[发明专利]一种大功率钻井轴向冲击提速工具

说明书

一种大功率钻井轴向冲击提速工具，轴冲总成由外至内依次套设有冲击锤、滑套管和中心管，轴冲花键连接体总成包括揰块和花键下接头，冲击锤中部留有用于推动滑套管上下运动的上、下启动腔，上接头和撞块之间留有用于推动冲击锤上下窜动撞击撞块的上、下高压腔，冲击锤下方设有撞块，撞块与花键下接头固定相连，花键下接头上安装有钻头，中心管上端与上接头固定连接，下端与钻头相通。将高压钻井液的流体能量转换成轴向冲击能量，以高频、均匀、稳定的冲击能量直接作用在钻头上，能直接在钻头旋转钻井的同时施加额外的轴向冲击功，可大幅提高机械钻速和对坚硬地层的碎石破岩能力，缩短了钻井周期使钻井作业的经济效益大幅提升。

技术领域

本发明涉及钻井行业钻井配套设备技术领域，尤其是一种大功率钻井轴向冲击提速工具。

背景技术

随着油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井、斜井、水平井等，越来越多钻遇“三高地层”(岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高)的可能性越来越大，这严重影响了深部地层的机械钻速和勘探开发成本。

在通常钻井条件下PDC钻头能连续剪切钻进地层，而用PDC钻头钻岩石和坚硬地层时，通常没有足够的扭矩来破碎地层岩石，从而使钻头瞬间停止转动，此时扭矩能量就开始在钻杆中聚集，当钻杆的扭矩达到一定值时就会忽然释放出来，钻头就会以更高转速破岩产生PDC钻头钻井过程中粘、卡、滑现象。室内试验和现场实践均表明这种粘、卡、滑振动是导致钻头失效及钻井效率低下的重要因素，会直接损坏PDC钻头切削齿，降低钻头及下部钻具的使用寿命。

目前针对钻井粘、卡、滑现象而研发的工具主要有美国、加拿大的公司，但由于这些工具设计上的缺陷和零件难耐高压冲蚀而损坏，其主要缺陷还在国内、外同类产品在工作中只产生单一的扭向冲击，且都是扭向冲击在外壳体上再传递到钻头,这样扭向冲击扭矩都大量消耗在钻杆和外壳体上，能达到钻头的扭矩就非常有限。本发明可使钻头在钻杆驱动下旋转钻井的同时，钻头在工作时还产生额外的轴向上下窜动的冲击功，这就更符合钻井破岩机理，就像普通冲击钻钻削坚硬岩石、混凝土一样，更易碎石破岩和钻进坚硬底层，从而达到缩短钻井周期，提高钻井效率的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出一种高压钻井液流体能量转换成轴向、高频、均匀、稳定的上、下窜动的冲击能量，并直接作用在PDC钻头上，使钻头不需要等待积蓄足够的扭矩能量可以切削地层，避免钻头钻井时因扭矩不足而产生的粘、卡、滑现象，提高了机械钻速，延长钻头及下部钻具的寿命，且在斜度井和水平井中使用效果更加明显的功率钻井轴向冲击提速工具。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种大功率钻井轴向冲击提速工具，包括上接头、轴冲外筒、轴冲总成和轴冲花键连接体总成，上接头、轴冲外筒和轴冲花键连接体总成依次相连，轴冲外筒内套设轴冲总成，轴冲总成由外至内依次套设有冲击锤、滑套管和中心管，轴冲花键连接体总成包括揰块和花键下接头，冲击锤中部留有用于推动滑套管上下运动的上、下启动腔，上接头和撞块之间留有用于推动冲击锤上下窜动撞击撞块的上、下高压腔，冲击锤下方设有撞块，撞块与花键下接头固定相连，花键下接头上安装有钻头，中心管上端与上接头固定连接，下端与钻头相通；

中心管内设相互分离的出液槽和排水槽，出液槽开有第一上、下进水口和启动液出水口，启动液出水口位于第一上、下进水口之间，出液槽下方内设用于变径增压的截流喷嘴，出液槽下端通过出水流道与钻头连通，排水槽分段设置包括上排水槽、中排水槽和下排水槽，上排水槽与中排水槽之间设有相连通的上排水腔，中排水槽与下排水槽之间设有相连通的下排水腔；

滑套管上开有第二上、下进水口、上、下启动液槽、上、下启动液流道和上、下排水口，启动液出水口通过上、下启动液槽分别与上、下启动液流道连通，且上、下启动液槽分别与上、下排水腔移动连通，上、下启动液流道与上、下启动腔相通，第一上、下进水口分别与第二上、下进水口移动连通，上、下排水口分别与上、下排水腔移动连通；