CN207609378U - 一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头，包括冲击装置和钻头本体，所述钻头本体位于所述冲击装置外部；所述冲击装置包括外筒、导流装置、周向冲击发生装置、轴向冲击发生装置和液压通路；所述导流装置和周向冲击发生装置内置于所述外筒中；所述液压通路用于驱动所述周向冲击发生装置作圆周方向的往复转动，所述周向冲击发生装置传动连接所述钻头本体；所述外筒通过所述轴向冲击发生装置传动连接所述钻头本体。该油气钻探高效破岩复合冲击钻头，不但可以有效地钻破各种地层，适用范围广，而且能够成功使用在定向钻井中。

Description

一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头

技术领域

本实用新型涉及油气钻探工具技术领域，尤其涉及一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头。

背景技术

钻井作业中，在PDC钻头的上部配合具备一定冲击频率的工具使用，是实现提高机械钻速的一种方法。而目前主要使用两种原理的提速工具，一种为扭冲工具，是通过给PDC钻头施加周向的冲击能量，消除钻进过程中的憋钻现象来提高机械钻速；另一种为旋冲工具，是通过给PDC钻头施加轴向的冲击能量，不断的冲击地层来提高机械钻速。这两种提速工具破岩基理不同，所适应的地层岩性也不相同，而由于钻头所钻地层的不均质性，决定了无论使用哪种原理的工具都不是最有效的。而且在定向钻进中，提速工具通过螺纹连接PDC钻头后，整体尺寸偏长，提速工具与PDC钻头距离较远，很难控制PDC钻头钻进的转向轨迹，从而无法达到钻井作业要求，难以在定向钻井中成功使用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型所解决的技术问题是提供一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其不但可以有效地钻破各种地层，适用范围广，而且能够成功使用在定向钻井中。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案内容具体如下：

一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头，包括冲击装置和钻头本体，所述钻头本体位于所述冲击装置外部；所述冲击装置包括外筒、导流装置、周向冲击发生装置、轴向冲击发生装置和液压通路；所述导流装置和周向冲击发生装置内置于所述外筒中；所述液压通路用于驱动所述周向冲击发生装置作圆周方向的往复转动，所述周向冲击发生装置传动连接所述钻头本体；所述外筒通过所述轴向冲击发生装置传动连接所述钻头本体。

优选地，所述导流装置包括导流短节、导流套和垫环；所述导流短节一端卡接所述外筒内壁，另一端通过所述导流套的一端，所述导流套的另一端连接所述垫环。

优选地，所述周向冲击发生装置包括冲击砧，所述冲击砧内设有冲击锤；所述冲击锤内设有换向套；所述冲击砧传动连接所述钻头本体；

所述液压通路包括沿外筒、导流短节、导流套、垫环、换向套的中心轴延伸的第一轴向液压通路，沿导流套与外筒间的间隙和外筒与冲击砧间的间隙延伸的第二轴向液压通路，以及沿导流套与外筒间的间隙和冲击砧与冲击锤间的间隙延伸的第三轴向液压通路；

所述换向套设有连通所述第一轴向液压通路的第一径向分流口和第二径向分流口；所述冲击锤的锤头的两端分别对应设有第一冲击流道和第二冲击流道；当所述第一径向分流口连通所述第一冲击流道时，液压油驱动所述冲击锤顺时针转动并敲击冲击砧以带动所述冲击砧作顺时针转动；当所述第二径向分流口连通所述第二冲击流道时，液压油驱动所述冲击锤逆时针转动并敲击冲击砧以带动所述冲击砧作逆时针转动；

所述冲击锤上设有换向套限位块，所述换向套限位块的一侧端设有用于连通所述第二轴向液压通路的第一限位流道，另一侧端设有用于连通所述第三轴向液压通路的第二限位流道；并且，当所述第二限位流道连通所述第三轴向液压通路时，液压油驱动所述换向套随所述冲击锤作顺时针转动；当所述第一限位流道连通所述第二轴向液压通路时，液压油驱动所述换向套随所述冲击锤作逆时针运动。

优选地，所述冲击砧中还设有喷嘴，所述喷嘴位于所述换向套的下方。

优选地，所述冲击砧螺纹连接所述钻头本体。

优选地，所述轴向冲击装置包括在外筒筒壁上周向突出设置的第一连接花键，和设置在所述钻头本体外壁上且与所述第一连接花键周向活动配合的第二连接花键。

优选地，所述外筒与钻头本体之间还设有套件。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

1.本实用新型的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其采用了轴向冲击结合周向冲击的结构，能够适应各种地层的特性，有效钻破各种地层，大大地扩大了钻头的适用范围。

