CN117307017A - 内置钻头式液动冲击器 - Google Patents

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    • E21B7/064—Deflecting the direction of boreholes specially adapted drill bits therefor

Abstract

本发明公开一种内置钻头式液动冲击器，属于石油、页岩气、地热等钻井冲击提速工具技术领域，包括旋转体，其设置于钻头的内腔内并能以自身轴线为轴往复旋转，其包括第一入口、设置于其侧壁的喷口及将第一入口和喷口连通的第一通道；挡体，其设置于内腔内并位于能挡住喷口的位置；喷口的流道中线与旋转体的轴线异面。本发明能够实现在不降低造斜率情况下提高破岩效率的目的，同时适用于常规螺杆钻具组合和旋转导向钻具组合工具，填补相关工具的国内空白，降低作业成本，解决机械钻速低和钻井周期长等难题，为油气资源增储上产提供装备技术支持，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

内置钻头式液动冲击器
技术领域
本发明涉及井下动力冲击工具，属于石油、页岩气、地热等钻井冲击提速工具技术领域，具体涉及内置钻头式液动冲击器。
背景技术
随着川渝地区油气资源勘探开发的不断深入，深地工程的持续推进，深井、超深井占比越来越多，钻遇“三高地层”（岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高），严重影响了深部地层的机械钻速和勘探开发成本。针对“三高地层”钻进过程中机械钻速低、钻井成本高等问题，业界广泛采用冲击破岩技术，主要依托于冲击钻井工具的应用加以解决。而常规冲击钻井工具采用冲击装置和驱动装置单独作业的形式，常规冲击钻井工具的冲击装置安装在钻头和螺杆之间，增加了钻头到螺杆稳定器的距离，导致造斜率降低，所以常规冲击钻井工具虽然能够提高机械钻速，但是却降低了造斜率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在不降低造斜率情况下提高破岩效率的内置钻头式液动冲击器。
本发明的技术方案如下：
一种内置钻头式液动冲击器，包括：
旋转体，其设置于钻头的内腔内并能以自身轴线为轴往复旋转，其包括第一入口、设置于其侧壁的喷口及将第一入口和喷口连通的第一通道；
挡体，其设置于内腔内并位于能挡住喷口的位置；
其中，喷口的流道中线与旋转体的轴线异面。
所述挡体设置于内腔的侧壁。
还包括：
外壳，其套装并固定于内腔内，其包括贯穿其上端面与其下端面的安装孔；
连接体，其设置于安装孔内并能以自身轴线为轴往复旋转，其下端与旋转体的上端固定连接，其包括与第一入口连通的第二出口、第二入口及将第二入口和第二出口连通的第二通道。
还包括：
公扣，其与钻头的上端面固定连接，其包括第三入口、与第二入口连通的第三出口及将第三入口和第三出口连通的第三通道。
所述外壳与内腔过盈连接。
所述连接体的下端与旋转体的上端通过螺纹副固定连接。
所述挡体设置于外壳的下端。
还包括：
轴承，其外圈固定于安装孔内，其内圈固定套装于连接体外。
所述喷口的数量为多个，沿旋转体的周向均匀布置。
本发明的有益技术效果如下：
本发明安装在钻头内部，故能够实现在不降低造斜率情况下提高破岩效率的目的，同时适用于常规螺杆钻具组合和旋转导向钻具组合工具，填补相关工具的国内空白，降低作业成本，解决机械钻速低和钻井周期长等难题，为油气资源增储上产提供装备技术支持，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的旋转体的结构示意图；
图3为本发明的旋转体流道截面图；
图4为本发明的旋转体在从喷口射出的流体的反作用力作用下的受力示意图；
图5为本发明的连接体的结构示意图；
图6为本发明的公扣的结构示意图；
图7为本发明工作原理图。
图中附图标记的含义：1、公扣，11、第三入口，12、第三出口，13、第三通道，2、连接体，21、第二出口，22、第二入口，23、第二通道，24、安装槽，3、轴承，4、外壳，5、旋转体，51、第一入口，52、喷口，53、第一通道，6、钻头，61、内腔，7、挡体，F、反作用力，F1、第一分力，F2、第二分力，L、流道中线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
参见图1，本发明众多实施例中的一种内置钻头式液动冲击器，包括公扣1、连接体2、轴承3、外壳4、旋转体5、挡体7。
钻头6的上端面设有内腔61。
一并参见图2，旋转体5设置于钻头6的内腔61内并能以自身轴线为轴往复旋转，旋转体5包括第一入口51、设置于旋转体5的侧壁的喷口52及将第一入口51和喷口52连通的第一通道53。图1所呈现的实施例中，旋转体5的外形呈圆柱形。
挡体7设置于内腔61内并位于能挡住喷口52的位置。
参见图3、图4、图7，图1所呈现的实施例中，喷口52的流道中线L与旋转体5的轴线异面，从而使得，从喷口52射出的流体比如钻井液冲向外壳4的内壁以及内腔61的侧壁时会产生反向冲击力即产生反作用力F，反作用力F能够分解成第一分力F1和第二分力F2，第二分力F2的方向指向喷口52运动轨迹的圆心，第一分力F1的图示的线段与喷口52运动轨迹相切，第一分力F1的大小大于零。由于第一分力F1的大小大于零且第一分力F1的图示的线段与喷口52运动轨迹相切，在第一分力F1的作用下，旋转体5产生旋转。由于旋转体5的旋转，使得喷口52被挡体7阻挡，喷口52的面积发生变化，在喷口52的面积的周期性变化作用下（具体参见图7），产生周期性的脉冲压力波动，该脉冲压力波动直接作用在钻头6上，使钻头6产生轴向冲击。同时，高压流体具有脉冲空化射流作用于井底，实现辅助破岩。
图1所呈现的实施例中，喷口52的数量为3个，沿旋转体5的周向均匀布置。可以理解的是，喷口52还可以是其他数量，比如，1个，2个，4个，等等。喷口52的数量为多个时，喷口52沿旋转体5的周向均匀布置较佳。
外壳4套装并固定于内腔61内，外壳4包括贯穿外壳4的上端面与外壳4的下端面的安装孔。图1所呈现的实施例中，外壳4与内腔61过盈连接。
一并参见图5，连接体2设置于外壳4的安装孔内并能以自身轴线为轴往复旋转，连接体2的下端与旋转体5的上端固定连接。连接体2包括与第一入口51连通的第二出口21、第二入口22及将第二入口22和第二出口21连通的第二通道23。连接体2还包括设置于连接体2的侧壁并沿连接体2的侧壁周向延伸并首尾连通的安装槽24。密封圈安装于安装槽24内，密封圈用于将连接体2与外壳4之间进行密封。图1所呈现的实施例中，连接体2的下端与旋转体5的上端通过螺纹副固定连接。
图1所呈现的实施例中，挡体7设置于外壳4的下端并位于内腔61内能挡住喷口52的位置，挡体7与外壳4一体制成。可以理解的是，挡体7可以设置于内腔61的侧壁并位于能挡住喷口52的位置，也可以实现本发明的目的，挡体7也可以与钻头6一体制成。
图1所呈现的实施例中，轴承3的外圈固定于安装孔内，轴承3的内圈固定套装于连接体2外，使得连接体2设置于外壳4的安装孔内并能以自身轴线为轴往复旋转。
一并参见图6，公扣1与钻头6的上端面固定连接，比如焊接固定连接。公扣1包括第三入口11、与第二入口连通的第三出口12及将第三入口11和第三出口12连通的第三通道13。
图1所呈现的实施例中，连接体2大致呈圆筒状；外壳4大致呈圆筒状，其外形为阶梯结构，共3个阶梯，自上由下依次为第一阶梯、第二阶梯、第三阶梯，且第一阶梯的外径大于第二阶梯的外径，第二阶梯的外径大于第三阶梯的外径。
施工时，流体比如钻井液通过第三入口11进入，然后依次流经第三通道13、第三出口12、第二入口22、第二通道23、第二出口21、第一入口51、第一通道53后，从喷口52射出。在第一分力F1的作用下，旋转体5产生旋转。由于旋转体5的旋转，使得喷口52被挡体7阻挡，喷口52的面积发生变化，在面积的周期性变化作用下，产生周期性的脉冲压力波动，该脉冲压力波动直接作用在钻头6上，使钻头6产生轴向冲击，并实现辅助破岩。

