CN107313719A - 周向冲击钻头提速器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种周向冲击钻头提速器，包括一端能与钻铤密封连接的外筒，所述外筒的另一端同轴穿设有中空的下接头，所述下接头的另一端连接钻头，所述下接头内套设有能对所述下接头产生周向冲击的、且轴向固定的周向冲击结构，所述周向冲击结构内设置有沿轴向贯通的钻井液过孔，所述周向冲击结构远离所述外筒的一端连通有节流喷嘴。该周向冲击钻头提速器克服了现有技术的不足，能够有效地解决PDC钻头在实际使用过程中存在的粘滑效应，有效地提高钻速。

Description

周向冲击钻头提速器

技术领域

本发明涉及钻井提速工具技术领域，尤其涉及一种周向冲击钻头提速器。

背景技术

在油田勘探开发过程中，提高机械钻速是石油勘探开发的一个永恒主题。随着当前国际油价断崖式下跌，钻井提速已经成为各大油田在勘探开发过程中进行降本增效的主要手段之一。PDC钻头以其良好的提速使用效果得到业界的认可，并已成为油田勘探开发最重要和最常用的钻头。据统计，目前PDC钻头的使用已经占到世界范围内油田勘探开所用钻头量的90％以上。随着钻探行业的不断发展，以及业内人士对于PDC钻头在钻进过程中的研究不断深入，人们逐渐发现，当PDC钻头在进行剪切地层时，会出现切屑齿未能瞬时将该地层进行有效切削，使地面转盘所产生的扭矩能量逐渐聚集在钻头刀翼和整个钻柱上，当能量蓄积到一定程度时，该地层被瞬间剪切，蓄积到PDC钻头刀翼和整个钻柱上的能量瞬间释放，将会使得PDC钻头出现“蹦齿”以及刀翼损坏等后果，缩短了PDC钻头的使用寿命，还会使得整个钻柱产生疲劳损坏，这一现象即为PDC钻头的“粘滑效应”。在早期进行提速工具的研究当中，人们均集中精力进行轴向震击工具的研制从而进行PDC钻头的提速。这些工具的作用原理基本相同，即通过不同级别的液缸，在液压力的作用下，产生轴向向下的震击力，从而提高机械钻速。这些工具在一定程度上提高了机械钻速，但未能从根本上解决上述PDC钻头在钻进中出现的粘滑效应，因此，推广效果不佳，同时，此类工具需要严密的径向密封，而密封件在振动过程中容易老化失效，因此，工具寿命一般较短。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种周向冲击钻头提速器，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周向冲击钻头提速器，克服了现有技术的不足，能够有效地解决PDC钻头在实际使用过程中存在的粘滑效应，有效地提高钻速。

本发明的目的是这样实现的，一种周向冲击钻头提速器，包括一端能与钻铤密封连接的外筒，所述外筒的另一端同轴穿设有中空的下接头，所述下接头的另一端连接钻头，所述下接头内套设有能对所述下接头产生周向冲击的、且轴向固定的周向冲击结构，所述周向冲击结构内设置有沿轴向贯通的钻井液过孔，所述周向冲击结构靠近所述钻头的一端连通有节流喷嘴。

在本发明的一较佳实施方式中，所述周向冲击结构包括同轴套设于所述下接头内的、且能绕中心轴周向往复摆动的呈筒状的轴向固定的冲击锤，所述冲击锤的内部套设有能绕中心轴周向往复摆动的轴向固定的转换阀，所述转换阀内设置所述钻井液过孔，所述转换阀的轴向出口端与所述节流喷嘴导通连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述冲击锤包括圆筒本体，所述圆筒本体的外壁上设有一对沿轴向设置的、且径向对称设置的扇形凸台，所述下接头的内壁上设置有下接头扇形凹槽，所述扇形凸台摆动地设置在所述下接头扇形凹槽内，所述下接头扇形凹槽的扇形角度大于所述扇形凸台的扇形角度，所述下接头扇形凹槽靠近所述节流喷嘴的一端为封闭端，所述扇形凸台的一端轴向抵靠于所述封闭端上；所述圆筒本体的内壁上设有一对沿轴向设置的、且径向对称设置的内凸台，所述内凸台与所述扇形凸台呈十字交叉设置，所述扇形凸台的扇形角度大于所述内凸台的扇形角度，所述转换阀的侧壁上设置有转换阀扇形凹槽，所述内凸台摆动地设置在所述转换阀扇形凹槽内，所述转换阀扇形凹槽的扇形角度大于所述内凸台的扇形角度，所述转换阀扇形凹槽靠近所述节流喷嘴的一端呈封闭设置；

