CN100422502C - 冲击钻头、钻井系统及钻井方法 - Google Patents

Abstract

供钻入地下地层之用的冲击钻头，冲击钻头有中央纵轴线并可以用相对于地层反复施加轴向冲击和绕轴线旋转的办法工作，所述钻头包括：一把或多把轴向刀，主要用于相应轴向冲击轴向切割地下地层；一把或多把旋转切割刀，主要用于相应旋转运动切割地下地层；因此，在所述一把或多把旋转切割刀中有第一旋转切割刀，相对于至少所述第一旋转切割刀安装一把或多把轴向刀做到在冲击时所述一把或多把轴向刀比至少所述第一旋转切割刀更早些与地下地层接触。

Description

冲击钻头、钻井系统及钻井方法

技术领域

本发明涉及钻地下地层的冲击钻头，所述钻头有中央纵轴线并可以通过沿轴线对地下地层反复施加有轴向分力的轴向冲击和绕轴线的旋转运动而工作。

本发明还涉及在地层内钻井眼的钻机系统，它包括安装了所述钻头的钻柱，还涉及用于向地下地层钻井眼的方法。

本发明也涉及用于向地下地层钻井眼的方法。

背景技术

冲击旋转剪切钻头已有所闻，它披露于美国专利6,253,864号。所述美国专利的图9示出了具有最佳化用于冲入地层的圆拱形轴向刀和最佳化用于旋转切入的旋转剪切刀的冲击钻头。

在钻井作业中，这种现有的冲击旋转剪切钻头绕其纵轴线旋转，随着旋转切割岩层。同时用锤冲击钻头，因而提供了附加的冲击钻力。

可以看出这种现有的冲击旋转剪切钻头的缺点是尽管有轴向刀可是旋转切割刀仍然遭受可能缩短其寿命从而缩短钻头寿命的冲击。

发明内容

根据本发明提供了一种用于钻入地下地层的冲击钻头，它有中央纵轴线并可以用相对于地层反复施加轴向冲击和绕轴线旋转的办法工作，所述钻头包括：

-一把或多把轴向刀，主要用于相应轴向冲击轴向切割地下地层；

-一把或多把旋转切割刀，主要用于相应旋转运动切割地下地层；

-因此，在所述一把或多把旋转切割刀中有第一旋转切割刀，相对于至少所述第一旋转切割刀安装一把或多把轴向刀做到在冲击时所述一把或多把轴向刀比至少所述第一旋转切割刀更早些与地下地层接触和/或进入地层更深些。

根据本发明的钻头除了旋转切割刀之外还有轴向刀。所述轴向刀的主要功能是适合承受钻头与地层之间的冲击，而所述旋转切割刀的主要功能则是适合从井眼底刮削出切屑。

因为根据本发明轴向刀安装得在冲击时在至少所述第一把旋转切割刀之前与地层接触，所以伴随冲击运动而来的轴向冲击的最强部分为轴向刀所承受。因此至少所述第一旋转切割刀的冲击负荷减少，结果其工作寿命延长。这样，轴向刀有效保护了所述旋转切割刀。

或者，轴向刀也可以安装得在冲击时比至少所述第一旋转切割刀的吃进量更大些。

因为根据现有技术的钻头的工作寿命受旋转切割刀工作寿命的限制，所以延长旋转切割刀的工作寿命就会延长钻头的工作寿命。

同时保持了旋转切割刀的效能，因为旋转切割刀还安装得在冲击的末期与地层接触。因此，旋转切割刀相应于旋转运动而发挥效能从井眼底刮削出切屑。

本发明的另一优点是轴向刀能最佳地进行轴向切割而旋转切割刀则可以只最佳化地进行旋转切割而不必考虑轴向切割能力。

相对于至少所述第一旋转切割刀安装轴向刀做到能在冲击运动时比所述第一旋转切割刀早些与地下地层接触的有利方法是相对于至少所述第一旋转切割刀安装轴向刀做到在每次冲击运动时轴向刀进入地层的深度比所述第一旋转切割刀深一些。这样，轴向刀预先有效地击碎岩石并同时降低钻头冲击运动的速度。

轴向刀进入地层的深度比所述第一旋转切割刀深一些的所需量决定于所钻井眼的地层的硬度和种类。优选地，岩石越硬，所述轴向刀比第一旋转切割刀所需的进入地层深度的量越大。优选地是轴向刀进入地层的平均深度为所述第一旋转切割刀的至少1.5倍，更优选地是至少两倍。现已发现这适合于非常硬的地层，包括含花岗岩的地层和含黑片麻岩的地层。