Claims (9)

1.一种内置钻头式液动冲击器，其特征在于，包括：
旋转体（5），其设置于钻头（6）的内腔（61）内并能以自身轴线为轴往复旋转，其包括第一入口（51）、设置于其侧壁的喷口（52）及将第一入口（51）和喷口（52）连通的第一通道（53）；
挡体（7），其设置于内腔（61）内并位于能挡住喷口（52）的位置；
其中，喷口（52）的流道中线（L）与旋转体（5）的轴线异面。
2.根据权利要求1所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，所述挡体（7）设置于内腔（61）的侧壁。
3.根据权利要求1所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，还包括：
外壳（4），其套装并固定于内腔（61）内，其包括贯穿其上端面与其下端面的安装孔；
连接体（2），其设置于安装孔内并能以自身轴线为轴往复旋转，其下端与旋转体（5）的上端固定连接，其包括与第一入口（51）连通的第二出口（21）、第二入口（22）及将第二入口（22）和第二出口（21）连通的第二通道（23）。
4.根据权利要求3所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，还包括：
公扣（1），其与钻头（6）的上端面固定连接，其包括第三入口（11）、与第二入口（22）连通的第三出口（12）及将第三入口（11）和第三出口（12）连通的第三通道（13）。
5.根据权利要求3所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，所述外壳（4）与内腔（61）过盈连接。
6.根据权利要求3所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，所述连接体（2）的下端与旋转体（5）的上端通过螺纹副固定连接。
7.根据权利要求3所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，所述挡体（7）设置于外壳（4）的下端。
8.根据权利要求3所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，还包括：
轴承（3），其外圈固定于安装孔内，其内圈固定套装于连接体（2）外。
9.根据权利要求1-8任一项所述内置钻头式液动冲击器，其特征在于，所述喷口（52）的数量为多个，沿旋转体（5）的周向均匀布置。
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