所述圆筒本体的侧壁上、紧邻所述扇形凸台的两侧壁分别设置有第一配流孔和第二配流孔，所述转换阀的侧壁上设置有多个沿轴向设置的转换阀条形透孔，所述转换阀条形透孔与所述转换阀扇形凹槽沿周向错开设置，所述转换阀条形透孔能通过所述第一配流孔或所述第二配流孔与所述下接头扇形凹槽导通；所述圆筒本体的侧壁上、紧邻所述内凸台的两侧壁分别设置有第三配流孔和第四配流孔，所述下接头的侧壁上还设置有多个沿轴向设置的下接头条形透孔，所述下接头条形透孔与所述下接头扇形凹槽沿周向错开设置，所述下接头条形透孔能通过所述第三配流孔或所述第四配流孔与所述转换阀扇形凹槽导通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒内固定套设有与所述周向冲击结构导通连接、且能使钻井液沿使所述周向冲击结构进行周向冲击的方向流动的中空的引流件。

在本发明的一较佳实施方式中，所述引流件的一端设置有引流件凸台，所述引流件凸台能转动地套设于所述外筒内，所述引流件另一端的外壁与所述外筒的内壁呈间隔设置，所述引流件的另一端密封连接一中空的连接件，所述连接件与所述引流件连接的一端的外壁与所述外筒的内壁呈间隔设置，所述外筒的内壁、所述引流件的外壁和所述连接件的外壁之间构成外分流腔，所述连接件的另一端设置有连接件凸台，所述连接件凸台远离所述引流件的的一端与所述下接头、所述周向冲击结构轴向抵靠、且周向固定连接；所述引流件内沿轴向贯通设置引流直通孔，所述引流件的侧壁上设置有多个径向贯通的、且与所述引流直通孔连通的分流孔，所述连接件凸台上设置有多个沿轴向贯通设置的连接件通槽，所述下接头的外壁上沿轴向设置有多个一端与所述连接件通槽连通、且另一端封闭的下接头凹槽，所述下接头凹槽的槽底上设置所述下接头条形透孔；所述下接头的内壁上设有一对沿轴向贯通的、且与所述下接头扇形凹槽和所述下接头条形透孔周向错开设置的径向对称的第一泄流槽，所述转换阀扇形凹槽能通过所述第三配流孔或所述第四配流孔与所述第一泄流槽导通，所述第一泄流槽能与钻头导通；所述转换阀的外壁上位于各所述转换阀扇形凹槽两侧分别设置有轴向贯通的第二泄流槽，所述下接头扇形凹槽能通过所述第一配流孔或所述第二配流孔与所述第二泄流槽导通，所述第二泄流槽能与所述第一泄流槽导通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒的内壁上设置第一台阶部，所述引流件凸台靠近所述下接头的一端止挡于所述第一台阶部上；所述下接头的端面能密封止挡于所述连接件凸台的端面上，所述连接件凸台的内壁上设置有第二台阶部，所述圆筒本体靠近所述连接件的一端设置有第三台阶部，所述第三台阶部能轴向抵挡于连接件凸台的端面上，所述转换阀靠近所述连接件的一端能密封止挡于所述第二台阶部上；所述连接件凸台的端面上沿周向设置有轴向凸台，所述下接头的侧壁上设置有能周向卡设所述轴向凸台的卡止凹槽；所述下接头的内壁上设置有第四台阶部，所述转换阀远离所述连接件的一端的侧壁上设置有能止挡于所述第四台阶部的第五台阶部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述连接件通过锥螺纹与所述引流件密封连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒的另一端与所述下接头位于所述外筒外部的一端通过牙龛结构龛合连接，所述外筒和所述下接头的侧壁上设置有轴向限位结构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述下接头的外壁上设置有环形槽，所述外筒的侧壁上设置有径向贯通的定位孔，所述定位孔和所述环形槽中穿设有所述轴向限位结构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述限位结构包括穿设于所述定位孔和所述环形槽中的限位块，所述限位块与所述环形槽之间抵靠设置有弹簧，所述定位孔内套设有能沿所述外筒的径向顶抵所述限位块的螺母。

