[发明专利]一种三维震动钻井破岩装置

说明书

本发明公开了一种三维震动钻井破岩装置，包括位于同一轴线上的下接头和上接头；所述下接头和上接头间设有横向冲击发生组件和纵向冲击发生组件；所述横向冲击发生组件包括下体、设置在下体内的旋转体以及设于旋转体内的转向体；所述纵向冲击发生组件包括上体及设置在上体内的纵向冲击部和传动部；所述转向体驱动传动部带动纵向冲击部作轴向往复运动；所述旋转体在转向体的驱动下在下体内作周向往复运动。采用高低压分流，设置有分流器，能够使转向体、旋转体保持高压启动，重锤采用低压泄流，可增强其纵向冲击力，进一步提高钻头破岩能力，提高在中、硬地层的钻井速度及钻井效率，同时能够解决PDC钻头的粘、滑、卡钻问题，减缓井下钻具的扭震。

技术领域

本发明涉及钻井工程技术领域，尤其涉及一种三维震动钻井破岩装置。

背景技术

在通常钻井条件下PDC钻头能连续地剪切破碎地层，而用PDC钻头钻坚硬地层时，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。这时扭矩能量就开始在钻杆中聚集，当钻杆中的扭矩达到一定值时就会忽然释放出来，钻头将会以更高的转速破岩，产生PDC钻头钻进过程中的粘滑振动现象。室内试验和现场实践均表明这种粘滑振动是导致钻头失效及钻进效率低下的重要因素之一，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。另外，对于较硬地层或研磨性地层等复杂地层，钻头的吃入深度不够，无法满足对钻井深度的要求，机械钻速有待提高。

目前，钻井作业中使用的各类旋冲或冲旋工具只能产生轴向冲击力，不但不会解决钻头粘一滑、卡钻现象，加剧的不稳定钻进反而会缩短钻头寿命。另外，还存在着产生的冲击力不强，对于在中、硬地层的钻井速度及钻井效率有待提高。如中国实用新型的钻井冲击装置(申请号：CN201510200366.8)，可实现对钻头既产生一定频率的横向扭转冲击力又产生一定频率的轴向冲击力，带来一种三维动作冲击的功效，但其冲击力还可得到进一步改善与提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种三维震动钻井破岩装置，包括位于同一轴线上的下接头1和上接头19；所述下接头1和上接头19间设有横向冲击发生组件和纵向冲击发生组件；所述横向冲击发生组件包括下体2、设置在下体2内的旋转体5以及设于旋转体5内的转向体6；所述纵向冲击发生组件包括上体18及设置在上体18内的纵向冲击部和传动部；所述转向体6驱动传动部带动纵向冲击部作轴向往复运动；所述旋转体5在转向体6的驱动下在下体2内作周向往复运动；所述传动部包括中间管12和中心管11；所述中间管12设置在上体18内，所述纵向冲击部设置在中间管12和上体18的内壁之间；所述中心管11设置在中间管12内并与转向体6连接且同步转动；所述纵向冲击部包括套设在中间管12上的重锤13，所述重锤13可沿中间管12的轴向移动；所述转向体6靠近上接头19一端设有分流器8，能够使得转向体6、旋转体5保持高压启动，重锤13采用低压泄流，可增强其纵向冲击力。

作为一种优选的技术方案，所述下体2与下接头1相接，上体18与上接头19相接，上体18和下体2构成外壳。

作为一种优选的技术方案，所述旋转体5置于上压盖7与下压盖4之间，通过上压盖7与下压盖4限位旋转体5的轴向位移。

作为一种优选的技术方案，所述转向体6靠近下接头1的一端设有下节流器3，另一端伸出上压盖7；所述旋转体5与上压盖7、下压盖4之间的配合面处以及转向体6与上压盖7、下压盖4的配合面处均设置有多颗滚珠29，以便于旋转体5与转向体6转动时在上压盖7、下压盖4产生滚动摩擦力。

作为一种优选的技术方案，所述纵向冲击部的沿轴向的两端形成有第一驱动腔20和第二驱动腔21，所述转向体6的内部设置有第一高压液体通道22，所述传动部内部设置有与第一高压液体通道22连通的第二高压液体通道23及低压液体通道24，所述第一驱动腔20和第二驱动腔21中的一个与低压液体通道24连通时，所述第一驱动腔20和所述第二驱动腔21中的另一个与第二高压液体通道23连通。