2.本实用新型的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其钻头本体直接与冲击装置的周向冲击发生装置和轴向冲击发生装置相连接，实现了钻头与冲击装置的一体化设计，从而不但提高了冲击效率，而且使得油气钻探高效破岩复合冲击钻头的尺寸更短，更容易控制定向轨迹，从而能够广泛地应用在定向钻井作业之中。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的油气钻探高效破岩复合冲击钻头较优选实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A方向结构示意图；

图3为图1的B-B方向结构示意图。

其中，各附图标记为：

1、钻头本体；11、第二连接花键；2、外筒；21、第一连接花键；22、套件；3、导流短节；4、导流套；5、垫环；6、冲击砧；7、冲击锤；71、第一冲击流道；72、第二冲击流道；73、换向套限位块；74、第一限位流道；75、第二限位流道；8、换向套；81、第一径向分流口；82、第二径向分流口；9、喷嘴；101、第一轴向液压通路；102、第二轴向液压通路；103、第三轴向液压通路。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1和图2所示，本实用新型的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，包括冲击装置和钻头本体1，所述钻头本体1位于所述冲击装置外部；所述冲击装置包括外筒2、导流装置、周向冲击发生装置、轴向冲击发生装置和液压通路；所述导流装置和周向冲击发生装置内置于所述外筒2中；所述液压通路用于驱动所述周向冲击发生装置作圆周方向的往复转动，所述周向冲击发生装置传动连接所述钻头本体1；所述外筒2通过所述轴向冲击发生装置传动连接所述钻头本体1。

所述导流装置包括导流短节3、导流套4和垫环5；所述导流短节3一端卡接所述外筒2内壁，另一端通过所述导流套4的一端，所述导流套4的另一端连接所述垫环5。

为了实现周向冲击，所述周向冲击发生装置包括冲击砧6，所述冲击砧6内设有冲击锤7；所述冲击锤7内设有换向套8；所述冲击砧6传动连接所述钻头本体1；

所述液压通路包括沿外筒2、导流短节3、导流套4、垫环5、换向套8的中心轴延伸的第一轴向液压通路101，沿导流套4与外筒2间的间隙和外筒2与冲击砧6间的间隙延伸的第二轴向液压通路102，以及沿导流套4与外筒2间的间隙和冲击砧6与冲击锤7间的间隙延伸的第三轴向液压通路103；

所述换向套8设有连通所述第一轴向液压通路101的第一径向分流口81和第二径向分流口82；所述冲击锤7的锤头的两端分别对应设有第一冲击流道71和第二冲击流道72；当所述第一径向分流口81连通所述第一冲击流道71时，液压油驱动所述冲击锤7顺时针转动并敲击冲击砧6以带动所述冲击砧6作顺时针转动；当所述第二径向分流口82连通所述第二冲击流道72时，液压油驱动所述冲击锤7逆时针转动并敲击冲击砧6以带动所述冲击砧6作逆时针转动；

所述冲击锤7上设有换向套限位块73，所述换向套限位块73的一侧端设有用于连通所述第二轴向液压通路102的第一限位流道74，另一侧端设有用于连通所述第三轴向液压通路103的第二限位流道75；并且，当所述第二限位流道75连通所述第三轴向液压通路103时，液压油驱动所述换向套8随所述冲击锤7作顺时针转动；当所述第一限位流道74连通所述第二轴向液压通路102时，液压油驱动所述换向套8随所述冲击锤7作逆时针运动。所述冲击砧6中还设有喷嘴9，所述喷嘴9位于所述换向套8的下方。所述冲击砧6螺纹连接所述钻头本体1。