由上所述，本发明提供的周向冲击钻头提速器具有如下有益效果：

本发明的周向冲击钻头提速器结构合理紧凑，使用方便，钻井过程中钻井液在节流喷嘴的作用下产生压差形成高压流体，周向冲击结构能通过周向冲击结构将流体能量转换成周向的、高频的和均匀稳定的机械冲击能量，下接头将周向的冲击载荷直接传递给钻头(PDC钻头)，使钻头(PDC钻头)和井底始终保持连续性，且不会使钻杆传达的扭矩发生浪费；周向冲击结构对下接头的周向冲击载荷直接传递给钻头，驱动钻头破岩，能极大提高钻头的破岩效率，提高机械钻速。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的周向冲击钻头提速器的结构示意图。

图2：为本发明的外筒结构示意图。

图3：为本发明的下接头的结构示意图。

图4：为图3中B向视图。

图5：为本发明的冲击锤的结构示意图。

图6：为图5中C向视图。

图7：为本发明的转换阀的结构示意图。

图8：为图7中D向视图。

图9：为本发明的连接件的结构示意图。

图10：为图9中E向视图。

图11：为初始状态图1中A-A剖视图。

图12：为下接头受到第一次周向冲击时图1中A-A剖视图。

图13：为下接头受到第二次周向冲击时图1中A-A剖视图。

图14：为下接头受到第三次周向冲击时图1中A-A剖视图。

图中：

100、周向冲击钻头提速器；

1、外筒；

11、第一台阶部；12、定位孔；13、限位块；14、弹簧；15、螺母；

2、下接头；

20、牙龛结构；21、下接头扇形凹槽；22、下接头条形透孔；23、下接头凹槽；24、第四台阶部；25、卡止凹槽；26、第一泄流槽；27、环形槽；

3、周向冲击结构；

31、钻井液过孔；

32、冲击锤；

321、圆筒本体；3211、第三台阶部；322、扇形凸台；323、内凸台；324、第一配流孔；325、第二配流孔；326、第三配流孔；327、第四配流孔；

33、转换阀；

331、转换阀扇形凹槽；332、转换阀条形透孔；333、第五台阶部；334、第二泄流槽；

4、节流喷嘴；

5、引流件；

51、引流件凸台；52、引流直通孔；53、分流孔；

6、连接件；

61、连接件凸台；62、连接件通槽；63、第二台阶部；64、轴向凸台。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图14所示，本发明提供一种周向冲击钻头提速器100，包括一端能与钻铤(或其它上部钻具，现有技术，图中未示出)密封连接的外筒1，在本实施方式中，外筒1的一端通过钻杆螺纹与钻铤连接；外筒1的另一端同轴穿设有中空的下接头2，下接头2的另一端连接钻头，在本实施方式中，下接头2的内壁上设置连接螺纹，下接头2通过连接螺纹与钻头密封连接；下接头2内套设有能对下接头2产生周向冲击的、且轴向固定的周向冲击结构3，周向冲击结构3内设置有沿轴向贯通的钻井液过孔31，周向冲击结构3靠近钻头的一端连通有节流喷嘴4，节流喷嘴4能使自钻井液过孔31流入的钻井液产生压降，在钻井液过孔31内构成高压流体。

