CN110159189A - 液动复合冲击器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液动复合冲击器及其控制方法，其涉及石油钻井技术领域，液动复合冲击器包括：壳体，壳体内具有流道；设置在壳体的流道中的定子、转子，定子上具有过流通道，转子插入定子中且能发生转动，转子的侧壁上具有叶轮，转子的另一端开设有开孔，转子的侧壁上开设有连通开孔的孔洞；转子的侧壁上开设有与开孔连通的第一缺口；套设在转子上的转子外套，转子外套的侧壁上开设有第二缺口；钻头接头，钻头接头的一端具有多个受冲击单元；等等。本申请能够利用井底钻井液能量带动钻头产生轴向和扭转冲击力，辅助钻头破岩，以解决现有冲击器结构复杂，存在死点且冲击效率低的问题，从而提高深井、大斜度井的钻井速度，延长钻头寿命。

Description

液动复合冲击器及其控制方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种液动复合冲击器及其控制方法。

背景技术

随着油气勘探开发的不断深入，深井、超深井的数量不断增加，钻进过程中遇到的岩层的硬度越来越大，同时地层环境越来越复杂，因此亟需高效破岩技术来提高钻井速度，缩短建井周期，降低钻井成本，实现油气的高效低成本开发。为了能够有效地提高钻头在较硬岩层中的钻进效率，往往会在钻头上加装冲击器。

国内外学者设计了多种不同类型的冲击器，取得了一定的提速效果，主要集中在轴向或者扭转冲击器。在旋转钻井的基础上，冲击器给钻头施加一个具有一定频率的冲击力，使钻头在旋转的同时承受周期性的冲击载荷，实现辅助破岩，提高破岩效率。轴向冲击器能够对钻头产生轴向冲击载荷，增加切削齿的切削深度。扭转冲击器能够对钻头产生扭转冲击载荷，降低钻头的粘滑振动。两种冲击形式耦合破碎岩石效果更好，但是由于井下钻柱空间有限的原因，关于复合冲击器的设计比较少。因此，本发明旨在研发一种轴向冲击载荷和扭转冲击载荷复合双作用的冲击器，使其具备轴向冲击器和扭转冲击器两种冲击器的优点，同时解决现存复合冲击器结构复杂，存在死点且冲击效率低的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种液动复合冲击器及其控制方法，其能够利用井底钻井液能量带动钻头产生轴向和扭转冲击力，辅助钻头破岩，以解决现有冲击器结构复杂，存在死点且冲击效率低的问题，从而提高深井、大斜度井的钻井速度，延长钻头寿命。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种液动复合冲击器，所述液动复合冲击器包括：

具有轴线的壳体，所述壳体内具有沿轴线方向延伸的流道；

设置在所述壳体的流道中的定子、转子，所述定子上具有过流通道，所述转子的一端插入所述定子中且能发生转动，所述转子的侧壁上具有在流体冲击下驱动所述转子转动的叶轮，所述转子的另一端的中部开设有开孔，所述转子的侧壁上开设有连通所述开孔的孔洞；所述转子的侧壁上开设有沿所述转子轴线方向延伸的、与所述开孔连通的第一缺口；

固定套设在所述转子上的转子外套，所述转子外套的侧壁上开设有第二缺口；

钻头接头，所述钻头接头的一端具有绕轴线呈圆周分布的多个受冲击单元，所述受冲击单元包括：第一受冲击块和第二受冲击块，所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间具有第一间隙，相邻所述受冲击单元之间具有第二间隙；所述受冲击单元能插设在所述转子外套和所述转子之间；所述钻头接头的一端还具有能与所述转子的开孔相连通的增压喷嘴；所述钻头接头的中部具有沿轴线方向延伸的通道，所述钻头接头的侧壁具有回流孔，所述通道与增压喷嘴的出口相连通，所述通道通过所述回流孔与所述钻头接头的侧壁相连通；

