CN115341854B - 一种内置钻头多维冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置钻头多维冲击器，包括设置在钻头内腔中的冲击器本体，冲击器本体包括冲击器左部与冲击器右部，冲击器左部与冲击器右部形成空腔，空腔贯穿冲击器本体的上端，包括从上至下依次连通的进液腔、分流腔与工作腔，工作腔包括通过工作台分隔左右设置的第一工作腔与第二工作腔，冲击器右部在工作腔处开设有出液口；工作腔中安装三角换向器，三角换向器的顶部与分流腔出液处两侧内壁配合，三角换向器的底部与工作台的上部配合，三角换向器上设置有弧形槽，弧形槽中设置平衡块。本发明实现在不降低造斜率情况下提高破岩效率，形成多维冲击，提升钻进速度，解决机械转速低和钻井周期长等难题，实现深层油气资源高效低成本的规模开发。

Description

一种内置钻头多维冲击器

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种内置钻头多维冲击器。

背景技术

随着油气勘探开发逐步向深井、超深井及特深井发展，使得深井与超深井的占比越来越高。由于深层钻井难度远高于中浅层，并且机械钻速慢、钻井周期长、钻井成本高、严重制约其有效的开发，再随着井深的不断增加，岩石的硬度和塑性增大，可钻性变差。

传统冲击破岩在钻头上配置轴向冲击器，虽然冲击器能有效解决坚硬地层的钻进速度低等问题，但仍然普遍存在深井工作稳定性差，无法在造斜段与旋转导向组合使用等问题。此外，冲击器的使用会增加钻头到稳定器的距离，这导致造斜率降低。并且根据地层相似原则对比分析同井区的不同钻进方式的平均单趟钻进尺和平均机械钻速，研究结果表明，多维冲击器提速幅度>扭力冲力器提速幅度>轴向冲击器提速幅度。公开号为CN106593306A的专利提供了一种多维冲击器，使钻头同时产生对井底岩石的轴向和扭转冲击，提高破岩效率、钻头寿命，消除钻头泥包，从而提高机械钻速，降低钻井资金投入。但此多维冲击器的安装方式会增加钻头到稳定器的距离，这导致造斜率降低。

基于以上缺陷，现需一种冲击器能够实现在不降低造斜率情况下提高破岩效率，实现深层油气资源高效低成本的规模开发。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种内置钻头多维冲击器，实现在不降低造斜率情况下提高破岩效率，结构简单，提升钻进速度，形成多维冲击，解决机械转速低和钻井周期长等难题，降低钻井成本，实现深层油气资源高效低成本的规模开发。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种内置钻头多维冲击器，包括设置在钻头内腔中的冲击器本体，所述冲击器本体包括冲击器左部与冲击器右部，所述冲击器左部与冲击器右部形成空腔，所述空腔贯穿所述冲击器本体的上端，包括从上至下依次连通的进液腔、分流腔与工作腔，所述工作腔包括通过工作台分隔左右设置的第一工作腔与第二工作腔，所述冲击器右部在所述工作腔处开设有出液口；所述工作腔中可转动安装三角换向器，所述三角换向器的顶部与所述分流腔出液处两侧内壁配合，所述三角换向器的底部与所述工作台的上部配合，且所述三角换向器上设置有弧形槽，所述弧形槽中设置平衡块。

作为较优的实施方案，所述分流腔出液处内壁上左右对称设置有第一凹槽与第二凹槽；所述三角换向器运动时，使所述三角换向器的顶部与所述第一凹槽或第二凹槽配合。

作为较优的实施方案，所述三角换向器下部呈圆弧型与所述工作台上表面的圆弧面配合；且所述三角换向器下部两端分别设置有第一凸块与第二凸块，所述第一凸块处于第一工作腔中，所述第二凸块处于第二工作腔中。

作为较优的实施方案，所述第一工作腔与第二工作腔的内壁上左右对称有第三凹槽与第四凹槽；所述三角换向器运动时，使所述第一凸块上部与所述第三凹槽配合或第二凸块上部与所述第四凹槽配合。

作为较优的实施方案，所述工作台上部的两端左右对称设置有第一阶梯槽与第二阶梯槽；所述三角换向器运动时，使所述第一凸块下部与所述第一阶梯槽配合或第二凸块下部与所述第二阶梯槽配合。