本发明的周向冲击钻头提速器100结构合理紧凑，使用方便，钻井过程中钻井液在节流喷嘴4的作用下产生压差，钻井液在该压差的驱动下驱使周向冲击结构3绕中心轴周向往复摆动，对下接头2产生周向冲击，周向冲击载荷直接作用于下接头2上且其足以直接破岩，由于下接头2直接与钻头连接，因此，周向冲击载荷将直接作用在钻头上，驱动钻头破岩，提高破岩效率。本发明的周向冲击钻头提速器100能通过周向冲击结构3将流体(高压流体)能量转换成周向的、高频的和均匀稳定的机械冲击能量(周向冲击结构3绕中心轴周向往复摆动，冲击下接头2产生的机械冲击能量)，该机械冲击作用在下接头2上，下接头2将周向的冲击载荷(该冲击载荷足以使钻头进行破岩)直接传递给钻头(PDC钻头)，使钻头(PDC钻头)和井底始终保持连续性，这就使得钻头(PDC钻头)不需要等待扭力积蓄足够的能量才能切削地层，此时，有两个作用力作用在钻头(PDC钻头)上切削地层，一个作用力是地面转盘(现有技术，图中未示出)提供给钻头的扭力，另一个是本发明的周向冲击钻头提速器提供的冲击载荷，该冲击载荷直接传递到钻头上(该冲击载荷对钻杆不产生作用力，对钻杆传达的扭矩基本没有影响)，此时钻杆的扭矩基本是稳定的，钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层，而不会产生浪费；周向冲击结构3对下接头2的周向冲击载荷直接传递给钻头，能极大提高钻头的破岩效率，提高机械钻速。

进一步，如图1所示，周向冲击结构3包括同轴套设于下接头2内的、且能绕中心轴周向往复摆动的呈筒状的轴向固定的冲击锤32，冲击锤32的内部套设有能绕中心轴周向往复摆动的轴向固定的转换阀33，转换阀33内设置前述的钻井液过孔31，转换阀33的轴向出口端与节流喷嘴4导通连接。

进一步，如图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图11至图14所示，冲击锤32包括圆筒本体321，圆筒本体321的外壁上设有一对沿轴向设置的、且径向对称设置的扇形凸台322，下接头2的内壁上设置有下接头扇形凹槽21，扇形凸台322摆动地设置在下接头扇形凹槽21内，下接头扇形凹槽21的扇形角度大于扇形凸台322的扇形角度，下接头扇形凹槽21靠近节流喷嘴4的一端为封闭端，扇形凸台322的一端轴向抵靠于封闭端上；圆筒本体321的内壁上设有一对沿轴向设置的、且径向对称设置的内凸台323，内凸台323与扇形凸台322呈十字交叉设置，扇形凸台322的扇形角度大于内凸台323的扇形角度，转换阀33的侧壁上设置有转换阀扇形凹槽331，内凸台323摆动地设置在转换阀扇形凹槽331内，转换阀扇形凹槽331的扇形角度大于内凸台323的扇形角度，转换阀扇形凹槽331靠近节流喷嘴4的一端呈封闭设置；

圆筒本体321的侧壁上、紧邻扇形凸台322的两侧壁分别设置有第一配流孔324和第二配流孔325，转换阀33的侧壁上设置有多个沿轴向设置的转换阀条形透孔332，转换阀条形透孔332与转换阀扇形凹槽331沿周向错开设置，转换阀条形透孔332能通过第一配流孔324或第二配流孔325与下接头扇形凹槽21导通；圆筒本体321的侧壁上、紧邻内凸台323的两侧壁分别设置有第三配流孔326和第四配流孔327，下接头2的侧壁上还设置有多个沿轴向设置的下接头条形透孔22，下接头条形透孔22与下接头扇形凹槽21沿周向错开设置，下接头条形透孔22能通过第三配流孔326或第四配流孔327与转换阀扇形凹槽331导通；

下接头2的内壁上设有一对沿轴向贯通的、且与下接头扇形凹槽21和下接头条形透孔22周向错开设置的径向对称的第一泄流槽26，转换阀扇形凹槽331能通过第三配流孔326或第四配流孔327与第一泄流槽26导通，第一泄流槽26能与钻头导通；转换阀33的外壁上位于各转换阀扇形凹槽331两侧分别设置有轴向贯通的第二泄流槽334，下接头扇形凹槽21能通过第一配流孔324或第二配流孔325与第二泄流槽334导通，第二泄流槽334能与第一泄流槽26导通。

