[发明专利]一种高效三维冲击钻井提速器

说明书

本发明涉及一种钻井配套工具。一种高效三维冲击钻井提速器，包括位于同一轴线上的钻杆接头和钻头接头，在钻杆接头和钻头接头之间设有撞锤外体和扭冲外体，在撞锤外体内设有撞锤结构，在扭冲外体内设有扭冲结构，撞锤结构位于扭冲结构上方，撞锤结构在撞锤外体内上下运动，扭冲结构在扭冲外体内转动，扭冲结构带动撞锤结构运动。本发明提供了一种高压钻井液的流体能量转换成轴向，扭向，高频，均匀，稳定的冲击能量，使钻头不需要等待积蓄足够的扭矩能量就可以切削地层，提高了机械钻速，延长钻头及下部钻具的寿命的一种高效三维冲击钻井提速器；解决了现有技术中存在的钻头钻进时因扭矩不足而产生的粘滑震动现象的技术问题。

技术领域

本发明涉及一种钻井配套工具，尤其涉及一种高效的三维冲击钻井提速工具。

背景技术

在通常钻井条件下PDC钻头能连续地剪切破碎地层，而用PDC钻头钻坚硬地层时，通常没有足够的扭矩来破碎地层岩石，从而使钻头瞬间停止转动。这时扭矩能量就开始在钻杆中聚集，当钻杆中的扭矩达到一定值时就会忽然释放出来，钻头将会以更高的转速破岩，产生PDC钻头钻进过程中的粘滑振动现象。室内试验和现场实践均表明这种粘滑振动是导致钻头失效及钻进效率低下的重要因素之一，会直接损坏PDC钻头切削齿，降低钻头及下部钻具的使用寿命

目前国外针对钻井粘滑现象而研发的主要有美国，加拿大，国内的西南石油大学，中国石油大学（北京）及中石化胜利油田等相关单位也提出过专利申请，但由这些工具的设计上的缺陷和另件难耐高压冲蚀而损坏，又消耗钻井液压降过大等，所以到目前国内还没有成功推广应用的实例。如中国专利：一种液动锤杆式冲击钻井工具（CN103244052A），其技术方案是：工具由涡轮驱动装置、旋转阀配流机构、冲击装置、端帽、冲锤、外缸、内缸、密封圈、导流盘、壳体和钻头组成，涡轮驱动装置包括定轴、上深沟球轴承、涡轮盘、涡轮叶片、压紧盘、下深沟球轴承和推力轴承，旋转阀配流机构包括上阀板和下阀板，冲击装置包括冲击座、弹簧和锤杆。工作时，涡轮驱动装置带动上阀板转动，输入孔与下阀板的第一过流孔及第二过流孔交普相通，使冲锤于内缸中做往复运动并实现对冲击座的循环冲击，冲击能量传至锤杆用于破岩。

发明内容

本发明提供了一种高压钻井液的流体能量转换成轴向，扭向，高频，均匀，稳定的冲击能量，并额外直接传递和作用在PDC钻头上，使钻头不需要等待积蓄足够的扭矩能量就可以切削地层，提高了机械钻速，延长钻头及下部钻具的寿命的一种高效三维冲击钻井提速器；解决了现有技术中存在的钻头钻进时因扭矩不足而产生的粘滑震动现象的技术问题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种高效三维冲击钻井提速器，包括位于同一轴线上的钻杆接头和钻头接头，在钻杆接头和钻头接头之间设有撞锤外体和扭冲外体，撞锤外体与钻杆接头相接，扭冲外体与钻头接头相接，撞锤外体和扭冲外体构成外壳，在撞锤外体内设有撞锤结构，在扭冲外体内设有扭冲结构，撞锤结构位于扭冲结构上方，撞锤结构在撞锤外体内上下运动，扭冲结构在扭冲外体内左右转动，扭冲结构带动撞锤结构运动。在外壳内的上下分别设置撞锤结构和扭冲结构，由于扭冲外体与撞锤外体是相互连接的，撞锤结构上下运动产生的撞击力直接传递到安装在钻头接头上的PDC钻头上，同时扭冲结构产生的左右旋转运动也带动钻头接头上的PDC钻头旋转，实现机械剪切钻井破岩。而且连接在撞锤外体上的钻杆接头，由于钻柱的驱动，带动钻杆接头旋转，从而带动撞锤外体和扭冲外体旋转，这样钻杆的旋转动力就直接带动安装在钻头接头上的PDC钻头旋转，进一步有效的克服了因扭矩不足产生的粘滑震动现象。

作为优选，所述的撞锤结构包括位于撞锤外体内的撞击锤，撞击锤套接在撞锤套管上，撞锤套管内设有中心喷管，中心喷管、撞锤套管、撞击锤和撞锤外体同轴布置，在撞锤外体与撞锤套管之间形成上下压力腔，撞击锤沿着撞锤套管在上下压力腔内上下运动。撞锤套管为撞击锤提供导向作用，上下压力腔的上方布置有撞锤定位圈，下方利用撞锤外体的底部的环形凸沿形成一个止挡，撞击锤的运动行程由上下压力腔上方的撞锤定位圈和下方的撞锤外体的止挡确定。