设置在所述转子外套和所述转子之间周向冲击块，所述周向冲击块设置在所述第二间隙中，所述周向冲击块能沿周向进行转动以对所述受冲击单元产生周向的冲击。

优选地，所述液动复合冲击器还包括：套设在所述转子上的转子托盘，所述转子托盘对所述转子与所述壳体之间的空间进行分隔，所述转子托盘位于所述转子外套与所述孔洞之间。

优选地，所述液动复合冲击器至少包括以下三种状态：在第一种状态下，所述转子的第一缺口位于所述第二受冲击块和所述周向冲击块之间，所述第二缺口与所述第一缺口不连通；

在第二种状态下，所述转子的第一缺口位于所述第一受冲击块和所述周向冲击块之间，所述第二缺口与所述第一缺口不连通；

在第三种状态下，所述转子的第一缺口位于所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间，所述第二缺口通过所述第一间隙与所述第一缺口相连通。

优选地，在第三种状态下，所述第一缺口通过所述第一间隙、所述第二缺口、所述钻头接头的侧壁、所述回流孔与所述钻头接头的通道相连通。

优选地，所述增压喷嘴沿轴向方向开设有渐缩孔，所述增压喷嘴上开设有连通渐缩孔和侧壁的传压流道；所述钻头接头的内侧壁上开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽与传压流道相连通。

优选地，所述壳体的下端具有沿周向分布的第一凹凸缺口，所述钻头接头的外侧壁上具有与第一凹凸缺口相配合的第二凹凸缺口，所述壳体的第一凹凸缺口与所述钻头接头的第二凹凸缺口能在轴线方向上相对移动以对接。

优选地，所述壳体的内侧壁上具有第二环形凹槽；所述钻头接头的外侧壁上具有与所述第二环形凹槽相对的第三环形凹槽；在所述第二环形凹槽和所述第三环形凹槽中设置有卡环；所述第二环形凹槽在轴线方向上的长度大于所述第三环形凹槽在轴线方向上的长度。

优选地，当所述周向冲击块为多个时，不同的所述周向冲击块通过套设在所述转子上的圆环连接在一起，所述圆环和所述周向冲击块形成一体。

优选地，所述定子上的过流通道绕定子的中心呈圆周方向分布，所述定子上端的中部具有将中部流体导向四周的导流部，所述过流通道具有预设角度以使得通过的流体垂直作用于所述转子的叶轮的表面。

一种根据上述任一所述的液动复合冲击器的控制方法，其包括以下步骤：

向所述壳体中注入带有压力的钻井液，钻井液经过定子的过流通道后对所述转子叶轮进行冲击以驱动转子进行转动；

所述转子的所述第一缺口转动至所述第二受冲击块和所述周向冲击块之间，所述钻井液通过所述孔洞、所述开孔和所述第一缺口进入所述第二受冲击块和所述周向冲击块之间，以驱动所述周向冲击块向所述第一受冲击块进行冲击，进而使得所述钻头接头产生第一方向的周向冲击；

所述转子的所述第一缺口转动至所述第一受冲击块和所述周向冲击块之间，所述钻井液通过所述孔洞、所述开孔和所述第一缺口进入所述第一受冲击块和所述周向冲击块之间，以驱动所述周向冲击块向所述第二受冲击块进行冲击，进而使得所述钻头接头产生与第一方向相反的第二方向的周向冲击；

所述转子的所述第一缺口转动至所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间，所述钻井液通过所述孔洞、所述开孔、所述第一缺口、所述第一间隙、所述第二缺口、所述钻头接头的侧壁、所述回流孔与所述钻头接头的通道相连通，以对所述转子的所述开孔进行泄压；