进一步，如图1所示，外筒1内固定套设有与周向冲击结构3导通连接、且能使钻井液沿使周向冲击结构3进行周向冲击的方向流动的中空的引流件5。

进一步，如图1、图9、图10所示，引流件5的一端设置有引流件凸台51，引流件凸台51能转动地套设于外筒1内，引流件5另一端的外壁与外筒1的内壁呈间隔设置，引流件5的另一端密封连接一中空的连接件6，在本实施方式中，连接件6通过锥螺纹与引流件5密封连接。连接件6与引流件5连接的一端的外壁与外筒的内壁呈间隔设置，外筒1的内壁、引流件5的外壁和连接件6的外壁之间构成外分流腔，连接件6的另一端设置有连接件凸台61，连接件凸台61远离引流件5的的一端与下接头2、周向冲击结构3轴向抵靠、且周向固定连接；引流件5内沿轴向贯通设置引流直通孔52，引流件5的侧壁上设置有多个径向贯通的、且与引流直通孔52连通的分流孔53，连接件凸台61上设置有多个沿轴向贯通设置的连接件通槽62，下接头2的外壁上沿轴向设置有多个一端与连接件通槽62连通、且另一端封闭的下接头凹槽23，下接头凹槽23的槽底上设置前述的下接头条形透孔22。

进一步，如图1、图3、图5、图7、图9所示，所示，外筒1的内壁上设置第一台阶部，引流件凸台51靠近下接头2的一端止挡于第一台阶部11上，本发明的周向冲击钻头提速器100使用过程中呈竖直状态，第一台阶部11能止挡引流件5向下运动，实现引流件5的轴向向下的限位；下接头2的端面能密封止挡于连接件凸台61的端面上，实现下接头扇形凹槽21和第一泄流槽26的端部密封，连接件凸台61的内壁上设置有第二台阶部63，圆筒本体321靠近连接件6的一端设置有第三台阶部3211，第三台阶部3211能轴向抵挡于连接件凸台61的端面上，转换阀33靠近连接件6的一端能密封止挡于第二台阶部63上，实现转换阀扇形凹槽331和第二泄流槽334的端部密封，引流件5通过连接件6实现与周向冲击结构3端面的止挡；连接件凸台61的端面上沿周向设置有轴向凸台64，下接头2的侧壁上设置有能周向卡设轴向凸台64的卡止凹槽25，在本实施方式中，轴向凸台64的数量为两个，两个轴向凸台64径向对称设置，卡止凹槽25与轴向凸台64对应设置。轴向凸台64卡止于卡止凹槽25内实现连接件6与下接头2之间周向固定；下接头2的内壁上设置有第四台阶部24，转换阀33远离连接件6的一端的侧壁上设置有能止挡于第四台阶部24的第五台阶部333，使用过程中，第四台阶部24能止挡转换阀33向下运动，实现转换阀33的轴向向下的限位。

进一步，如图1、图2、图3所示，在本实施方式中，外筒1的另一端与下接头2位于外筒1外部的一端通过牙龛结构20龛合连接，外筒1和下接头2的侧壁上设置有轴向限位结构。

在本实施方式中，如图1、图2、图3所示，下接头2的外壁上设置有环形槽27，外筒1的侧壁上设置有径向贯通的定位孔12，定位孔12和环形槽27中穿设有轴向限位结构。在本实施方式中，限位结构包括穿设于定位孔12和环形槽27中的限位块13，限位块13与环形槽27之间抵靠设置有弹簧14，定位孔12内套设有能沿外筒1的径向顶抵限位块13的螺母15。限位块13实现了外筒1和下接头2之间的轴向定位。弹簧14的作用是保证限位块13拆卸方便。

本发明的周向冲击钻头提速器100在工作时，其外筒1的上端连接钻铤，下接头2的下端连接钻头；钻井液由外筒1的上端开口进入周向冲击钻头提速器100内部，在周向冲击钻头提速器100内部，钻井液能分流成三部分，第一部分钻井液通过引流直通孔52、钻井液过孔31和节流喷嘴4直接进入钻头水眼(现有技术，图中未示出)，第二部分钻井液顺序通过引流直通孔52、分流孔53、连接件通槽62、下接头凹槽23、下接头条形透孔22，经第三配流孔326或第四配流孔327进入转换阀扇形凹槽331，此时钻井液压力升高，高压的钻井液推动转换阀33周向摆动，转换阀扇形凹槽331的侧壁与内凸台323发生周向碰撞冲击，钻井液再自转换阀扇形凹槽331经第三配流孔326或第四配流孔327通过第一泄流槽26流向钻头；第三部分钻井液为第一部分钻井液在钻井液过孔31中的一部分，是一部分第一部分钻井液由节流喷嘴4憋压构成的高压钻井液，该高压钻井液通过转换阀条形透孔332经第一配流孔324或第二配流孔325进入下接头扇形凹槽21，推动冲击锤32周向摆动，扇形凸台322与下接头扇形凹槽21的侧壁发生周向碰撞冲击，钻井液再自下接头扇形凹槽21经第一配流孔324或第二配流孔325通过第二泄流槽334、第一泄流槽26流向钻头。