相对于至少所述第一旋转切割刀安装轴向刀做到能在冲击运动时比所述第一旋转切割刀早些与地下地层接触的有利方法是作以下安排：所述一把或多把轴向刀和所述第一旋转切割刀都有冲击点，所述冲击点的定义为轴向冲击时刀首先与地层接触作用的部分，至少第一旋转切割刀的冲击点相比所述一把或多把轴向刀的冲击点缩进一个量r。简单地通过所述第一旋转切割刀相对于所述一把或多把轴向刀的缩进，后者就首先与岩石接触，从而保护所述旋转切割刀免受冲击的最强烈部分。

优选地，第一旋转切割刀受到相对与其靠近的一把或多把轴向刀的保护，特别是相邻的轴向刀的保护。

在一个优选实施例中，第一旋转切割刀安装于绕中央轴线的第一环形轨道，所述第一环形轨道的径向宽度相当于所述第一旋转切割刀的径向宽度，所述一把或多把轴向刀也安装于第一环形轨道。在此实施例中，所述第一旋转切割刀受到最佳保护，因为这些轴向刀在钻头旋转后所述第一旋转切割刀起作用的区域内把岩石击碎了。

可以有安装于绕中央轴线的第二环形轨道内的第二旋转切割刀，所述第二环形轨道的径向宽度相当于所述第二旋转切割刀的径向宽度，把一把或多把轴向刀安装于所述第二环形轨道。为了钻头在两条轨道内都获得恒定的钻进速度，各条轨道内每把刀要清除的岩石量可以根据轨道的面积和相关的轨道内刀的数量而在轨道与轨道之间有所不同。具体地说，在这种情况下，所述第二把旋转切割刀的冲击点相对于第二环形轨道内的一把或多把轴向刀的冲击点的缩进量大于r。

轴向刀与旋转切割刀之间的相对数量可以根据要钻的地层的种类作最佳选择。含比较硬的岩石，例如，花岗岩，的地层可以使用旋转切割刀比较少而刀的总数量却比较多的钻头钻，因此把冲击力分布于更多的轴向刀上。

软一些的地层，例如，石灰石或砂石，最好用旋转切割刀比较多的钻头钻，因为冲击力比较小而发生钻头泥包的概率却比较高。

对于比较硬的地层，优选地，要用轴向刀多于旋转切割刀的实施例。

在一个优选实施例中，一把或多把旋转切割刀有预切平冲击面，所述冲击面基本平行于与纵轴线垂直的平面。尽管安装了承受轴向冲击力的轴向刀，可是旋转切割刀也承受部分冲击力。由于有预切平冲击面，旋转切割刀上的冲击应力集中减少，因此不像没有预切平冲击面的旋转切割刀坏得那么快。现已发现自然磨擦平面不足以平到能有效减少冲击应力集中，因为钻头冲击时旋转切割刀趋向于在形状粗糙时破裂而不是形成有效的磨擦平面。

在一个优选实施例中，冲击钻头还包括：

-多个从钻头突起的叶片；

-多个基本沿钻头径向延伸的流动通道，使得接连的流动通道形成于相邻的两叶片之间；旋转切割刀相对于旋转运动方向成排地安装于叶片的前缘，各排旋转切割刀有与之相关的供液体流过的流动通道，借以排除积累于各排旋转切割刀前面的切屑。

因此，所谓的钻头泥包，即，翻滚于旋转切割刀前面的岩石粉和岩石片与诸如水、油或泥浆之类的钻井液混合在井眼底形成糊状物的现象，得以避免，因为基本径向延伸的流动通道充分有效地排除了累积于成排的旋转切割刀前面的切屑。钻头泥包是不理想的，因为产生的糊状物减轻的是钻头的重量而不是下面岩石的重量。

把轴向刀安装在相对于旋转方向各排旋转切割刀后面以及与下一排旋转切割刀相关的后面相邻的流动通道之前位置的实施例能更好地避免钻头泥包。任何形成于轴向刀之下的钻头泥包都会在后面的流动通道内消失。