在泄压后，所述转子的所述第一缺口转动至不在所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间时，所述转子的所述开孔压力升高，所述开孔的压力作用于所述增压喷嘴以对所述钻头接头产生轴线方向的振动冲击。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的液动复合冲击器在向壳体中注入具有压力的钻井液的过程中，能够通过钻井液的压力驱动周向冲击块，进而通过周向冲击块对钻头接头产生周向的冲击，通过增压喷嘴对钻头接头产生轴向的冲击，增加切削齿的切削深度，如此可以提高液动复合冲击器下端连接的钻头的破岩效率，减少钻头与岩石作用时间，提高钻头寿命，降低钻头的地层敏感性，同时还可解决现存复合冲击器结构复杂，存在死点且冲击效率低的问题。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中液动复合冲击器整体示意图；

图2为图1中横截面A-A下的剖面图；

图3为图1中横截面B-B下的剖面图；

图4为在第一种状态下图1中横截面B-B下的剖面图；

图5为在第二种状态下图1中横截面B-B下的剖面图；

图6为在第三种状态下图1中横截面B-B下的剖面图；

图7为壳体的剖面图；

图8为定子的俯视图；

图9为转子托盘的俯视图；

图10为转子的侧视图；

图11为周向冲击块的俯视图；

图12为周向冲击块的正视图；

图13为转子外套的侧视图；

图14为转子外套的正视图；

图15为钻头接头的正视图；

图16为钻头接头的侧视图；

图17为增压喷嘴的俯视图；

图18为图17中横截面C-C下的剖面图。

以上附图的附图标记：

1、壳体；2、定子；3、转子；4、钻头接头；5、转子托盘；6、增压喷嘴；7、转子外套；8、第一缺口；9、周向冲击块；10、第一受冲击块；11、第二缺口；12、第二受冲击块；13、过流通道；14、叶轮；15、孔洞；16、传压流道；17、回流孔；18、第三环形凹槽；19、第二环形凹槽；20、第一台阶部；21、通道；22、第二台阶部；23、开孔；24、第一凹凸缺口；25、导流部；26、卡环；27、第二凹凸缺口；28、第二间隙；29、第一间隙；30、第一环形凹槽。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够利用井底钻井液能量带动钻头产生轴向和扭转冲击力，辅助钻头破岩，以解决现有冲击器结构复杂，存在死点且冲击效率低的问题，从而提高深井、大斜度井的钻井速度，延长钻头寿命，在本申请中提出了一种液动复合冲击器，图1为本发明实施例中液动复合冲击器整体示意图，图2为图1中横截面A-A下的剖面图，图3为图1中横截面B-B下的剖面图，图4为在第一种状态下图1中横截面B-B下的剖面图，图5为在第二种状态下图1中横截面B-B下的剖面图，图6为在第三种状态下图1中横截面B-B下的剖面图，如图1至图6所示，该液动复合冲击器可以包括：具有轴线的壳体1，壳体1内具有沿轴线方向延伸的流道；设置在壳体1的流道中的定子2、转子3，定子2上具有过流通道13，转子3的一端插入定子2中且能发生转动，转子3的侧壁上具有在流动冲击下驱动转子3转动的叶轮14，转子3的另一端的中部开设有开孔23，转子3的侧壁上开设有连通开孔23的孔洞15；转子3的侧壁上开设有沿转子3轴线方向延伸的、与开孔23连通的第一缺口8；固定套设在转子3上的转子外套7，转子外套7的侧壁上开设有第二缺口11；钻头接头4，钻头接头4的一端具有绕轴线呈圆周分布的多个受冲击单元，受冲击单元包括：第一受冲击块10和第二受冲击块12，第一受冲击块10和第二受冲击块12之间具有第一间隙29，相邻受冲击单元之间具有第二间隙28；受冲击单元能插设在转子外套7和转子3之间；钻头接头4的一端还具有能与转子3的开孔23相连通的增压喷嘴6；钻头接头4的中部具有沿轴线方向延伸的通道21，钻头接头4的侧壁具有回流孔17，通道21与增压喷嘴6的出口相连通，通道21通过回流孔17与钻头接头4的侧壁相连通；设置在转子外套7和转子3之间的周向冲击块9，周向冲击块9设置在第二间隙28中，周向冲击块9能沿周向进行转动以对受冲击单元产生周向的冲击。

