[发明专利]一种钻井提速工具

说明书

本发明提出了一种钻井提速工具，包括：圆筒状的外壳；用于连接钻头的下座体；同心布置在所述外壳内的支撑套，所述支撑套包括供钻井液从中流过的中心通道，在所述支撑套内设有喷嘴，从而将钻井液分成高压钻井液和低压钻井液；扭转冲击机构，其包括依次顺序套设在所述支撑套上的换向锤、扭转冲击锤以及与所述下座体固定连接的上座体；其中，在所述扭转冲击锤与所述上座体之间形成有呈轴对称分布的第一周向液腔和第二周向液腔，所述扭转冲击机构构造成能够使所述第一周向液腔和所述第二周向液腔交替地连通高压钻井液和低压钻井液，以使得所述扭转冲击锤在高压钻井液和低压钻井液之间的压差作用下来回转动，从而产生往复扭转冲击。

技术领域

本发明属于能源勘探开发技术领域，具体地涉及一种钻井提速工具。

背景技术

近年来，随着能源勘探技术的不断发展，为了满足钻井工程中的不同需求出现了许多不同功能的钻井工具，并且现有技术中的钻井工具的性能也得到了很大的提高。

然而，在一些特殊工况下，现有的钻井提速工具仍然存在一些问题。例如，在中硬以上地层或高研磨性地层中施工时，PDC钻头在钻井过程中存在严重的“粘滑”现象。钻头的“粘滑”现象会导致钻柱扭转振荡，导致钻进过程不稳定，且钻头的吃入深度不够。特别地，当钻遇软硬交替及非均质性地层时钻头会发生剧烈的不规则振动，从而造成复合切削片崩齿，导致钻头失效，减少了钻头的使用寿命，对于钻头和钻具造成巨大的损害，极易诱发井下事故。此外，钻头的不规则振动还会导致机械钻速慢，进而降低钻头的破岩效率。

目前，现有技术中的PDC钻头通常结合扭力冲击器、射流冲击器等单一冲击功能的钻井提速工具，在非均质性深部地层中，这些钻井提速工具无法充分发挥出提速效果，其破岩钻进效率低，且地层适应性差。

因此，亟需一种能够将单一冲击功能集成于一体而形成复合冲击以改善钻头冲击方式的钻井提速工具。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种钻井提速工具，该钻井提速工具能够同时对钻头施加周向往复的破岩扭矩冲击和轴向往复的钻压冲击，从而大大提高钻具的破岩效率。同时，该钻井提速工具能够有效抑制钻头的不稳定的轴向跳动和周向粘滑振动，从而保护钻头和钻具，能够有效延长钻头和钻具的使用寿命。此外，该钻井提速工具采用纯机械结构，其性能稳定可靠，且没有橡胶件和电子件，使其具有很强的耐高温高压能力，能够有效增强钻进提速工具的适用性，提高破岩效率，延长了钻井提速工具的使用寿命。

为此，本发明提出了一种钻井提速工具，包括：圆筒状的外壳；连接在所述外壳的下游端且用于连接钻头的下座体；同心布置在所述外壳内的支撑套，所述支撑套包括供钻井液从中流过的中心通道，在所述支撑套内设有喷嘴，从而将钻井液分成高压钻井液和低压钻井液；扭转冲击机构，其包括依次顺序套设在所述支撑套上的换向锤、扭转冲击锤以及与所述下座体固定连接的上座体，所述换向锤和所述扭转冲击锤能够相对转动，其中，在所述扭转冲击锤与所述上座体之间形成有呈轴对称分布的第一周向液腔和第二周向液腔，所述扭转冲击机构构造成能够使所述第一周向液腔和所述第二周向液腔交替地连通高压钻井液和低压钻井液，以使得所述扭转冲击锤在高压钻井液和低压钻井液之间的压差作用下来回转动，从而产生往复扭转冲击。

在一个优选的实施例中，所述换向锤的外表面径向相对地设有沿轴向延伸的通槽，所述扭转冲击锤的内表面设有径向向内延伸的限位筋，所述限位筋能够在相应的通槽内沿周向运动，以限定所述换向锤与所述扭转冲击锤的相对转动角度，并且通过与所述通槽的侧壁的接合而带动所述换向锤转动。

在一个优选的实施例中，在所述换向锤的外表面且处于所述通槽的周向两侧设有轴向延伸的第一低压过流通道，且所述换向锤还设有在周向上彼此间隔开且贯穿换向锤侧壁的第一高压过流通道，所述第一低压过流通道通过所述下座体中的流道与低压钻井液连通。