下面结合图11至图14对本发明的周向冲击钻头提速器100的使用过程作出相应描述：

设定扇形凸台322和内凸台323都位于逆时针摆动极限位置(图中，扇形凸台322逆时针一侧的侧壁与下接头扇形凹槽21逆时针一侧的侧壁顶抵，同时内凸台323逆时针一侧的侧壁与转换阀扇形凹槽331逆时针一侧的侧壁顶抵)时的状态为安装初始状态，如图11所示，此时，下接头条形透孔22、第三配流孔326呈导通状态，第三部分钻井液(高压钻井液)尚未形成，第二部分钻井液通过引流直通孔52、分流孔53、连接件通槽62、下接头凹槽23、下接头条形透孔22流通至第三配流孔326处，此时内凸台323逆时针一侧的侧壁(位于第三配流孔326一侧的侧壁)与转换阀扇形凹槽331逆时针一侧的侧壁之间构成第一高压区(图中G区)，内凸台323的另一侧壁与转换阀扇形凹槽331的另一侧壁之间构成第一低压区(图中F区)，第二部分钻井液经第三配流孔326进入第一高压区(图中G区)，转换阀33沿逆时针转动，直至转换阀扇形凹槽331的另一侧壁与内凸台323的另一侧壁发生周向逆时针碰撞冲击时停止，该冲击载荷通过冲击锤32传递给下接头2，进而传递至钻头，第一高压区(图中G区)内充满液体，第二部分钻井液停止流入；

转换阀33沿逆时针转动至转换阀扇形凹槽331的另一侧壁与内凸台323的另一侧壁顶抵后，如图12所示，转换阀条形透孔332与第一配流孔324连通，第三部分钻井液(高压钻井液)经转换阀条形透孔332流通至第一配流孔324处，扇形凸台322逆时针一侧的侧壁(位于第一配流孔324一侧的侧壁)与下接头扇形凹槽21逆时针一侧的侧壁之间构成第二高压区(图中H区)，扇形凸台322另一侧壁与下接头扇形凹槽21另一侧壁之间构成第二低压区(图中I区)，第三部分钻井液经第一配流孔324进入第二高压区(图中H区)，冲击锤32顺时针摆动，由于转换阀扇形凹槽331的另一侧壁与内凸台323的另一侧壁顶抵，转换阀33随冲击锤32同步转动，直至扇形凸台322另一侧壁与下接头扇形凹槽21另一侧壁之间发生周向顺时针碰撞冲击时停止，该冲击载荷通过下接头2传递至钻头，第二高压区(图中H区)内充满液体，第三部分钻井液停止流入；

扇形凸台322另一侧壁与下接头扇形凹槽21另一侧壁顶抵后，如图13所示，第三配流孔326与第一泄流槽26连通，转换阀扇形凹槽331内的钻井液通过第一泄流槽26流向钻头，同时第四配流孔327与下接头条形透孔22连通，内凸台323的另一侧壁与转换阀扇形凹槽331的另一侧壁之间构成第三高压区(图中J区)，内凸台323逆时针一侧的侧壁与转换阀扇形凹槽331逆时针一侧的侧壁之间构成第三低压区(图中K区)，第二部分钻井液经第四配流孔327进入第三高压区(图中J区)，转换阀33沿顺时针转动，直至内凸台323逆时针一侧的侧壁与转换阀扇形凹槽331逆时针一侧的侧壁发生周向顺时针碰撞冲击时停止，该冲击载荷通过冲击锤32传递给下接头2，进而传递至钻头，第三高压区(图中J区)内充满液体，第二部分钻井液停止流入；

