CN208106312U - 一种复合冲击钻井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合冲击钻井工具，包括冲击腔体及轴向冲锤，所述轴向冲锤安装于所述冲击腔体内，并将冲击腔体分隔成正向冲腔及反向冲腔，还包括设于正向冲腔一端的缓冲套，所述缓冲套与轴向冲锤之间设有在轴向冲锤反向冲程时用于减弱轴向冲锤反向冲击功的阻尼间隙，所述轴向冲锤两端的内侧壁上设有回流通道，当所述轴向冲锤进入阻尼间隙时，所述正向冲腔通过阻尼间隙与所述轴向冲锤对应一端的回流通道连通。本实用新型具有反向冲击功小、使用寿命长等优点。

Description

一种复合冲击钻井工具

技术领域

本实用新型涉及能源勘探领域，尤其涉及一种复合冲击钻井工具。

背景技术

随着石油勘探开发的发展，深井、水平井等复杂井所占的比例逐渐增加，钻井提速面临着新的挑战。现有的钻井方式主要通过钻头旋转对岩石剪切、冲击来实现破岩。钻头通常包括牙轮钻头及PDC钻头。其中，牙轮钻头在钻遇硬质地层时易产生憋跳钻现象，进而需低转速、低钻压钻进，其严重制约了机械钻速；PDC钻头主要以切削、剪切和挤压方式破碎地层，钻遇硬质地层时由于切入深度较浅，破岩效率降低，当钻压增大时会加剧“粘滑”现象，钻具使用寿命低。

为有效增加PDC钻头的切入深度，同时抑制钻头的粘滑振动。现有的方式是采用复合冲击钻井工具，该工具由轴向冲击单元和扭转冲击单元两部分组成，轴向冲击单元中轴向冲锤完成正向冲程后将冲击能量传递给PDC钻头，以增加切入深度。但现有的复合冲击钻井工具在轴向冲锤进入反向冲程时，产生的冲击功易造成钻具底部的纵向振动，从而导致机械钻井效率低，工具使用寿命低等问题的发生。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种反向冲击功小、使用寿命长的复合冲击钻井工具。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种复合冲击钻井工具，包括冲击腔体及轴向冲锤，所述轴向冲锤安装于所述冲击腔体内，并将冲击腔体分隔成正向冲腔及反向冲腔，还包括设于正向冲腔一端的缓冲套，所述缓冲套与轴向冲锤之间设有在轴向冲锤反向冲程时用于减弱轴向冲锤反向冲击功的阻尼间隙，所述轴向冲锤两端的内侧壁上设有回流通道，当所述轴向冲锤进入阻尼间隙时，所述正向冲腔通过阻尼间隙与所述轴向冲锤对应一端的回流通道连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

与所述正向冲腔连通的回流通道上设有轴向配合孔，所述缓冲套上设有凸起配合部，所述轴向配合孔在轴向冲锤反向冲程时进入所述凸起配合部的上方，所述阻尼间隙为所述凸起配合部与轴向配合孔之间的间隙。

所述轴向配合孔为环形配合孔，所述凸起配合部为环形配合部；所述环形配合孔的轴向长度大于或等于所述环形配合部的轴向长度。

所述缓冲套靠近凸起配合部一端的内侧壁上设有用于提供轴向冲锤正向冲程启动所需高压流体的液压腔，所述液压腔通过连通孔与所述正向冲腔连通。

所述轴向冲锤与冲击腔体配合的内外侧壁上设有多个环形均压槽，多个所述环形均压槽沿所述轴向冲锤的轴向布置；位于所述轴向冲锤内侧壁的环形均压槽设于所述轴向冲锤两端的回流通道之间。

所述轴向冲锤的两端端面均设有多个用于保证轴向冲锤快速换向的导流槽，多个所述导流槽沿所述轴向冲锤的周向均布。

还包括扭转冲击组件，所述扭转冲击组件包括从内到外依次套设的防砂支撑套、启动换向锤及扭转冲击锤，所述启动换向锤与扭转冲击锤之间设有高压通道及低压通道，当启动换向锤相对于扭转冲击锤顺时针扭转到极限位置时，所述高压通道与正向冲腔连通，所述低压通道与反向冲腔连通；当启动换向锤相对于扭转冲击锤逆时针扭转到极限位置时，所述高压通道与反向冲腔连通，所述低压通道与正向冲腔连通。

所述扭转冲击组件与缓冲套之间设有法兰型堵头及推力轴承，所述法兰型堵头的一端与所述防砂支撑套螺纹连接，所述法兰型堵头的另一端套设于所述缓冲套内，所述推力轴承通过法兰型堵头抵紧于所述启动换向锤及扭转冲击锤的一端。

