[发明专利]一种石油钻井用涡轮高频冲击钻具

说明书

本发明涉及石油钻井技术领域，具体为一种石油钻井用涡轮高频冲击钻具，包括上钻铤，上钻铤的内部设有沿上钻铤长度方向分布的偏心主轴，偏心主轴的顶部转动连接有导流扶正帽，偏心主轴的中段外部固定套设有多级涡轮，偏心主轴的外周壁均匀开设有多块配重腔。本发明在泥浆冲击下使得多级涡轮产生旋转，进而使偏心主轴产生圆周偏心冲击力，该冲击力通过第一轴承和第二轴承间接传递给上钻铤和下钻铤，下钻铤再将冲击力传递给钻头，使其产生高频径向冲击力，有助于提升钻井的破岩效率。

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，具体为一种石油钻井用涡轮高频冲击钻具。

背景技术

现如今，随着油田不断开发，钻井难度、钻井深度也在不断增加，尤其是，当遇到一些硬地层时，钻头容易出现粘滑振动现象，极易造成钻头切削齿损伤并随之失效，直接影响钻井速度。通过不断的实验研究发现钻头在钻进过程中由于地层原因扭矩无法平稳输出，由此产生粘滑问题。因此解决钻头在钻进过程中的扭矩传递问题成为提速的关键。经过多年的研究和应用证明，提高钻头破岩效率、提高钻井速度最有效的办法是给钻头配加各种冲击器，而且冲击频率越高，冲击力越大对破岩效果越好。

目前，根据国内外公开的资料显示，阀式扭力冲击器是一种高频振动冲击工具，位于钻头上部， 随钻具一起入井。在钻进过程中，当高能钻井液流经该工具时，工具内部独特的流道结构将钻井液的流体能量转换成高频的(750～1500次/分)、周期性的机械冲击力(约2kN)，并直接传递给钻头。这就使钻头不需要等待积蓄足够的破岩能量就可以直接切削地层。该工具能够解决钻井地质条件复杂，地层软硬交错，PDC钻头失效快，寿命短，机械钻速低等问题，可以实现消除钻头难钻地层粘滑问题，稳定钻进过程，提高钻头破岩的破岩能量传递效率与机械钻速，延长钻头的使用寿命，降低钻井成本，缩短钻井周期。但是，现有的扭力冲击器普遍采用换向阀式结构，引导钻井液在冲击锤两侧高低压转换，来实现冲击锤对钻具的反复冲击，从而传递到钻头，形成对地层的冲击。目前的这种换向阀式扭力冲击器，因需要换向阀和冲击锤之间高频反复高低压转换，结合这种结构的局限性，造成了换向阀和冲击锤及其配合换向机构冲蚀磨损严重，极大地制约着扭力冲击器的使用寿命， 通常远低于配合钻头的使用寿命，造成工具原因提前起钻，从使用影响提速提效效果。叶轮式扭力冲击器是一种利用流道设计降低高低压频繁转换对扭力冲击器内部结构的冲蚀，能够提高扭力冲击器使用寿命的钻井用叶轮驱扭力冲击器。但是以上两种扭力冲击器均为利用泥浆高低压差来促使冲击锤动作的工具，因此冲击锤在液体中有着液阻，而且在冲击和启动过程中有着能量损耗，其实际产生的冲击频率最高为1500-2000次/ min，冲击力为1500-2500N。因此若我们能设计一种超高频（3000次/min以上），超高冲击力（4000N以上），不含高低压腔，冲击锤运动液阻超小的石油钻井用涡轮高频冲击器具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石油钻井用涡轮高频冲击钻具，用于带动钻头高频振动，避免压差卡钻现象，提高钻井的破岩效率。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种石油钻井用涡轮高频冲击钻具，包括上钻铤，所述上钻铤的内部设有沿上钻铤长度方向分布的偏心主轴，所述偏心主轴的顶部转动连接有导流扶正帽，偏心主轴的中段外部固定套设有多级涡轮，偏心主轴的外周壁均匀开设有多块配重腔，所述上钻铤的底端固定插入有下钻铤，所述下钻铤呈三段式结构，其上下两段均呈圆柱状，其中段呈圆台状，且下钻铤顶部与偏心主轴的底部转动配合，下钻铤的上段直径小于上钻铤的内径，下钻铤的上段底部均匀开设有用于排出泥浆的排料孔。

优选的，所述偏心主轴的顶部外侧固定套设有第一轴承，所述第一轴承的外圈与导流扶正帽的内周壁固定连接。

优选的，所述偏心主轴的顶部外侧固定套设有第一密封部，所述第一密封部的外圈与导流扶正帽的内周壁紧密贴合。

优选的，所述偏心主轴的底部外侧固定套设有第二轴承，所述第二轴承的外圈与下钻铤的上段内周壁固定连接。