本申请中的液动复合冲击器在向壳体1中注入具有压力的钻井液的过程中，能够通过钻井液的压力驱动周向冲击块9，进而通过周向冲击块9对钻头接头4产生周向的冲击，通过增压喷嘴6对钻头接头4产生轴向的冲击，如此可以提高液动复合冲击器下端连接的钻头的破岩效率，减少钻头与岩石作用时间，提高钻头寿命，降低钻头的地层敏感性，该液动复合冲击器尤其适用于大斜度井，其能降磨减阻，可解决钻柱托压问题。

为了能够更好的了解本申请中的液动复合冲击器，下面将对其做进一步解释和说明。图7为壳体的剖面图，如图1和图7所示，壳体1具有轴线，壳体1内具有沿轴线方向延伸的流道，该流道可以用于设置定子2、转子3等零部件。例如壳体1可以呈圆管状。在液动复合冲击器使用过程中，图中壳体1的右端为下端，其用于连接钻头接头4，钻头接头4的下端用于连接钻头。

在一种可行的实施方式中，如图1所示，壳体1的下端具有沿周向分布的第一凹凸缺口24，钻头接头4的外侧壁上具有与第一凹凸缺口24相配合的第二凹凸缺口27，壳体1的第一凹凸缺口24与钻头接头4的第二凹凸缺口27能在轴线方向上相对移动以对接。通过第一凹凸缺口24与第二凹凸缺口27的对接，可以使得钻头接头4和壳体1之间传递扭矩，同时，钻头接头4和壳体1之间在轴线方向能够产生一定相对移动，从而使得钻头接头4在轴线方向上产生振动冲击。

如图2、图7所示，壳体1的内壁面上自左向右至少具有两个台阶部，第一台阶部20用于对定子2进行限位，承载定子2的重量。第二台阶部22用于对转子托盘5进行限位，承载转子3和转子托盘5的重量。壳体1的内壁面同时与转子外套7间隙配合，对转子外套7和转子3起到扶正作用。壳体1的内壁面与转子外套7之间具有环空，该环空与转子外套7的第二缺口11相通。

在一种可行的实施方式中，如图2所示，壳体1的内侧壁上可以具有第二环形凹槽19。钻头接头4的外侧壁上可以具有与第二环形凹槽19相对的第三环形凹槽18。在第二环形凹槽19和第三环形凹槽18中设置有卡环26，通过卡环26可以防止在上提钻柱时，钻头接头4及连接在钻头接头4上的钻头掉入井底发生事故。为了能够使得钻头接头4在轴线方向上产生振动冲击，第二环形凹槽19在轴线方向上的长度大于第三环形凹槽18在轴线方向上的长度，如此，卡设在第三环形凹槽18中的卡环26能够在第二环形凹槽19中在轴线方向进行来回移动。

在一种优选的实施方式中，在壳体1的周向可以开设有多个螺纹孔，螺纹孔沿径向方向延伸，螺纹孔与第二环形凹槽19的位置相对应，通过螺钉等物件插入螺纹孔可以将卡环26压入至钻头接头4的外侧壁的第三环形凹槽18中，从而便于钻头接头4与壳体1之间进行拆卸。

如图2所示，定子2和转子3设置在壳体1的流道中。定子2抵住第一台阶部20，定子2上具有过流通道13，转子3的一端插入定子2中且能发生转动。图8为定子的俯视图，如图8所示，定子2上的过流通道13绕定子2的中心呈圆周方向分布，过流通道13可以呈螺旋形。如图2所示，定子2上端(图中为左端)的中部具有将中部流体导向四周的导流部25，过流通道13具有预设角度以使得通过的流体垂直作用于转子3的叶轮14的表面，从而使得从定子2流出的钻井液直接垂直作用于叶轮14叶片，以最大效率地利用钻井液能量产生旋转动力。定子2的下端(图中为右端)开设有盲孔，该盲孔用于给转子3插入，对转子3具有一定的扶正作用。

