[发明专利]局部往复式液动冲击钻井提速工具

说明书

技术领域

本发明属于地质探矿工程及石油钻井领域，具体涉及局部往复式液动冲击钻井提速工具。

背景技术

伴随石油工业的油气勘探开发，石油行业所钻井愈来愈深，地层年代愈来愈久远，岩石愈来愈硬，提高深井钻速的问题成为钻井界研究的重要课题之一。

近几年，随着油气钻井向深部的发展，硬地层钻进的难题日益突出，传统的牙轮钻头和PDC钻头已不能很好的满足钻进的需要，当钻遇硬地层时，钻井效率低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高，冲击旋转钻井技术是解决硬岩钻进难题最有效的方法之一。

旋冲钻井技术是石油行业独具特色的、能显著提高钻速的工艺技术方法。传统的冲击钻井是直接将冲击器产生的冲击力作用在钻头上，这样钻头齿在周期性冲击力的作用下极易被损伤，严重影响钻头的使用寿命。本发明运用一种新的冲击旋转破岩理论，将冲击破岩与钻头的旋转破岩相对分开，避免了钻头齿受到周期性的冲击动载荷作用，既满足了冲击破岩的提速效果，又保证了钻头的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供局部往复式液动冲击钻井提速工具，以减小钻井效率低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高等问题，提高钻井效率。

本发明通过以下技术方案实现：局部往复式液动冲击钻井提速工具，主要由内置冲击器、接头、锤杆和钻头组成。其特征在于：所述内置冲击器包括上支撑导流盘、上推力球轴承、叶轮、下推力球轴承、下支撑导流盘、轴向定位圈、机械阀板、缸体、活塞冲锤；上支撑导流盘通过上推力球轴承安装在叶轮上；下支撑导流盘通过下推力球轴承安装在叶轮上；机械阀板通过螺纹连接在叶轮上；上支撑导流盘通过接头内壁的轴向定位台肩进行轴向定位，缸体通过螺纹固定在接头的内壁，下支撑导流盘与缸体之间通过轴向定位圈进行轴向定位；活塞冲锤安装在缸体内；钻头中心开一个安装锤杆的正六边形的通孔；接头与钻头通过摩擦焊焊接为一个整体。

所述的上推力球轴承通过上支撑导流盘和叶轮接触式动密封，下推力球轴承通过下支撑导流盘和叶轮接触式动密封；所述的上支撑导流盘和下支撑导流盘的过流面积应大于钻头水眼的总过流面积；所述的缸体上部开一个阻尼孔；所述的叶轮通过改变叶片的翼型参数改变局部冲击器的冲击频率；所述的锤杆与钻头通过正六边形间隙装配，使得锤杆和钻头一起转动，提高冲击效率；所述的机械阀板和缸体两者的端面均为扇形截面且平面配合，机械阀板与缸体内腔的错开与重合对应活塞冲锤的冲程与回程，缸体上的阻尼孔允许液流通过；所述的活塞冲锤的冲程主要在水击力的作用下完成，活塞冲锤的回程在压力差的作用下完成；所述的钻井液在通过缸体时，大部分钻井液不经过缸体内腔直接从缸体外侧流道流过，避免了在冲击器发生故障的情况下蹩压现象的发生，从而保证在冲击器失效的情况下钻头也能正常钻进。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）采用叶轮作为旋转运动的动力源，通过改变叶轮叶片翼型的参数满足不同钻进地层岩石对冲击频率的要求；（2）支撑导流盘过流面积的设计保证内置冲击器不会改变钻头的水力参数；（3）缸体上部设置阻尼孔，保证冲锤活塞的顺利回程；（4）局部冲击器的设置，既能保证井底被冲击产生微缝隙，使井底岩石发生预损伤，便于钻头的高效破岩，又避免了钻头的齿受到冲击，保证了钻头的使用寿命；（5）整个装置采用机械结构，避免了使用寿命短的弹簧，提高了工具的有效性和安全性。

附图说明

本发明附图说明如下：

图1是本发明局部往复式液动冲击钻井提速工具冲程时的内部结构示意图；

图2是本发明局部往复式液动冲击钻井提速工具冲程时机械阀板与缸体内腔错开时的结构示意图；

图3是本发明局部往复式液动冲击钻井提速工具回程时的内部结构示意图；

图4是本发明局部往复式液动冲击钻井提速工具回程时机械阀板与缸体内腔重合时的结构示意图；

图中：1.上支撑导流盘，2.上推力球轴承，3.叶轮，4.下推力球轴承，5.下支撑导流盘，6.轴向定位圈，7.机械阀板，8.阻尼孔，9.缸体，10.活塞冲锤，11.接头，12.锤杆，13.钻头，14.缸体内腔，15.缸体外侧流道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。