冲击钎头的末端形成锥形的砧头，砧头的顶部朝向冲击钎头的工作端，砧头的底部朝向冲击器的锤头。

优选在钻头工作端上设置有切削刃，在冲击钎头的工作端上设置有圆柱齿。

本发明的有益效果是：由于该破岩工具的冲击钎头在钻头工作端所占的面积较小，不但能够将能量集中用于破岩，还提高了旋转钻头的强度，延长了冲击旋切复合破岩工具的使用寿命。另外，在遇到较软地层时，由于将冲击和旋切相结合，可以在不起钻的前提下直接进行钻进作业，既提高了破岩效率又扩大了使用范围。