图10为转子的侧视图，如图2和图10所示，转子3的侧壁上具有在流体冲击下驱动转子3转动的叶轮14，叶轮14的环绕方向与过流通道13的环绕方向相反，以使通过过流通道13的流体垂直作用于转子3的叶轮14的表面。转子3的另一端的中部开设有开孔23，转子3的侧壁上开设有连通开孔23的孔洞15。该孔洞15位于叶轮14的下端，图中为右端，孔洞15可以为多个，其绕转子3的轴线呈周向分布。转子3的侧壁上开设有沿转子3轴线方向延伸的、与开孔23连通的第一缺口8。钻井液经过叶轮14后通过孔洞15进入至转子3的开孔23中。

如图2所示，转子外套7固定套设在转子3上。转子外套7可以通过螺纹或者焊接固定于转子3中部，即转子3的孔洞15下方，图中为右侧，随转子3轴旋转。图13为转子外套的侧视图，图14为转子外套的正视图，如图13和图14所示，转子外套7大体呈圆筒状，其侧壁上开设有第二缺口11，第二缺口11沿轴线方向延伸，第二缺口11可以为多个，绕其轴线呈圆周分布。

为了避免流过转子3叶轮14后的钻井液直接经过转子外套7流至转子外套7的第二缺口11处，在一种可行的实施方式中，图9为转子托盘的俯视图，如图2和图9所示，在转子3上套设有转子托盘5，转子托盘5对转子3起到扶正作用，同时，转子托盘5对转子3与壳体1之间的空间进行分隔，转子托盘5位于转子外套7与孔洞15之间。通过上述，流过转子3叶轮14后的钻井液只能流入至转子3的开孔23中。

如图2至图6所示，钻头接头4的朝向壳体1的一端具有绕轴线呈圆周分布的多个受冲击单元。图15为钻头接头的正视图，图16为钻头接头的侧视图，如图15和图16所示，一个受冲击单元可以包括：第一受冲击块10和第二受冲击块12，第一受冲击块10和第二受冲击块12均沿钻头接头4的轴线方向延伸。第一受冲击块10和第二受冲击块12之间具有第一间隙29，相邻受冲击单元之间具有第二间隙28。受冲击单元能插设在转子外套7和转子3之间。

如图3至图6所示，在转子外套7和转子3之间设置有周向冲击块9，周向冲击块9设置在第二间隙28中，周向冲击块9在钻井液的作用下能沿周向进行转动以对受冲击单元产生周向的冲击。

在钻井液的驱动下，转子3进行转动，从而使得液动复合冲击器至少包括以下三种状态：在第一种状态下，如图4所示，转子3的第一缺口8位于第二受冲击块12和周向冲击块9之间，第二缺口11与第一缺口8不连通，此时，钻井液只能通过增压喷嘴6排出，转子3的开孔23中压力在一定程度上上升。钻井液通过第一缺口8进入第二受冲击块12和周向冲击块9之间，从而驱动周向冲击块9向第一受冲击块10转动，进而对第一受冲击块10进行冲击。同时，在此时，周向冲击块9朝向第一受冲击块10的一侧与转子外套7的第二缺口11相通，由于第二缺口11与钻头接头4的通道21相连通，周向冲击块9朝向第一受冲击块10的一侧的阻力较小，如此减小了周向冲击块9的冲击阻力，实现了周向冲击块9的冲击力最大化。

