[发明专利]机械式复合冲击钻井提速工具

说明书

本发明为一种机械式复合冲击钻井提速工具，包括内部中空的工具壳体，所述工具壳体的底部固定连接有钻头座，所述工具壳体内设置有能在流体冲击下旋转的驱动轴，所述驱动轴的下部套设有周向固定且能沿轴向往复移动的冲击锤，所述冲击锤的下方设置有能向所述钻头座传递轴向冲击载荷和扭转冲击载荷的冲击装置。该机械式复合冲击钻井提速工具将轴向冲击和扭转冲击相结合，复合冲击有效地提高破岩效率和钻头寿命。

技术领域

本发明涉及石油开发领域中井下钻井工具，尤其涉及一种机械式复合冲击钻井提速工具。

背景技术

随着现有钻井技术的发展，钻遇硬质地层的情况越来越多。而目前硬质地层的钻进过程中，容易出现机械钻速低、钻头使用寿命较短。这些问题极大的增加了非钻进时间，增加了硬质地层的钻井成本。

目前出现该类问题的主要原因是深井地层的岩石硬度较高，采用常规的旋转切削破岩的方式时，钻压传递到钻头处的压力为静压力，钻头切削深度有限，使得钻头破岩效率降低。深部硬质地层中，岩石的压实程度较高，即岩石的硬度较高，采用普通的旋转破岩方式时存在两个问题，首先是钻头切削齿吃入岩石的深度较小，使得钻头转动一圈切削的岩石体积较小；其次是岩石的抗剪切能力较强，钻头需要较大的驱动扭矩才能剪切切削齿前端的岩石。

为了提高硬质地层的机械钻速，降低钻井成本，国内外一些学者根据硬质地层的特性，研制了一些相关的冲击钻井工具。

从现场应用情况得出，冲击破岩是一种可以提高机械钻速的方法。根据冲击方式可以将各类冲击钻井工具分为旋冲钻具和扭力冲击器，其中，旋冲钻具是通过给钻头提供轴向的冲击载荷，实现对钻头切削齿下端岩石的体积破碎，增加岩石的破碎效率；扭力冲击器是通过给钻头切削齿前端的岩石提供扭转方向的冲击载荷，实现对该部分岩石的冲击破碎，起到辅助破岩的作用。这两类工具在钻井现场均取得了一定的使用效果，但是均存在着一定的不足，例如目前大部分的旋冲钻具主要是通过较大的轴向冲击破岩，这种较大的冲击载荷对钻头的使用寿命提出了较高的挑战，一般不能配合目前市场上主流的PDC钻头使用。目前的扭力冲击器主要是通过对切削齿前端的岩石进行往复的冲击，这种往复的扭转冲击中的正向扭转冲击会对岩石产生破坏，有利于破岩，而反向扭转冲击会减小切削扭矩，不利于破岩，使得其不能获得预期的提速效果。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种机械式复合冲击钻井提速工具，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械式复合冲击钻井提速工具，克服现有技术中存在的钻头使用寿命短、破岩效率低等问题，该机械式复合冲击钻井提速工具将轴向冲击和扭转冲击相结合，复合冲击有效地提高破岩效率和钻头寿命。

本发明的目的是这样实现的，一种机械式复合冲击钻井提速工具，包括内部中空的工具壳体，所述工具壳体的底部固定连接有钻头座，所述工具壳体内设置有能在流体冲击下旋转的驱动轴，所述驱动轴的下部套设有周向固定且能沿轴向往复移动的冲击锤，所述冲击锤的下方设置有能向所述钻头座传递轴向冲击载荷和扭转冲击载荷的冲击装置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述冲击装置包括能相互扣合的上凸轮和下凸轮，所述上凸轮能沿轴向移动，所述上凸轮的顶部端面呈平面设置，所述上凸轮的底部向下延伸设置有第一扣合结构，所述第一扣合结构包括多个交错设置的第一凸齿和第一凹槽，各所述第一凸齿的一侧为呈周向倾斜设置第一斜面，各所述第一斜面的倾斜角度呈相同设置，各所述第一凸齿的另一侧为沿轴向设置的第一卡止平面；所述下凸轮的底部端面呈平面设置，所述下凸轮的顶部向上延伸设置有第二扣合结构，所述第二扣合结构包括多个交错设置的第二凸齿和第二凹槽，各所述第二凸齿的一侧为呈周向倾斜设置第二斜面，各所述第二斜面与各所述第一斜面倾斜角度呈相同设置，各所述第二凸齿能匹配卡止于相应的所述第一凹槽内，各所述第一凸齿能匹配卡止于相应的所述第二凹槽内，所述下凸轮的底部端面轴向顶抵于所述钻头座的顶面上。