[发明专利]一种井下辅助钻井工具

说明书

本发明提供了一种井下辅助钻井工具，包括：冲击能量发生器，其能够将钻井液的能量转化进而产生轴向的冲击能量。冲击能量分配器，其能够对所述冲击能量发生器产生的轴向冲击能量进行重新分配，从而形成轴向冲击能量和周向冲击能量。这给钻头提供了一种高频变化的复合方向的冲击力，同时，该井下辅助钻井工具能够增加钻头的轴向冲击力而增强复合冲击力，大大提高了钻具的破岩效率和机械钻速。所述井下辅助钻井工具还包括设置在冲击能量发生器和冲击能量分配器之间的减震器，其能够降低钻井工具的轴向震动，减少钻头的冲击，有效提高了钻头的使用减震器寿命。

技术领域

本发明涉及石油工业机械技术和钻井工艺技术领域，具体地涉及一种井下辅助钻井工具。

背景技术

随着石油钻井技术的不断发展，为了满足钻井工程中的需求出现了许多不同功能的钻井工具。随着科技的飞速发展，现有技术中的钻井工具的性能得到了很大的提高。

然而，在一些特殊工况下，仍然存在一些问题。例如，在软硬交错地层或硬地层中施工时，由于这种地层的岩性变化大或强度大，地层软硬交错，在钻井过程中易诱发井下钻具振动，从而导致钻头长时间处于动态不稳定的工作状态。钻头工作状态的不稳定会造成井下钻柱处于轴向振动、横向振动和周向振动的耦合状态，这三种井下振动形式分别主要表现为跳钻、涡动和粘滑。钻头振动不仅会降低钻头的破岩效率，还会造成钻头牙齿或切削齿的先期损坏、钻具疲劳破坏，进而导致机械钻速慢、钻头进尺少、钻头寿命短、钻具先期失效和井下落物等一系列影响钻井周期和钻井费用的问题。

此外，在现有技术中，钻具钻头的稳定性和攻击性在一定程度上是难以兼顾的。因此，为了提高钻头的稳定性，经常采用增加钻头刀翼数量、减小切削齿尺寸、增加布齿密度等降低钻头攻击性的措施。然而，这在提高PDC钻头使用寿命的同时却降低了钻头的机械钻速。为此，很多辅助破岩工具应运而生，也起到了一定的应用效果。然而，这些工具均以降低和抑制某一种单一形式的井下振动为主。由于振动之间是相互耦合的，一旦钻头发生多种振动，现有的钻具组合与提速工具还是难以保证机械钻速能够得到有效的提高。

因此，基于现有技术，亟需一种井下辅助钻井工具，用于提高钻具的破岩效率。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种井下辅助钻井工具，该井下辅助钻井工具能够减小井下轴向振动对钻头的冲击而防止钻头损坏，并且能够减少卡滑和“失速”现象的发生，避免钻头损坏和钻具失效，从而提高了钻头寿命。同时，该井下辅助钻井工具能够增大钻头的轴向冲击力，大大提高了钻具的钻进效率，并且能够给钻头提供一种高频变化的复合方向的冲击力。此外，该井下辅助钻井工具还能够在钻进过程中自动存储、释放超过限定值的扭矩，从而有效地增加了钻头破岩能力，提高了破岩效率，解决了钻头在硬地层、夹层的憋跳钻、粘滑、“失速”、机械钻速慢等问题。

根据本发明，提供了一种井下辅助钻井工具，包括：冲击能量发生器，其包括：圆柱形的外套，同心布置在所述外套内的中空的传动轴，布置在所述传动轴上的阀盘机构，其中，所述阀盘机构包括定阀盘和动阀盘，所述动阀盘设置成能由所述传动轴驱动旋转，从而使所述阀盘机构的过流面积呈周期性变化，和形成于所述外套和传动轴之间的钻井液分流机构，其包括密封式安装在所述外套内壁上的活塞头、安装在所述活塞头的内部的分流件、设置在所述外套内的传力套筒，以及设置在所述活塞头的下游并处于所述传力套筒内的至少一个涡轮节，其中，所述分流件构造成允许一部分钻井液直接流入所述传动轴的内部通道而另一部分钻井液经所述涡轮节流入所述内部通道，所述传力套筒的两端分别与所述活塞头和定阀盘固定连接，所述涡轮节构造成能够在钻井液的作用下带动所述传动轴旋转；以及设置在所述冲击能量发生器下游的冲击能量分配器，其包括：中空的芯轴，其一端与所述定阀盘连接，另一端与下部钻具相连，和压扭外壳，其与所述外套的下游端连接，并与所述芯轴形成螺旋配合，从而将所述芯轴承受的轴向冲击力转化为复合冲击力。

在一个优选的实施例中，在所述外套的上游端通过中接头固定连接有缸筒，在所述缸筒内安装有活塞，所述活塞与所述活塞头固定连接。