作为较优的实施方案，所述出液口数量为二，且对称开设，分别位于所述冲击器右部的第一工作腔处与第二工作腔处。

作为较优的实施方案，所述冲击器左部与冲击器右部均呈半圆柱型，且所述冲击器右部开设出液口处在所述冲击器右部上表面开设出液平台。

作为较优的实施方案，所述三角换向器通过转轴可转动安装在所述冲击器本体空腔内。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种内置钻头多维冲击器，冲击器本体安装在钻头内腔中，可以实现在不增加钻头到稳定器的长度、不降低造斜率的情况下对钻头施加多维冲击，提高破岩效率，提升钻进速度。本发明中的多维冲击器里的三角换向器能在钻井液和平衡块的共同作用下实现往复换向，进而使钻井液间歇式分向第一工作腔与第二工作腔底部。由于多维冲击器中钻井液流量的循环变化，对冲击器本体底部产生轴向冲击，进而对钻头造成轴向冲击。此外，钻井液出液口为单侧横向出口，钻井液高速流出时也会对钻头产生周向冲击，形成多维冲击。本发明中的冲击器本体通过平衡块来使三角换向器发生偏转，可以通过调节平衡块来使换向频率发生变化，达到变频的效果。本发明中的冲击器本体适用于常规螺杆钻具组合和旋转导向钻具组合工具，解决机械钻速低和钻井周期长难题，降低钻井成本，实现深层油气资源高效低成本的规模开发。

附图说明

图1为本发明的冲击器本体内部结构示意图；

图2为本发明的三角换向器本体左置结构示意图；

图3为本发明的三角换向器本体右置结构示意图；

图4为本发明的图2局部放大图A；

图5为本发明的图2局部放大图B；

图6为本发明的图2局部放大图C；

图7为本发明的冲击器本体外部结构示意图；

图8为本发明的冲击器左部结构示意图；

图9为本发明的三角换向器结构示意图；

图10为本发明的实施例中钻头结构示意图；

图11为本发明的实施例中冲击器本体与钻头装配示意图。

图中：1、冲击器本体；2、进液腔；3、分流腔；4、第一工作腔；5、第二工作腔；6、工作台；7、出液口；8、三角换向器；9、弧形槽；10、平衡块；11、转轴；12、第一凹槽；13、第二凹槽；14、第一凸块；15、第二凸块；16、第三凹槽；17、第四凹槽；18、第一阶梯槽；19、第二阶梯槽；20、钻头本体；21、钻头上接头；22、水眼；23、内腔；24、出液平台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1-11所示，本实施例提供了一种内置钻头多维冲击器，包括设置在钻头内腔23中的冲击器本体1，所述冲击器本体1包括冲击器左部与冲击器右部，所述冲击器左部与冲击器右部形成空腔，所述空腔贯穿所述冲击器本体1的上端，包括从上至下依次连通的进液腔2、分流腔3与工作腔，所述工作腔包括通过工作台6分隔左右设置的第一工作腔4与第二工作腔5，所述冲击器右部在所述工作腔处开设有出液口7；所述工作腔中可转动安装三角换向器8，所述三角换向器8的顶部与所述分流腔3出液处两侧内壁配合，所述三角换向器8的底部与所述工作台6的上部配合，且所述三角换向器8上设置有弧形槽9，所述弧形槽9中设置平衡块10。

一种内置钻头多维冲击器，冲击器本体1设置在钻头内腔23中，钻井液经钻头内腔23流向钻头水眼22，钻头包括钻头本体20与钻头上接头21，钻头本体20中开设有内腔23用于安装冲击器本体1，将冲击器本体1安装在钻头内腔23中后，再将钻头上接头21安装在钻头本体20的上方，钻井液经钻头上接头21中的流道至冲击器本体1，再通过钻头水眼22流出。冲击器本体1设置在钻头内腔23中可以实现在不增加钻头到稳定器的长度、不降低造斜率的情况下对钻头施加多维冲击，提高破岩效率，提升钻进速度。冲击器左部与冲击器右部上设置有连接孔，通过螺栓等连接件连接为整体，冲击器左部与冲击器右部中对称开设有适配三角换向器8安装的腔体，两者连接两部分腔体构成空腔用于安装三角换向器8。在钻井液流经时，会使整个冲击器本体1产生振动，进而使得平衡块10会在重力作用下随机运动至弧形槽9的一侧，同时三角换向器8也会发生偏转，并且可以通过调节平衡块10来使换向频率发生变化，达到变频的效果，通过调节平衡块10的质量来调节换向频率，平衡块10质量越高，换向频率越高。进液腔2贯穿冲击器本体1的上端面，用于钻井液的流入，钻井液经进液腔2进入分流腔3，分流腔3的出液处与三角换向器8的顶部配合，三角换向器8与平衡块10共同作用实现往复换向，进而使钻井液间歇式分向流入第一工作腔4与第二工作腔5底部，对第一工作腔4与第二工作腔5底部进行轴向冲击。由于冲击器本体1中钻井液流量的循环变化，对冲击器本体1底部产生轴向冲击，进而对钻头造成轴向冲击。此外，冲击器右部在工作腔处开设有出液口7，钻井液出液口7为单侧横向出口，钻井液流出时高速流速也会对钻头产生周向冲击，轴向冲击与周向冲击共同形成多维冲击。