转子3继续转动，转子3的第一缺口8也转动，液动复合冲击器进入第二种状态，在第二种状态下，如图5所示，转子3的第一缺口8转动至位于第一受冲击块10和周向冲击块9之间，第二缺口11与第一缺口8不连通，钻井液通过第一缺口8进入第一受冲击块10和周向冲击块9之间，从而驱动周向冲击块9向第二受冲击块12转动，进而对第二受冲击块12进行冲击。在此时，周向冲击块9朝向第二受冲击块12的一侧与转子外套7的第二缺口11相通，由于第二缺口11与钻头接头4的通道21相连通，周向冲击块9朝向第二受冲击块12的一侧的阻力较小，如此减小了周向冲击块9的冲击阻力，实现了周向冲击块9的冲击力最大化。通过上述方式，周向冲击块9带动钻头接头4和钻头形成扭转冲击作用。

由于周向冲击块9可以是多个，为了使得多个周向冲击块9在钻井液的驱动下统一协作，进而形成更大的冲击力。当周向冲击块9为多个时，图11为周向冲击块的俯视图，图12为周向冲击块的正视图，如图11和图12所示，不同的周向冲击块9通过套设在转子3上的圆环连接在一起，圆环和周向冲击块9形成一体。

如图2所示，钻头接头4的一端具有能与转子3的开孔23相连通的增压喷嘴6，开孔23中的钻井液能够进入至增压喷嘴6中，增压喷嘴6的主要作用是对转子3内钻井液进行增压以提高轴向冲击作用力。钻头接头4的中部具有沿轴线方向延伸的通道21，通道21与增压喷嘴6的出口相连通，通道21通过开设在钻头接头4侧壁上的回流孔17与钻头接头4的侧壁相连通。

在一种可行的实施方式中，图17为增压喷嘴的俯视图，图18为图17中横截面C-C下的剖面图，如图2、图17和图18所示，增压喷嘴6沿轴向方向开设有渐缩孔，增压喷嘴6上开设有连通渐缩孔和侧壁的传压流道16；钻头接头4的内侧壁上开设有第一环形凹槽，第一环形凹槽与传压流道16相连通。第一环形凹槽可以增加增压后的钻井液对钻头接头4的压力作用面积，从而进一步增加轴向的冲击力。

在第二种状态后，转子3继续转动，转子3的第一缺口8也转动，液动复合冲击器进入第三种状态，如图6所示，在第三种状态下，转子3的第一缺口8位于第一受冲击块10和第二受冲击块12之间，第二缺口11通过第一间隙29与第一缺口8相连通。此时，第一缺口8通过第一间隙29、第二缺口11、钻头接头4的侧壁、回流孔17与钻头接头4的通道21相连通。转子3开孔23中的部分钻井液能够通过上述方式排出至钻头接头4的通道21中，因此，转子3开孔23中压力下降，增压喷嘴6处的压力也相对下降。在第三种状态后，转子3会继续转动，进入至第一种状态，由于在第一种状态下第二缺口11与第一缺口8不连通，此时，钻井液只能通过增压喷嘴6排出，转子3的开孔23中压力在一定程度上又再次上升，第三种状态的相对低压和第一种状态的相对高压形成压力差，该压力差通过增压喷嘴6作用在钻头接头4上，从而实现钻头接头4的周向振动冲击。当然，在上述过程中，转子外套7的第二缺口11与转子3的第一缺口8之间需要以一定的角度配合，从而完成对周向冲击泄压减阻及轴向冲击封堵与泄压功能。

在一种优选的实施方式中，如图3至图6所示，第一受冲击块10的靠近转子3的内侧在周向方向上且靠近第二受冲击块12的一侧具有缺口部。该缺口部与第一间隙29相连通。当转子3转动至第三种状态下，转子3的第一缺口8位于第一受冲击块10和第二受冲击块12之间时，缺口部可以延长转子3的第一缺口8位与第一间隙29相连通的时间，从而延长对转子3开孔23的泄压时间，进而在第三种状态和第一种状态切换之间能够产生更大的压力差。

