[发明专利]旋转配流式复合冲击器

说明书

本发明提供一种旋转配流式复合冲击器，通过在异型钻头座的上部设置两个第一工作面和两个第二工作面，两个第一工作面为平行于异型钻头座的中轴面的平面，两个第二工作面为弧形面；在往复式冲击元件的下部设置两个第三工作面和两个第四工作面，且两个第三工作面为与两个第一工作面相适配的平面，两个第四工作面为与两个第二工作面相适配的弧形面；在高压钻井液的作用下往复式冲击元件可周期性与异型钻头座接触，将往复式冲击单元单一的轴向冲击转化成异型钻头座轴向与周向的复合运动，从而改变钻头的破岩方式，通过对地层同时施加轴向与周向的冲击载荷，大大提高了钻头的破岩效率。

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，尤其涉及一种旋转配流式复合冲击器。

背景技术

随着石油开采逐渐向深井、超深井方向发展，在石油钻井过程中，除开必要的非钻井时间，纯钻进所花的时间占据了整个作业时间的80％以上，因此，钻头机械钻速的提高有利于钻井时间的减少。机械钻速的提高，不仅可以提高钻井经济效率，减少钻井成本，而且在一些特殊情况下，对特殊地层进行快钻并及时封固，更有利于避免井下事故的发生。为此，在深井、超深井的钻井作业中一般通过在钻头上设置冲击器以提高钻速。

现有技术一般通过扭力冲击器来提高钻头机械的钻速，扭力冲击器整体呈圆柱形，冲击器竖截面由内到外包括换向器、摆锤、阀体和外壳；换向器内设有中心流道，换向器可在高压钻井液的作用下往复式旋转，其周向方向上设有多条供钻井液流过的通道；摆锤套设在换向器的外侧，在其上设计有与换向器中的通道相对应的流道；阀体套设在摆锤的外侧，摆锤可在阀体中作往复的冲击运动，并将冲击载荷传递给阀体，在阀体上设计有流道以与摆锤上的流道联通；外壳体套设在阀体的外侧，在外壳体与阀体之间形成有凹槽型的腔体，钻井液流至该腔体内，在阀体的挤压下可形成相对高压或低压的钻井液。实际工作中，位于同一对角线上的腔体将形成一组压力相等的液压体系，在各层结构流道的连通作用下，换向器会在液力压差作用下旋转，并将中心流道处的钻井液引入到摆锤的作用面上，从而带动摆锤与换向器同方向旋转，由于阀体相对转速较低，因此摆锤的周向旋转受到限制，并与阀体发生碰撞，瞬时产生冲击载荷；在碰撞结束瞬时，换向器在液力压差作用下改变流道连通的方向，致使中心液流流入摆锤腔体的另一侧，从而改变摆锤的旋转方向，并带动换向器逆方向旋转，如此往复形成对钻头的高频周向冲击，提高钻头的转速。

但是，由于该结构内部流道较多，冲蚀问题严重，换向器的寿命问题得不到有效保证，并最终严重影响工具的正常使用。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种旋转配流式复合冲击器，本发明的旋转配流式复合冲击器采用旋转式的高低压配流方案，简化了内部流道的结构，避免严重冲蚀现象；其次，将冲击单元单一的轴向冲击转化成异型钻头座轴向与周向的复合运动，从而改变钻头的破岩方式，通过对地层同时施加轴向与周向的冲击载荷，提高了钻头的破岩效率。

本发明提供一种旋转配流式复合冲击器，包括异型钻头座、外壳体和上接头，所述外壳体的上端套设在所述上接头的下部，所述外壳体的下端套设在所述异型钻头座的上部，所述异型钻头座与所述外壳体转动相连；

所述外壳体内设有往复式冲击元件，在高压钻井液的冲击下所述往复式冲击元件可沿所述外壳体的轴向方向上下运动；所述异型钻头座的上部设有两个第一工作面和两个第二工作面，两个所述第一工作面和两个所述第二工作面均相对于所述异型钻头座的中轴面镜面对称分布，两个所述第一工作面为平行于所述异型钻头座的中轴面的平面，两个所述第二工作面为弧形面，所述弧形面沿所述异型钻头座的轴向延伸，且所述弧形面的一端与所述异型钻头座的端面相连，另一端与相邻的所述第一工作面的下端相连；所述往复式冲击元件的下部设有两个第三工作面和两个第四工作面，两个所述第三工作面为与两个所述第一工作面相适配的平面，两个所述第四工作面为与两个所述第二工作面相适配的弧形面。