本发明还提供了一种用于在地层内钻井眼的钻井系统，该系统包括安装了根据上述一个或多个实施例的冲击钻头的钻柱，所述钻井系统还包括：

-第一驱动装置，用于使钻头在井眼内旋转从而引起旋转切割刀沿井眼底的刮削运动；

-第二驱动装置，用于引起具有沿钻头轴线分力方向的对钻头的反复轴向冲击从而引起至少轴向刀向井眼底施加冲击力。

现已发现安装了具有预切平冲击面的钻头或钻井系统在钻井系统内引起的粘滑扭转振动模比较少，发生这种情况钻头被锤打入地层停止不动而钻柱则被地面的旋转驱动装置拧转直至由于较高的旋转速度而突然解脱。这种粘滑扭转振动不时重复发生，与粘滑扭转振动相结合的高旋转速度可能严重损坏钻头上的刀。

本发明还提供了一种在地下地层钻井眼的方法，包括的步骤有：根据上述实施例中的一个配备钻井系统；把钻头放成对着要钻的地下地层；在绕轴线实施旋转运动的同时在钻头上保持一个对地层的轴向力；对钻头断断续续地提供冲击。

因为钻头的工作寿命延长，无需像以前那样经常更换钻头，从而本发明的方法钻每口井所需的取、下管柱的次数减少。

附图说明

图1a是根据本发明的6英寸3叶片冲击钻头的透视图。

图1b是图1a所示冲击钻头的钻头面的顶视图。

图2的刀结构的横断面示意图。

图3a是本发明另一实施例的6英寸4叶片冲击钻头的透视图。

图3b是图3a所示冲击钻头的钻头面的顶视图。

图4是显示6英寸钻头面上各轨道的旋转切割刀缩进量变化的曲线图。

图5是根据本发明又一实施例的8英寸8叶片钻头面的顶视图。

图6示意地显示具有预切平冲击面的不同旋转切割刀。

图中相同的零件使用相同的标记符号。

具体实施方式

现在以举例的办法参照附图详细说明本发明。

图1a是根据本发明的3叶片冲击钻头的透视图。所述钻头包括在其纵轴线周围延伸的柄部1，所述柄部特别适合在钻柱内侧与之配合。柄部的后端连结于承受冲击锤冲击的冲击面2，优选地，所述冲击锤为往复式活塞锤(未显示)。柄部1有多个实质上纵向延伸的键槽4。所述键槽4起旋转地连结钻柱与柄部1的作用，从而钻头可以既接受轴向冲击又绕中央纵轴线旋转的方式运作。

现在参看图1a和1b，钻头3有3片从钻头突出的叶片61、62和63。叶片61、62、63之间是相对于叶片凹进的区域，从而形成流动通道71、72、73。所述流动通道71、72、73基本沿钻头3径向延伸。

钻头3内有中央通道8供钻井液通过。除了中央通道8之外，叶片61、62、63之间的流动通道71、72、73还可以有通道81、82、83，或者，没有中央通道8只有通道81、82、83。上述所有通道都连结于穿过柄部1延伸的中央纵向孔(未显示)。

在钻油气井的作业中，钻柱通常顺时针方向旋转。图1a和1b中的箭头5示出了作业中施加于钻头的旋转方向。

因此，叶片61、62、63各有相对于旋转方向5的前缘91、92、93。旋转切割刀9成排地安装于叶片61、62、63各自的前缘91、92、93上。各排旋转切割刀9都有一条与之相关的流动通道，该流动通道相对于旋转方向5在成排的旋转切割刀9的前方。

在叶片61、62、63上各排旋转切割刀9之后，即相对于各排旋转切割刀9后面的位置安装轴向刀10、11。

旋转切割刀9相对于轴向刀10、11缩进去一些，从而在冲击时轴向刀10、11在旋转切割刀9之前先撞击井眼底的岩石。具体地说，位于距中央纵轴线一定径向距离的旋转切割刀相对于距中央纵轴线同样径向距离的轴向刀缩进去一些。

图2示意地显示根据本发明的刀切向横断面的结构。如同前面的图一样，箭头5显示工作中施加于钻头的旋转方向。看到的是叶片6中的一片和其相对于旋转方向的前缘91，所述叶片从钻头向下突出并容纳刀9和10。旋转切割刀9安装于其前缘91上或其前缘附近。相对于旋转方向5位于旋转切割刀9的后面的是轴向刀10。