如图3所示，本实用新型的油气钻探高效破岩复合冲击钻头其周向冲击的原理如下：

当第一径向分流口81连通所述第一冲击流道71时，液压油从第一轴向液压通路101流出到第一径向分流口81，并经所述第一径向分流口81流动到第一冲击流道71以驱动所述冲击锤7的锤头作顺时针转动从而带动冲击锤7敲击冲击砧6，使冲击砧6带动钻头本体1作顺时针转动；同时在前述顺时针转动过程中，第二限位流道75连通第三轴向液压通路103，液压油从第三轴向液压通路103经第二限位流道75进入到换向套8中以驱动换向套8作顺时针转动；当换向套8转动到换向套限位块73附近并敲击换向套限位块73时，第二径向分流口82就连通所述第二冲击流道72，此时液压油从第一轴向液压通路101流出到第二径向分流口82，并经所述第二径向分流口82流动到第二冲击流道72以驱动所述冲击锤7的锤头作逆时针转动从而带动冲击锤7敲击冲击砧6，使冲击砧6带动钻头本体1作逆时针运动，而在前述的逆时针转动过程中，第一限位流道74就连通了第二轴向液压通路102，液压油从第二轴向液压通路102经第一限位流道74进入到换向套8中以驱动所述换向套8作逆时针转动。周而复始，从而实现冲击砧6带动钻头本体1沿周向不断地往复来回移动，实现周向冲击。

为了实现轴向冲击，所述轴向冲击装置包括在外筒2筒壁上周向突出设置的第一连接花键21，和设置在所述钻头本体1外壁上且与所述第一连接花键21周向间隙配合的第二连接花键11。

由于第一连接花键21与第二连接花键11的周向间隙配合，也就是说，第一连接花键21与第二连接花键11的连接位之间存在间隙，所以当钻头本体1跟随冲击砧6作周向往复运动的同时，通过第一连接花键21和第二连接花键11的活动配合，可以使钻头本体1产生轴向的往复运动，实现轴向冲击。

为了美观，所述外筒2与钻头本体1之间还设有套件22。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：包括冲击装置和钻头本体，所述钻头本体位于所述冲击装置外部；所述冲击装置包括外筒、导流装置、周向冲击发生装置、轴向冲击发生装置和液压通路；所述导流装置和周向冲击发生装置内置于所述外筒中；所述液压通路用于驱动所述周向冲击发生装置作圆周方向的往复转动，所述周向冲击发生装置传动连接所述钻头本体；所述外筒通过所述轴向冲击发生装置传动连接所述钻头本体。

2.根据权利要求1所述的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：所述导流装置包括导流短节、导流套和垫环；所述导流短节一端卡接所述外筒内壁，另一端通过所述导流套的一端，所述导流套的另一端连接所述垫环。

3.根据权利要求2所述的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：所述周向冲击发生装置包括冲击砧，所述冲击砧内设有冲击锤；所述冲击锤内设有换向套；所述冲击砧传动连接所述钻头本体；

所述液压通路包括沿外筒、导流短节、导流套、垫环、换向套的中心轴延伸的第一轴向液压通路，沿导流套与外筒间的间隙和外筒与冲击砧间的间隙延伸的第二轴向液压通路，以及沿导流套与外筒间的间隙和冲击砧与冲击锤间的间隙延伸的第三轴向液压通路；

所述换向套设有连通所述第一轴向液压通路的第一径向分流口和第二径向分流口；所述冲击锤的锤头的两端分别对应设有第一冲击流道和第二冲击流道；当所述第一径向分流口连通所述第一冲击流道时，液压油驱动所述冲击锤顺时针转动并敲击冲击砧以带动所述冲击砧作顺时针转动；当所述第二径向分流口连通所述第二冲击流道时，液压油驱动所述冲击锤逆时针转动并敲击冲击砧以带动所述冲击砧作逆时针转动；

所述冲击锤上设有换向套限位块，所述换向套限位块的一侧端设有用于连通所述第二轴向液压通路的第一限位流道，另一侧端设有用于连通所述第三轴向液压通路的第二限位流道；并且，当所述第二限位流道连通所述第三轴向液压通路时，液压油驱动所述换向套随所述冲击锤作顺时针转动；当所述第一限位流道连通所述第二轴向液压通路时，液压油驱动所述换向套随所述冲击锤作逆时针运动。

4.根据权利要求3所述的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：所述冲击砧中还设有喷嘴，所述喷嘴位于所述换向套的下方。

5.根据权利要求3所述的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：所述冲击砧螺纹连接所述钻头本体。

6.根据权利要求1-5任何一项所述的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：所述轴向冲击装置包括在外筒筒壁上周向突出设置的第一连接花键，和设置在所述钻头本体外壁上且与所述第一连接花键周向间隙配合的第二连接花键。

7.根据权利要求1-5任何一项所述的油气钻探高效破岩复合冲击钻头，其特征在于：所述外筒与钻头本体之间还设有套件。