在本申请中还提出了一种液动复合冲击器的控制方法，其可以包括以下步骤：

向壳体1中注入带有压力的钻井液，钻井液经过定子2的过流通道13后对转子3叶轮14进行冲击以驱动转子3进行转动。

转子3转动以后，转子3的第一缺口8转动至第二受冲击块12和周向冲击块9之间，钻井液通过孔洞15、开孔23和第一缺口8进入第二受冲击块12和周向冲击块9之间，以驱动周向冲击块9向第一受冲击块10进行冲击，进而使得钻头接头4产生第一方向的周向冲击。此时，第二缺口11与第一缺口8不连通，转子3的开孔23中的钻井液仅通过增压喷嘴6排出，因此，转子3的开孔23中的压力较大。

转子3继续转动，当转子3的第一缺口8转动至第一受冲击块10和周向冲击块9之间，钻井液通过孔洞15、开孔23和第一缺口8进入第一受冲击块10和周向冲击块9之间，以驱动周向冲击块9向第二受冲击块12进行冲击，进而使得钻头接头4产生与第一方向相反的第二方向的周向冲击。通过上述完成了液动复合冲击器中钻头接头4在两种不同方向下交替的周向冲击。

转子3继续转动，转子3的第一缺口8转动至第一受冲击块10和第二受冲击块12之间，钻井液通过孔洞15、开孔23、第一缺口8、第一间隙29、第二缺口11、钻头接头4的侧壁、回流孔17与钻头接头4的通道21相连通，转子3的开孔23中的部分钻井液不通过增压喷嘴6排出，因此，上述过程会对转子3的开孔23进行泄压，此时，转子3的开孔23中的压力下降，相比于第一种状态和第二种状态下变小。

在泄压后，转子3的第一缺口8转动至不在第一受冲击块10和第二受冲击块12之间时，转子3的开孔23压力升高，开孔23的压力作用于增压喷嘴6以对钻头接头4产生轴线方向的振动冲击。

本申请中液动复合冲击器通过钻井液在旋转钻进的同时产生周向和轴向冲击，其无需采用弹簧、橡胶等薄弱部件，因此具有耐高温、寿命长的特点。同时，周向冲击和轴向冲击交替复合作用，可以有效提高破岩效率。另外，该液动复合冲击器的结构简单，因此加工成本低。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液动复合冲击器，其特征在于，所述液动复合冲击器包括：

具有轴线的壳体，所述壳体内具有沿轴线方向延伸的流道；

设置在所述壳体的流道中的定子、转子，所述定子上具有过流通道，所述转子的一端插入所述定子中且能发生转动，所述转子的侧壁上具有在流体冲击下驱动所述转子转动的叶轮，所述转子的另一端的中部开设有开孔，所述转子的侧壁上开设有连通所述开孔的孔洞；所述转子的侧壁上开设有沿所述转子轴线方向延伸的、与所述开孔连通的第一缺口；

固定套设在所述转子上的转子外套，所述转子外套的侧壁上开设有第二缺口；

钻头接头，所述钻头接头的一端具有绕轴线呈圆周分布的多个受冲击单元，所述受冲击单元包括：第一受冲击块和第二受冲击块，所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间具有第一间隙，相邻所述受冲击单元之间具有第二间隙；所述受冲击单元能插设在所述转子外套和所述转子之间；所述钻头接头的一端还具有能与所述转子的开孔相连通的增压喷嘴；所述钻头接头的中部具有沿轴线方向延伸的通道,所述钻头接头的侧壁具有回流孔，所述通道与增压喷嘴的出口相连通，所述通道通过所述回流孔与所述钻头接头的侧壁相连通；

设置在所述转子外套和所述转子之间周向冲击块，所述周向冲击块设置在所述第二间隙中，所述周向冲击块能沿周向进行转动以对所述受冲击单元产生周向的冲击。

2.根据权利要求1所述的液动复合冲击器，其特征在于，所述液动复合冲击器还包括：套设在所述转子上的转子托盘，所述转子托盘对所述转子与所述壳体之间的空间进行分隔，所述转子托盘位于所述转子外套与所述孔洞之间。