实施例2

如图1-11所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种内置钻头多维冲击器，与上述实施例不同的是，本实施例描述了三角换向器8在空腔中与腔体内壁具体配合方式，所述分流腔3出液处内壁上左右对称设置有第一凹槽12与第二凹槽13；所述三角换向器8运动时，使所述三角换向器8的顶部与所述第一凹槽12或第二凹槽13配合。

作为较优的实施方案，所述三角换向器8下部呈圆弧型与所述工作台6上表面的圆弧面配合；且所述三角换向器8下部两端分别设置有第一凸块14与第二凸块15，所述第一凸块14处于第一工作腔4中，所述第二凸块15处于第二工作腔5中。

作为较优的实施方案，所述第一工作腔4与第二工作腔5的内壁上左右对称有第三凹槽16与第四凹槽17；所述三角换向器8运动时，使所述第一凸块14上部与所述第三凹槽16配合或第二凸块15上部与所述第四凹槽17配合。

作为较优的实施方案，所述工作台6上部的两端左右对称设置有第一阶梯槽18与第二阶梯槽19；所述三角换向器8运动时，使所述第一凸块14下部与所述第一阶梯槽18配合或第二凸块15下部与所述第二阶梯槽19配合。

在钻井液流经时，会使三角换向器8本体产生振动，则三角换向器8上的弧形槽9中的平衡块10在重力作用下会随机运动至弧形槽9的一侧，以左置为例，此时三角换向器8的顶部与第一凹槽12配合，三角换向器8的第一凸块14的下部与第一阶梯槽18配合，三角换向器8的第二凸块15上部与所述第四凹槽17配合。使得从进液腔2流进分流腔3的钻井液右侧流道流进第二腔体中，在钻井液通过右侧流道时会形成憋压，随着压力越来越大，推动三角换向器8转动，平衡块10在惯性作用下迅速运动至另一侧，到达右置状态。同理，右置状态向左置状态转换，达到往复运动的效果。流进第一腔体与第二腔体的钻井液通过冲击器右部上的出液口7流出，随着三角换向器8的往复运动，流向出液口7的钻井液流速发生周期性变化，对冲击器本体1造成轴向冲击，进而对钻头造成轴向冲击，此外，出液口7设为单侧横向出口，钻井液流出时也会直接对钻头产生横向冲击。

作为较优的实施方案，所述出液口7数量为二，且对称开设，分别位于所述冲击器右部的第一工作腔4处与第二工作腔5处。在三角换向器8进行往复运动时，流向两侧出口的钻井液流速发生周期性变化，高速流通的钻井液对钻头造成周向冲击。