旋转切割刀9的形状最佳化用于沿井眼底刮削，从井眼底切割出地层的碎屑。轴向刀10、11的形状最佳化以在井眼底的地层轴向凿坑从而有可能凿碎地层。

轴向刀10下面的地层13由于轴向冲击而破碎。所示轴向刀10进入地层13的深度为d1。旋转切割刀9与轴向刀10相对缩进一些，因而其进入地层的深度d2比轴向刀10的深度浅r。由于旋转切割刀9与轴向刀10相对缩进一些，在工作中，钻头向下冲击时轴向刀10首先与井眼底的新的部分接触。旋转切割刀9在轴向刀10进入地层的深度超过r之前不与地层接触。在到达深度r时轴向刀10已经承受了最强部分的冲击，因而旋转切割刀9承受的冲击力比它与轴向刀10同时或早于轴向刀10与地层接触时要少。因此，各刀的工作寿命可以尽量保持。

冲击趋于结束时轴向刀10、11和旋转切割刀9都与地层13接触，从而旋转切割刀9能有效地切割地层刮削出切屑20。旋转切割刀9随着钻头旋转而沿井眼底的表面刮削并从切屑和钻井液中累积岩粉和碎片。岩粉和碎片被推到旋转切割刀9前面，此处优选地有钻井液基本径向外流通过的流动通道7。刮削下来的切屑从此处被冲到井眼的外环并排出井底区域。

图3a是本发明的一个有4片叶片6从而有4条流动通道7的变型的钻头的透视图，图3b则是其顶视图。本变型在其它方面与图1a和1b所示之钻头类似。具体地说，各叶片前缘上的旋转切割刀9相对于位于其后面的轴向刀10、11的缩进与第一个论述的实施例类似。

图3b中，各条同心点划线连结各组轴向刀和旋转切割刀，这些刀被认为位于各自的轨道上。这些轨道从离中央轴线最远的开始编号分别为tr1-tr6。

优选地，各条轨道上的旋转切割刀的缩进量根据各轨道上每把刀清除的岩石量而不同。一般地说，靠近钻头外围(相当于轨道编号小)的刀，每刀要清除的地层更多些，因为各轨道的面积随着离中央轴线的距离增加而增加但是轨道上刀的数量在许多钻头设计中并不增加。因此，按时间平均计算，外边的刀与更靠近中央轴线的刀相比要刮削岩石的深度更大。旋转切割刀的缩进量可以相应增加，从而按时间平均计算，各轨道上的旋转切割刀的刮削深度都一样，无论是d1的绝对值还是相对于d2，无论哪一个都是理想的。

图4示出的是图3的6英寸钻头钻进速度每小时12米、振动频率25赫兹的典型缩进量图表。轨道编号为1的最外边轨道的旋转切割刀的缩进量为0.66毫米，而第六轨道的则为0.40毫米。

一般地说，各轨道上旋转切割刀的缩进量的这种情况可以根据对轴向刀平均吃进量的估计用以下方法计算。对于钻头一定的钻进速度每条轨道要清除的岩石量是已知的。因为轴向刀的数量是已知的，所以每个轴向刀的岩石清除量也是已知的。因此可以认为大部分岩石是以已知频率的冲击清除的。

上面论述的图1a和1b以及图3a和3b中冲击钻头的外周直径是6英寸，相当于大约15厘米。图5中示出的是8英寸(相当于大约20厘米的外直径)钻头面的实施例。

图5中各条同心点划线连结各组被认为位于各自轨道上的轴向刀和旋转切割刀。

图5所示之实施例的根据是8片叶片6和相应数目的流动通道7。每条流动通道7都有一条通道81，用于使钻井液流入各自的流动通道。因为图5的这个钻头面比图2和图3的钻头面大，可以容纳更多的旋转切割刀9和轴向刀10、11。

在图3a和3b以及图5所示之上面论述的冲击钻头中，成排的旋转切割刀中的所述第一排的旋转切割刀与另一叶片上的所述第二排的旋转切割刀在径向位置上互不相同。这样，在钻头旋转时同一排内相邻刀之间的间隙就被不同叶片上的下一排内的旋转切割刀覆盖。理想的是各个旋转切割刀的圆轨道略有重叠从而在井眼底的大部分区域上是连续的。

在上面所示之实施例中，轴向刀10各由轴向刀柄16形成，其至少一边有半球形或圆拱形切割面17。这种轴向刀用硬材料制造，适合的硬材料是碳化钨。优选地，此刀也可以有一层多晶金刚石，从而形成多晶金刚石压实轴向刀。

在图1a和1b、图3a和3b以及图5所示之实施例中，最外边的轴向刀11是多晶金刚石压实轴向刀，其余的轴向刀10是碳化钨轴向刀。因此，在这些钻头面中，最外边的轴向刀11比其余的轴向刀10硬。

