[实用新型]一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井的配套装置技术领域，尤其涉及一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具。

背景技术

钻井过程中钻柱与井壁之间的接触、摩擦，使钻压和扭矩无法有效的传递给钻头，即产生“拖压”、“粘滑”现象，这种现象随着井斜角的增大、岩屑床的形成和井眼内液柱压力和地层孔隙压力之间差值的增大而愈发明显，严重时钻压完全无法施加给钻头，导致无法继续钻进，或导致钻头产生粘滑振动，加速钻头的损坏和失效。常规减小钻柱和井壁之间的摩阻、扭矩的主要方法包括优化井身结构和泥浆性能，减少或避免岩屑床的形成，提高泥饼质量，采用旋转导向钻井和欠平衡或近平衡钻井方式等。但是上述技术措施均存在一定的局限性，效果有限。

研究表明振动能够改变摩擦副之间的摩擦状态，使摩擦副之间的摩擦系数降低，振动减阻技术已经广泛应用于各个工程领域。振动减阻技术属于可控的主动减阻技术，将其应用于钻柱与井壁减阻，能够克服常规减摩阻扭矩技术的局限性，是高摩阻井钻井减阻理论研究及工具研制的一个重要发展方向。室内试验结果显示，轴向振动、扭转振动和横向振动三种振动方式中，轴向振动减阻效果大于扭转振动大于横向振动。因此，很有必要研究一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具，旨在用于消除钻进过程中存在的“拖压”及“粘滑”现象，从而提高机械钻速和极限延伸距离。

本实用新型是这样实现的，一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具，包括上套筒，所述上套筒的下端内侧固定设有挡盘，所述上套筒内滑动设有砧子轴，所述砧子轴上设有沿其轴向延伸的中空的中心流道，所述砧子轴的下连接段穿过所述挡盘并螺纹连接有下接头，所述砧子轴的上轴段上滑动套设有可对其产生轴向冲击的冲击装置。

作为一种改进的方案，所述冲击装置包括冲击锤，所述冲击锤滑动套设于所述砧子轴的上轴段上，所述冲击锤的下端面面积大于其上端面面积，所述冲击锤的上端设有若干可开启或闭合的节流片；当所有所述节流片闭合时可将所述砧子轴的中心流道的上端入口封闭。

作为一种改进的方案，所述节流片共设有三个，所述冲击锤的上端沿其周向均匀设有三对销轴固定凸起，所述节流片通过销轴对应插入到所述销轴固定凸起中，所述节流片仅可于竖直面内进行旋转运动，所述销轴上套设有扭转弹簧，所述扭转弹簧的一端固定于所述节流片上，所述扭转弹簧的另一端固定于所述销轴固定凸起上。

作为一种改进的方案，所述砧子轴的上轴段与下连接段之间为中部冲击段，所述上轴段的长度大于所述冲击锤的长度，所述上轴段的下部沿其周向设有若干高压孔，所述高压孔沿其径向延伸，所述上轴段的外壁与所述中部冲击段的冲击面以及所述冲击锤的下端面和所述上套筒的内壁共同围成高压腔。

作为一种改进的方案，所述冲击锤的外壁开设有环形槽，所述环形槽与所述上套筒的内壁共同围成低压腔，与所述低压腔相对应的所述上套筒的筒壁上开设有放空孔。

作为一种改进的方案，所述挡盘和所述砧子轴的下连接段之间为多边形滑动配合。

作为一种改进的方案，所述冲击锤和所述砧子轴以及所述上套筒两两之间的配合处均设有密封件。

本实用新型提供的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，由于其在上调套筒内滑动设置了冲击装置，并在冲击装置的下端螺纹连接下接头；将该钻井工具安装在距离钻头一定距离的钻柱中时，当钻井液流经该钻井工具时，钻井工具产生轴向冲击振动，该轴向冲击振动带动下部钻柱产生轴向振动，消除钻进过程中的“拖压”和“粘滑”现象，从而提高机械钻速和极限延伸距离；当该钻井工具直接安装在钻头上部时，该轴向冲击振动直接通过钻头作用在井底岩石上，改变岩石的受力状态，提高机械钻速。

本实用新型针对高摩阻井段钻进过程中存在的“拖压”及“粘滑”现象，利用振动能够对摩擦副之间的摩擦系数产生影响的特性，将轴向振动减阻技术引入钻井工程中，突破常规减阻措施的局限性，可有效减小钻柱与井壁之间的摩阻和扭矩，具有有效、可控的特点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型提供的冲击锤位于其上行程终点状态的能够产生轴向冲击振动的钻井工具的结构示意图；

图2是本实用新型提供的冲击锤位于其下行程终点状态的能够产生轴向冲击振动的钻井工具的结构示意图；

图3是本实用新型提供的砧子轴的结构示意图

图4是图1中的A-A剖视图；

图5是图1中的B-B剖视图；