作为较优的实施方案，所述冲击器左部与冲击器右部均呈半圆柱型，且所述冲击器右部开设出液口7处在所述冲击器右部上表面开设出液平台24，便于钻井液的流出。

作为较优的实施方案，所述三角换向器通过转轴11可转动安装在所述冲击器本体1空腔内。

实施例3

如图1-11所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种内置钻头多维冲击器的工作原理，如下：

一种内置钻头多维冲击器，冲击器本体1卡接在钻头本体20中的内腔23中，钻头本体20上方与钻头上接头21连接。由于在钻井液流经时，会使整个冲击器本体1产生振动，进而使得平衡块10会在重力作用下随机运动至弧形槽9的一侧，同时三角换向器8也会发生偏转，本实施例以三角换向器8左置进行实例说明。在钻头进行工作时，钻井液经钻头上接头21的流道流至冲击器本体1处，钻井液流进进液腔2至分流腔3，此时，三角换向器8的顶部与第一凹槽12配合，同时，第一凸块14与第一阶梯槽18配合，第二凸块15与第四凹槽17配合，钻井液流向第二工作腔5，由于钻井液的重力作用，作用在第二凸块15上，使第二凸块15逐渐与第四凹槽17分开，使平衡块10在惯性作用下迅速移向另一侧，此时钻井液经第二凸块15与第四凹槽17之间的空隙流向第二工作腔5的底部，形成单侧轴线冲击。在平衡块10至弧形槽9的右侧时，三角换向器8右置，此时，三角换向器8的顶部与第二凹槽13配合，同时，第二凸块15与第二阶梯槽19配合，第一凸块14与第三凹槽16配合，钻井液流向第一工作腔4，由于钻井液的重力作用，作用在第一凸块14上，使第一凸块14逐渐与第三凹槽16分开，使平衡块10在惯性作用下迅速移向另一侧，此时钻井液经第一凸块14与第三凹槽16之间的空隙流向第一工作腔4的底部，形成一次往复运动。在第一工作腔4与第二工作腔5的方均设置有出液口7，两出液口7设置在冲击器右部上为单侧横向出口，所述冲击器右部上表面开设出液平台24，便于钻井液的流出，在三角换向器8进行往复运动时，钻井液通过两个出液口7间歇流出，高速流动的钻井液单侧出液口7流出时，对钻头形成周向冲击。钻井液间歇式流向第一工作腔4与第二工作腔5的底部，由于钻井液流量的循环变化，对冲击器底部产生轴向冲击，进而对钻头造成轴向冲击，周向冲击与轴向冲击共同形成多维冲击。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：包括设置在钻头内腔(23)中的冲击器本体(1)，所述冲击器本体(1)包括冲击器左部与冲击器右部，所述冲击器左部与冲击器右部形成空腔，所述空腔贯穿所述冲击器本体(1)的上端，包括从上至下依次连通的进液腔(2)、分流腔(3)与工作腔，所述工作腔包括通过工作台(6)分隔左右设置的第一工作腔(4)与第二工作腔(5)，所述冲击器右部在所述工作腔处开设有出液口(7)；所述工作腔中可转动安装三角换向器(8)，所述三角换向器(8)的顶部与所述分流腔(3)出液处两侧内壁配合，所述三角换向器(8)的底部与所述工作台(6)的上部配合，且所述三角换向器(8)上设置有弧形槽(9)，所述弧形槽(9)中设置平衡块(10)。

2.根据权利要求1所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述分流腔(3)出液处内壁上左右对称设置有第一凹槽(12)与第二凹槽(13)；所述三角换向器(8)运动时，使所述三角换向器(8)的顶部与所述第一凹槽(12)或第二凹槽(13)配合。

3.根据权利要求1所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述三角换向器(8)下部呈圆弧型与所述工作台(6)上表面的圆弧面配合；且所述三角换向器(8)下部两端分别设置有第一凸块(14)与第二凸块(15)，所述第一凸块(14)处于第一工作腔(4)中，所述第二凸块(15)处于第二工作腔(5)中。

4.根据权利要求3所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述第一工作腔(4)与第二工作腔(5)的内壁上左右对称有第三凹槽(16)与第四凹槽(17)；所述三角换向器(8)运动时，使所述第一凸块(14)上部与所述第三凹槽(16)配合或第二凸块(15)上部与所述第四凹槽(17)配合。

5.根据权利要求3所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述工作台(6)上部的两端左右对称设置有第一阶梯槽(18)与第二阶梯槽(19)；所述三角换向器(8)运动时，使所述第一凸块(14)下部与所述第一阶梯槽(18)配合或第二凸块(15)下部与所述第二阶梯槽(19)配合。

6.根据权利要求1所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述出液口(7)数量为二，且对称开设，分别位于所述冲击器右部的第一工作腔(4)处与第二工作腔(5)处。

7.根据权利要求1所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述冲击器左部与冲击器右部均呈半圆柱型，且所述冲击器右部开设出液口(7)处在所述冲击器右部上表面开设出液平台(24)。

8.根据权利要求1所述的一种内置钻头多维冲击器，其特征在于：所述三角换向器(8)通过转轴(11)可转动安装在所述冲击器本体(1)空腔内。

Images