[发明专利]一种井下位移式冲击方法及冲击钻具

说明书

本发明公开了一种井下位移式冲击方法及冲击钻具，涉及钻井工具领域，包括均由环空结构组成且从上到下依次连接的过流套、第一主轴、承冲座和第二主轴，所述承冲座上从上到下依次连接有振动套、启振座和冲击头，所述振动套与所述冲击头通过连接套连接固定；所述启振座通过花键连接的方式实现与所述承冲座的同步转动，所述启振座在旋转过程中产生轴向上下周期性的位移；该钻井工具是利用旋转能量和冲击能量两种方式进行破岩，能够实现水平井及大位移井的井底加压，产生高频率周期性的冲击力与静压旋转联合作用破碎岩石。

技术领域

本发明涉及钻井工具领域，具体为一种用于深井硬地层钻探的井下位移式冲击钻具及冲击方法。

背景技术

目前，钻井方式的多为旋转方式进行破岩钻进，即在工作时，仅仅利用钻头产生的剪切力实现钻取工作。这样旋转钻井方式完成对岩石的破碎，但是针对硬质地层时，如果产生的扭矩达不到破碎岩石的程度，从而使钻头瞬间停止转动，但若是扭矩集中达到了破碎岩石的程度就会被突然释放，在钻头齿上会产生比平常大得多的冲击载荷，以至最终导致钻头失效的情况出现。

另一方面，仅仅采用的旋转钻井方式，容易在钻头上容易形成偏斜力矩，这样在进行钻进过程中造成井斜情况发生，尤其是针对硬岩以及复杂地层钻井时。

以上情况不仅对钻具造成较大的伤害，在成本投入方面也造成巨大影响；因此，对于钻具的改进，尤其是钻取方式的改进，已经成为目前设计师攻克的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新的冲击钻具，即利用该钻井工具与井下动力马达和钻头联合工作，将为钻头提供旋转及位移冲击两种破岩能量；以适用于硬岩地层的快速钻进、高陡构造等复杂地层钻井中的防斜，并实现水平井及大位移井的井底钻头加压，提高钻井速度和降低钻井成本的目的。

本发明提出的具体方案如下：

井下位移式冲击钻具，包括均由环空结构组成且从上到下依次连接的过流套、第一主轴、承冲座和第二主轴，所述承冲座上从上到下依次连接有振动套、启振座和冲击头，所述振动套与所述冲击头通过连接套连接固定；所述启振座通过花键连接的方式实现与所述承冲座的同步转动，所述启振座在旋转过程中产生轴向上下周期性的位移。

进一步的，所述第一主轴与所述承冲座之间设置有中间接头，所述中间接头通过螺纹连接的方式使得所述第一主轴与所述承冲座同步连接。

进一步的，所述中间接头与所述承冲座连接的端面与设置在所述承冲座上的振动套形成有间隔空间，所述间隔空间内安装有弹簧。

进一步的，所述振动套与所述冲击头的外壁分别安装有钢球，所述钢球用于支撑所述振动套与所述冲击头，所述钢球外围还设有第二外壳，所述第二外壳的一端与所述中间接头螺纹连接。

进一步的，所述承冲座与所述第二主轴的连接处上还依次套有PDC轴承动环、PDC轴承静环、下TC动环、下TC静环和下接头，所述PDC轴承静环禁止保持，所述PDC轴承动环和所述第二主轴一起旋转。

进一步的，所述第一主轴外侧从上到下安装有用于支撑所述第一主轴的TC径向轴承和滚动球轴承，所述TC径向轴承和滚动球轴承通过主轴锁紧螺母实现锁紧连接。

进一步的，所述滚动球轴承由内圈、外座圈和钢球组成，轴承内外圈上有圆弧滚道。

进一步的，所述TC径向轴承和滚动球轴的外围还设有第一外壳，所述第一外壳与所述中间接头通过螺纹连接；所述第一外壳、中间接头和第二外壳进行调质处理，硬度HB＝250-290，然后进行发黑处理。

进一步的，所述启振座为上启振体和下启振体组成的位移轴承，所述启振座的上启振体和下启振体的钢球槽节圆展开线具有正弦或余弦谐波槽形、锯齿槽形、矩形槽形、三角形槽型这四种结构。