[实用新型]一种三维复合冲击短节

说明书

本实用新型公开了一种三维复合冲击短节，包括上接头、压板、壳体、弹簧、上传动轴、冲锤、砧子、卡环、下传动轴、下接头、碟簧、压盖、射流元件、导流块、摆锤、挡圈、堵头、滚珠和锤座；上传动轴回转同时，通过外螺旋启振块与内螺旋启振块啮合，驱动冲锤做轴向往复运动；钻井液在射流元件控制和切换作用下，周期性地经由左液流腔和右液流腔驱动摆锤做周向扭转运动；本实用新型提供的三维复合冲击短节能够同时产生轴向冲击和扭转冲击载荷，有利于提高破岩能量、改善破岩环境。

技术领域

本实用新型涉及油气勘探、地质勘探、地热井开发技术领域，特别涉及一种三维复合冲击短节。

背景技术

随着螺杆钻具和涡轮钻具等井下动力工具的大量普及应用，复合钻井技术已经成为行业内被广泛认同的提速提效的最直接有效手段之一。但是随着井深的不断增加，岩石在地层围压作用下力学参数会明显增大，可钻性和研磨性增强，采用螺杆钻具+PDC钻头或者涡轮钻具+孕镶金刚石钻头的复合钻井工艺的钻井时效不断降低，往往不能满足提速提效的要求。

为了解决深井、高研磨性硬地层机械钻速和钻井时效低的问题，在不增加地面设备能力条件下，通过利用并转化泥浆水力能量来达到增加钻头破岩能量、降低破岩阻力的方式正在被人们所接受。一些企业和学者提出并研发了旋冲工具，旨在通过轴向冲击的方式实现钻头体积破岩以实现跃进式进尺效果，但是也存在一些不足，如：1)与螺杆钻具和涡轮钻具匹配性不好、无法配合使用；2)无法有效保护钻头和底部钻具组合。

而有些企业和学者提出并研发了扭转冲击工具，旨在通过高频往复扭转冲击的方式减小钻头破岩的扭矩波动以实现延长钻头寿命、保护钻具的目的，但是也反映出一些弱点，如：破岩能量较弱，在高研磨性硬地层提高机械钻速的效果有限。

因此，迫切需要研发一种能够与螺杆钻具和涡轮钻具配合使用的新型三维复合冲击工具，以满足深井、超深井钻井施工的提速提效、缩短钻井周期的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种三维复合冲击短节，能够与螺杆钻具或涡轮钻具动力端配合使用，将其输出扭矩和转速传递给钻头，并且自身能够同时产生轴向冲击和周向扭转往复冲击载荷，从而使钻头实现多载荷作用下的立体式破岩效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种三维复合冲击短节包括轴向冲击总成和扭转冲击总成两部分，其中所述轴向冲击总成的输出端与所述扭转冲击总成的输入端配合。

优选的，所述轴向冲击总成包括作为输出端的下传动轴，所述扭转冲击总成装配在所述下传动轴内。

优选的，所述轴向冲击总成包括壳体及安装在其内的上传动轴、轴向冲击机构和所述下传动轴；

所述上传动轴的外壁设置有外凸块；

所述轴向冲击机构包括冲锤和弹性装置；所述冲锤套设于所述上传动轴，所述冲锤的内壁具有内凸块，所述外凸块能够在所述上传动轴钻进回转时接触所述内凸块并推升所述冲锤；所述冲锤能够向下运动冲击所述下传动轴；所述弹性装置能够为所述冲锤提供朝下的预紧力；

所述壳体具有限制所述冲锤运动为沿轴向的导向结构。

优选的，所述外凸块具有上螺旋面，所述内凸块具有用于同所述上螺旋面接触推升配合的下螺旋面。

优选的，所述轴向冲击总成还包括卡环和下接头；

所述下接头固定连接于所述壳体，所述卡环套在所述下传动轴外侧，所述卡环的下端面能够挂靠于所述下接头的上端面。

优选的，所述外凸块在所述上传动轴的外壁上沿周向不连续，所述冲锤的内凸块能够沿轴向运动至所述外凸块的上方和下方。

优选的，所述扭转冲击总成包括安装在所述下传动轴内的射流元件、摆锤和锤座；