3.根据权利要求1所述的液动复合冲击器，其特征在于，所述液动复合冲击器至少包括以下三种状态：在第一种状态下，所述转子的第一缺口位于所述第二受冲击块和所述周向冲击块之间，所述第二缺口与所述第一缺口不连通；

在第二种状态下，所述转子的第一缺口位于所述第一受冲击块和所述周向冲击块之间，所述第二缺口与所述第一缺口不连通；

在第三种状态下，所述转子的第一缺口位于所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间，所述第二缺口通过所述第一间隙与所述第一缺口相连通。

4.根据权利要求3所述的液动复合冲击器，其特征在于，在第三种状态下，所述第一缺口通过所述第一间隙、所述第二缺口、所述钻头接头的侧壁、所述回流孔与所述钻头接头的通道相连通。

5.根据权利要求1所述的液动复合冲击器，其特征在于，所述增压喷嘴沿轴向方向开设有渐缩孔，所述增压喷嘴上开设有连通渐缩孔和侧壁的传压流道；所述钻头接头的内侧壁上开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽与传压流道相连通。

6.根据权利要求1所述的液动复合冲击器，其特征在于，所述壳体的下端具有沿周向分布的第一凹凸缺口，所述钻头接头的外侧壁上具有与第一凹凸缺口相配合的第二凹凸缺口，所述壳体的第一凹凸缺口与所述钻头接头的第二凹凸缺口能在轴线方向上相对移动以对接。

7.根据权利要求6所述的液动复合冲击器，其特征在于，所述壳体的内侧壁上具有第二环形凹槽；所述钻头接头的外侧壁上具有与所述第二环形凹槽相对的第三环形凹槽；在所述第二环形凹槽和所述第三环形凹槽中设置有卡环；所述第二环形凹槽在轴线方向上的长度大于所述第三环形凹槽在轴线方向上的长度。

8.根据权利要求1所述的液动复合冲击器，其特征在于，当所述周向冲击块为多个时，不同的所述周向冲击块通过套设在所述转子上的圆环连接在一起，所述圆环和所述周向冲击块形成一体。

9.根据权利要求1所述的液动复合冲击器，其特征在于，所述定子上的过流通道绕定子的中心呈圆周方向分布，所述定子上端的中部具有将中部流体导向四周的导流部，所述过流通道具有预设角度以使得通过的流体垂直作用于所述转子的叶轮的表面。

10.一种根据权利要求1至9中任一所述的液动复合冲击器的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

向所述壳体中注入带有压力的钻井液，钻井液经过定子的过流通道后对所述转子叶轮进行冲击以驱动转子进行转动；

所述转子的所述第一缺口转动至所述第二受冲击块和所述周向冲击块之间，所述钻井液通过所述孔洞、所述开孔和所述第一缺口进入所述第二受冲击块和所述周向冲击块之间，以驱动所述周向冲击块向所述第一受冲击块进行冲击，进而使得所述钻头接头产生第一方向的周向冲击；

所述转子的所述第一缺口转动至所述第一受冲击块和所述周向冲击块之间，所述钻井液通过所述孔洞、所述开孔和所述第一缺口进入所述第一受冲击块和所述周向冲击块之间，以驱动所述周向冲击块向所述第二受冲击块进行冲击，进而使得所述钻头接头产生与第一方向相反的第二方向的周向冲击；

所述转子的所述第一缺口转动至所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间，所述钻井液通过所述孔洞、所述开孔、所述第一缺口、所述第一间隙、所述第二缺口、所述钻头接头的侧壁与所述钻头接头的通道相连通，以对所述转子的所述开孔进行泄压；

在泄压后，所述转子的所述第一缺口转动至不在所述第一受冲击块和所述第二受冲击块之间时，所述转子的所述开孔压力升高，所述开孔的压力作用于所述增压喷嘴以对所述钻头接头产生轴线方向的振动冲击。