转换阀33沿顺时针转动至内凸台323逆时针一侧的侧壁与转换阀扇形凹槽331逆时针一侧的侧壁顶抵后，如图14所示，第一配流孔324与第二泄流槽334连通，下接头扇形凹槽21内的钻井液经第二泄流槽334、第一泄流槽26流向钻头，同时转换阀条形透孔332与第二配流孔325连通，第三部分钻井液(高压钻井液)经转换阀条形透孔332流通至第二配流孔325处，扇形凸台322另一侧壁与下接头扇形凹槽21另一侧壁之间构成第四高压区(图中L区)，扇形凸台322逆时针一侧的侧壁与下接头扇形凹槽21逆时针一侧的侧壁之间构成第四低压区(图中M区)，第三部分钻井液经第二配流孔325进入第四高压区(图中L区)，冲击锤32逆时针摆动，由于内凸台323逆时针一侧的侧壁与转换阀扇形凹槽331逆时针一侧的侧壁顶抵，转换阀33随冲击锤32同步转动，直至扇形凸台322逆时针一侧的侧壁与下接头扇形凹槽21逆时针一侧的侧壁之间发生周向逆时针碰撞冲击时停止，该冲击载荷通过下接头2传递至钻头，第四高压区(图中L区)内充满液体，第三部分钻井液停止流入；

此时扇形凸台322和内凸台323都位于逆时针摆动极限位置，如图11所示，周向冲击钻头提速器100完成一个周向冲击周期，之后周向冲击钻头提速器100重复以上周向冲击周期，直至完成钻削。

本发明的周向冲击钻头提速器结构合理紧凑，使用方便，钻井过程中钻井液在节流喷嘴的作用下产生压差形成高压流体，周向冲击结构能通过周向冲击结构将流体能量转换成周向的、高频的和均匀稳定的机械冲击能量，下接头将周向的冲击载荷直接传递给钻头(PDC钻头)，使钻头(PDC钻头)和井底始终保持连续性，且不会使钻杆传达的扭矩发生浪费；周向冲击结构对下接头的周向冲击载荷直接传递给钻头，能极大提高钻头的破岩效率，提高机械钻速。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种周向冲击钻头提速器，包括一端能与钻铤密封连接的外筒，其特征在于，所述外筒的另一端同轴穿设有中空的下接头，所述下接头的另一端连接钻头，所述下接头内套设有能对所述下接头产生周向冲击的、且轴向固定的周向冲击结构，所述周向冲击结构内设置有沿轴向贯通的钻井液过孔，所述周向冲击结构靠近所述钻头的一端连通有节流喷嘴。

2.如权利要求1所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述周向冲击结构包括同轴套设于所述下接头内的、且能绕中心轴周向往复摆动的呈筒状的轴向固定的冲击锤，所述冲击锤的内部套设有能绕中心轴周向往复摆动的轴向固定的转换阀，所述转换阀内设置所述钻井液过孔，所述转换阀的轴向出口端与所述节流喷嘴导通连接。

3.如权利要求2所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述冲击锤包括圆筒本体，所述圆筒本体的外壁上设有一对沿轴向设置的、且径向对称设置的扇形凸台，所述下接头的内壁上设置有下接头扇形凹槽，所述扇形凸台摆动地设置在所述下接头扇形凹槽内，所述下接头扇形凹槽的扇形角度大于所述扇形凸台的扇形角度，所述下接头扇形凹槽靠近所述节流喷嘴的一端为封闭端，所述扇形凸台的一端轴向抵靠于所述封闭端上；所述圆筒本体的内壁上设有一对沿轴向设置的、且径向对称设置的内凸台，所述内凸台与所述扇形凸台呈十字交叉设置，所述扇形凸台的扇形角度大于所述内凸台的扇形角度，所述转换阀的侧壁上设置有转换阀扇形凹槽，所述内凸台摆动地设置在所述转换阀扇形凹槽内，所述转换阀扇形凹槽的扇形角度大于所述内凸台的扇形角度，所述转换阀扇形凹槽靠近所述节流喷嘴的一端呈封闭设置；