上述旋转切割刀9是多晶金刚石压实刀，有用硬材料制造的旋转切割刀柄14，适合的硬材料是碳化钨。面向相关的流动通道71的倾斜面覆盖一层多晶金刚石15。这种有多晶金刚石切割面的旋转切割刀叫做多晶金刚石压实刀，即，PDC刀。所述旋转切割刀除了所述前刀面外还设有基本垂直于钻头中央纵轴线并平行于井眼底的地层13延展的预切平冲击面。

为了减少冲击应力集中作用于旋转切割刀上，上述实施例中的旋转切割刀9都有预切平冲击面。这些可以看作预切抗磨平面的预切平冲击面，在减少引起钻井系统内所谓的滑粘扭转振动的倾向方面也是有利的。

图6示意地显示这些旋转切割刀上有预切深度为1mm、2mm、3mm的预切平冲击面19。所述预切深度相当于预切冲击面19与顶点18之间的垂直距离，在顶点18旋转切割刀柄和所述前刀面会合，作为一实例，各把旋转切割刀的后倾角为40度，但任何小于90度的角都可采用。所述冲击面的冲击面后倾角大于所述倾斜面后倾角。冲击面后倾角基本为90度时可以获得最佳结果。

可以看出，预切平冲击面19的面积随着预切深度增加而增加。优选地预切深度在1毫米与3毫米之间。

工作中，所述冲击钻头安装于钻井系统内，为钻柱所固定。所述钻井系统还包括：

-第一驱动装置，用于使钻头在井眼内旋转从而引起旋转切割刀沿井眼底的刮削运动；

-第二驱动装置，用于引起钻头在井眼内的纵向往复运动从而引起至少轴向刀对井眼底施加冲击力，所述第一和第二驱动装置同时工作。所述第二驱动装置优选地由锤形成，更优选地由往复式活塞锤形成。钻井作业时，泵送钻井液穿过与通道8、81、82、83液体连通的钻柱。适合用作钻井液的有泥浆、水、油或泡沫，并可以根据所钻地层的种类而改变。

为了进一步帮助冲刷切屑通过流动通道，各个旋转切割刀的前刀面可以有相对于钻头径向的第二倾斜面，所述第二倾斜面使所述前刀面能把切屑径向外推或径向内推。

适合上述钻头的典型工作条件包括压在钻头上的重量在3到6公吨的范围内。施加于钻头的冲击能量每次冲击在0.3到5千焦耳之间的范围。典型地，钻井系统可以在冲击功10与50千瓦之间冲击频率9和30赫兹之间工作。

现场试验1

使用有相应于图5所示刀型的钻头在非常硬并有磨蚀性的黑片麻岩冲击钻出3.6千米的井眼。钻头的设计概括于下面的表内，径向向内计数，轨道tr1到tr13相应于图5给出的虚线圆弧所表示的圆轨道。

轨道号	旋转切割刀PCD	碳化物圆拱形	PDC圆拱形	缩进量r
					tr1	4	0	16	0
tr2	4	0	4	0
					tr3	4	4	0	0
tr4	4	4	0	0
					Tr5	4	4	0	0
tr6	4	4	0	0.25mm
					tr7	4	4	0	0.50mm
tr8	2	2	0	0
					tr9	2	2	0	0
tr10	2	2	0	0
					tr11	0	1	0	n.a.
tr12	0	1	0	n.a.
					tr13	0	0	1	n.a.

轨道1到5和8到10内的旋转切割刀相对于其轨道内的轴向刀没有缩进。轨道6内的旋转切割刀相对于其轨道内的轴向刀缩进0.25mm。轨道7内的旋转切割刀相对于其轨道内的轴向刀缩进0.50mm。

钻进两小时后，轨道7内的旋转切割刀没有大的损伤，而其余轨道内的旋转切割刀受到严重损伤。轨道6内的旋转切割刀损伤的产量程度轻于其余轨道内的旋转切割刀，但重于轨道7内的旋转切割刀。

令人惊奇的是在轨道7内不仅旋转切割刀而且轴向刀也比其它轨道内的轴向刀状况好。

例如，上述冲击钻头的外直径为6英寸和8英寸。要理解，也可以用其它直径的类似样式的冲击钻头。同样本发明不限于所示数目的叶片。可以有任何数目的叶片。

Claims (18)