所述圆筒本体的侧壁上、紧邻所述扇形凸台的两侧壁分别设置有第一配流孔和第二配流孔，所述转换阀的侧壁上设置有多个沿轴向设置的转换阀条形透孔，所述转换阀条形透孔与所述转换阀扇形凹槽沿周向错开设置，所述转换阀条形透孔能通过所述第一配流孔或所述第二配流孔与所述下接头扇形凹槽导通；所述圆筒本体的侧壁上、紧邻所述内凸台的两侧壁分别设置有第三配流孔和第四配流孔，所述下接头的侧壁上还设置有多个沿轴向设置的下接头条形透孔，所述下接头条形透孔与所述下接头扇形凹槽沿周向错开设置，所述下接头条形透孔能通过所述第三配流孔或所述第四配流孔与所述转换阀扇形凹槽导通。

4.如权利要求3所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述外筒内固定套设有与所述周向冲击结构导通连接、且能使钻井液沿使所述周向冲击结构进行周向冲击的方向流动的中空的引流件。

5.如权利要求4所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述引流件的一端设置有引流件凸台，所述引流件凸台能转动地套设于所述外筒内，所述引流件另一端的外壁与所述外筒的内壁呈间隔设置，所述引流件的另一端密封连接一中空的连接件，所述连接件与所述引流件连接的一端的外壁与所述外筒的内壁呈间隔设置，所述外筒的内壁、所述引流件的外壁和所述连接件的外壁之间构成外分流腔，所述连接件的另一端设置有连接件凸台，所述连接件凸台远离所述引流件的的一端与所述下接头、所述周向冲击结构轴向抵靠、且周向固定连接；所述引流件内沿轴向贯通设置引流直通孔，所述引流件的侧壁上设置有多个径向贯通的、且与所述引流直通孔连通的分流孔，所述连接件凸台上设置有多个沿轴向贯通设置的连接件通槽，所述下接头的外壁上沿轴向设置有多个一端与所述连接件通槽连通、且另一端封闭的下接头凹槽，所述下接头凹槽的槽底上设置所述下接头条形透孔；所述下接头的内壁上设有一对沿轴向贯通的、且与所述下接头扇形凹槽和所述下接头条形透孔周向错开设置的径向对称的第一泄流槽，所述转换阀扇形凹槽能通过所述第三配流孔或所述第四配流孔与所述第一泄流槽导通，所述第一泄流槽能与钻头导通；所述转换阀的外壁上位于各所述转换阀扇形凹槽两侧分别设置有轴向贯通的第二泄流槽，所述下接头扇形凹槽能通过所述第一配流孔或所述第二配流孔与所述第二泄流槽导通，所述第二泄流槽能与所述第一泄流槽导通。

6.如权利要求5所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述外筒的内壁上设置第一台阶部，所述引流件凸台靠近所述下接头的一端止挡于所述第一台阶部上；所述下接头的端面能密封止挡于所述连接件凸台的端面上，所述连接件凸台的内壁上设置有第二台阶部，所述圆筒本体靠近所述连接件的一端设置有第三台阶部，所述第三台阶部能轴向抵挡于连接件凸台的端面上，所述转换阀靠近所述连接件的一端能密封止挡于所述第二台阶部上；所述连接件凸台的端面上沿周向设置有轴向凸台，所述下接头的侧壁上设置有能周向卡设所述轴向凸台的卡止凹槽；所述下接头的内壁上设置有第四台阶部，所述转换阀远离所述连接件的一端的侧壁上设置有能止挡于所述第四台阶部的第五台阶部。

7.如权利要求5所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述连接件通过锥螺纹与所述引流件密封连接。

8.如权利要求1所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述外筒的另一端与所述下接头位于所述外筒外部的一端通过牙龛结构龛合连接，所述外筒和所述下接头的侧壁上设置有轴向限位结构。

9.如权利要求8所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述下接头的外壁上设置有环形槽，所述外筒的侧壁上设置有径向贯通的定位孔，所述定位孔和所述环形槽中穿设有所述轴向限位结构。

10.如权利要求9所述的周向冲击钻头提速器，其特征在于，所述限位结构包括穿设于所述定位孔和所述环形槽中的限位块，所述限位块与所述环形槽之间抵靠设置有弹簧，所述定位孔内套设有能沿所述外筒的径向顶抵所述限位块的螺母。