1. 一种供钻入地下地层之用的冲击钻头，所述的冲击钻头有中央纵轴线并可以用相对于地层反复施加轴向冲击和绕轴线旋转的办法工作，所述钻头包括：

-一把或多把轴向刀，主要用于相应轴向冲击轴向切割地下地层；

-一把或多把旋转切割刀，主要用于相应旋转运动切割地下地层；

因此，在所述一把或多把旋转切割刀中有第一旋转切割刀，相对于至少所述第一旋转切割刀安装一把或多把轴向刀做到在冲击时所述一把或多把轴向刀比至少所述第一旋转切割刀更早些与地下地层接触。

2. 按照权利要求1的冲击钻头，其特征在于所述一把或多把轴向刀相对于所述第一旋转切割刀安排成每次冲击平均比第一旋转切割刀更深一些进入地层。

3. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其特征在于所述第一旋转切割刀安装于绕中央轴线的第一环形轨道内，所述第一环形轨道的径向宽度相当于所述第一旋转切割刀的径向宽度，使所述一把或多把轴向刀安装于所述第一环形轨道内。

4. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其特征在于所述一把或多把轴向刀和所述第一旋转切割刀各有冲击点，所述冲击点的定义为刀在轴向冲击时起首先与地层接触作用的部分，因此至少所述第一旋转切割刀的冲击点相对于所述一把或多把轴向刀的冲击点之缩进量为r。

5. 按照权利要求3的冲击钻头，其特征在于绕中央轴线的第二环形轨道内安装了第二旋转切割刀，所述第二环形轨道的径向宽度相当于所述第二旋转切割刀的径向宽度，使一把或多把轴向刀安装于所述第二环形轨道内，因此所述第二旋转切割刀的冲击点相对于所述一把或多把轴向刀的冲击点之缩进量大于r。

6. 按照权利要求5的冲击钻头，其特征在于第二环形轨道在径向上比第一环形轨道离中央轴线靠外一些。

7. 按照权利要求4的冲击钻头，其特征在于r＞0.25mm。

8. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其特征在于所述轴向刀有圆拱形或半球形切割面。

9. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其特征在于所述旋转切割刀有后倾角小于90度面向与之相关的流动通道的倾斜面，其中所述后倾角定义为钻头的所述中央纵轴线和旋转运动切线方向限定的平面上垂直于所述倾斜面的线的投影与垂直于所述纵轴线的平面之间的角。

10. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其特征在于一把或多把旋转切割刀有预切平冲击面，所述冲击面平行于与所述中央纵轴线垂直的平面。

11. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其它还包括：

-多个从钻头突起的叶片；

-多个沿钻头径向延伸的流动通道，使得接连的流动通道形成于相邻的两叶片之间；

旋转切割刀相对于旋转运动方向成排地安装于叶片前缘，各排旋转切割刀有与之相关的供液体流过的流动通道，借以排除积累于各排旋转切割刀前面的切屑。

12. 按照权利要求11的冲击钻头，其特征在于轴向刀相对于旋转方向安装在各排旋转切割刀后面以及与下一排旋转切割刀相关的后面相邻的流动通道之前位置。

13. 按照权利要求1或2的冲击钻头，其特征在于安装的轴向刀的数量与旋转切割刀数量之比至少为3比2。

14. 按照权利要求2的冲击钻头，其特征在于所述一把或多把轴向刀每次冲击平均比第一旋转切割刀更深进入地层至少为1.5倍。

15. 按照权利要求14的冲击钻头，其特征在于所述一把或多把轴向刀每次冲击平均比第一旋转切割刀更深进入地层2倍。

16. 按照权利要求7的冲击钻头，其特征在于r≥0.50mm。

17. 一种用于在地层内钻井眼的钻井系统，所述的钻井系统包括安装了根据前面权利要求中任一项的冲击钻头的钻柱，所述钻井系统还包括：

-第一驱动装置，用于使钻头在井眼内旋转从而引起旋转切割刀沿井眼底的刮削运动；

-第二驱动装置，用于引起沿钻头轴线分力方向的对钻头的轴向冲击从而引起至少轴向刀向井眼底施加冲击力。

18. 一种在地下地层钻井眼的方法，所述的方法包括：配备根据权利要求17的钻井系统；把钻头放成对着要钻的地下地层；在绕轴线实施旋转运动的同时在钻头上保持一个对地层的轴向力；对钻头断断续续地提供冲击。

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