所述启动换向锤与防砂支撑套之间设有用于保证启动换向锤顺滑转动的滑动轴承。

还包括相互连接的外壳及上接头，所述冲击腔体由所述外壳、扭转冲击锤及缓冲套围合而成，所述上接头上设有用于安装缓冲套的安装槽。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型在缓冲套与轴向冲锤之间设有阻尼间隙，且轴向冲锤两端的内侧壁上设有回流通道，当轴向冲锤进入阻尼间隙时，正向冲腔通过阻尼间隙与轴向冲锤对应一端的回流通道连通。其使得在轴向冲锤反向冲击靠近缓冲套时正向冲腔的钻井液只能从阻尼间隙排出，其大大减小了轴向冲锤反向冲击时的出流节流面积，起到了液压阻尼的作用，使得轴向冲锤的反向冲击功降低、轴向冲锤对缓冲套的刚性冲击减弱，避免了钻具底部纵向振动的现象，其机械钻井效率高、工具使用寿命长。

本实用新型进一步在轴向冲锤的底端设有轴向配合孔，缓冲套上设有凸起配合部，轴向配合孔在反向冲程时进入凸起配合部的上方，阻尼间隙为凸起配合部与轴向配合孔之间的间隙。其在降低轴向冲锤反向冲击功的同时，且结构简单紧凑、操作方便。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1是本实用新型复合冲击钻井工具的结构示意图。

图2是本实用新型缓冲套的立体结构示意图。

图3是本实用新型轴向冲锤的立体结构示意图。

图中各标号表示：

1、冲击腔体；11、正向冲腔；12、反向冲腔；2、轴向冲锤；21、轴向配合孔；22、环形均压槽；23、导流槽；24、回流通道；3、缓冲套；31、凸起配合部；32、液压腔；33、连通孔；4、阻尼间隙；5、扭转冲击组件；51、防砂支撑套；52、启动换向锤；53、扭转冲击锤；6、法兰型堵头；7、推力轴承；8、滑动轴承；9、外壳；10、上接头。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例的复合冲击钻井工具，包括冲击腔体1、轴向冲锤2及缓冲套3。其中，轴向冲锤2安装于冲击腔体1内，轴向冲锤2将冲击腔体1分隔成正向冲腔11及反向冲腔12，正向冲腔11提供轴向冲锤2正向冲击力，反向冲腔12提供轴向冲锤2反向冲击力；缓冲套3设于正向冲腔11远离冲击腔体1的一端。本实施例中，缓冲套3与轴向冲锤2之间设有阻尼间隙4，轴向冲锤2两端的内侧壁上设有回流通道24，当轴向冲锤2进入阻尼间隙时，正向冲腔11通过阻尼间隙4与轴向冲锤2对应一端的回流通道24连通。使得在轴向冲锤2反向冲击靠近缓冲套3时正向冲腔11的钻井液只能从阻尼间隙4排出，大大减小了轴向冲锤2反向冲击时的出流节流面积，起到了液压阻尼的作用。阻尼间隙4的设置降低了轴向冲锤2的反向冲击功，减弱了轴向冲锤2对缓冲套3的刚性冲击，避免了钻具底部纵向振动的现象，其机械钻井效率高、工具使用寿命长。

如图2、图3所示，与正向冲腔11连通的回流通道24上设有轴向配合孔21，缓冲套3上设有凸起配合部31。轴向配合孔21在轴向冲锤2反向冲程时进入凸起配合部31的上方，阻尼间隙4为凸起配合部31与轴向配合孔21之间的间隙。轴向配合孔21与凸起配合部31的组合形式在降低轴向冲锤2反向冲击功的同时，使得结构简单紧凑、操作方便。

进一步的，本实施例的轴向配合孔21为环形配合孔，凸起配合部31为环形配合部。当阻尼间隙4开始形成到阻尼间隙4长度最大的整个过程中，正向冲腔11的钻井液只能从阻尼间隙4排出，起到反向冲程末段液压阻尼的作用。本实施例中，环形配合孔的轴向长度等于凸起配合部的轴向长度，使得轴向冲锤2可移动至最大反向冲击行程，与缓冲套3的端面抵接配合，其避免了轴向冲锤2反向冲击过大对工具寿命的影响。在其他实施例中，只要能够保证轴向冲锤2最大反向冲击行程即可，也可将环形配合孔的轴向长度设置为大于环形配合部的轴向长度。

如图2所示，缓冲套3靠近凸起配合部31一端的内侧壁上设有液压腔32。在轴向冲锤2正向冲击时，高压钻井液进入液压腔32及正向冲腔11，此时液压腔32及正向冲腔11共同提供轴向冲锤2正向冲击所需的高压流体；在轴向冲锤2反向冲击时，液压腔32关闭，低压钻井液进入正向冲腔11，高压钻井液进入反向冲腔12，完成轴向冲锤2的反向冲击。液压腔32的设置在保证轴向冲锤2正向冲击快速启动的同时，减弱阻尼间隙4液阻的影响。

进一步的，液压腔32通过连通孔33与正向冲腔11连通。连通孔33为多个，多个连通孔33沿缓冲套3的周向均匀分布。多个连通孔33的设置保证了轴向冲锤2在正向冲击时液压腔32的高压钻井液能快速进入正向冲腔11内，以有效推动轴向冲锤2的正向冲击。

如图3，轴向冲锤2与冲击腔体1配合的内侧壁及外侧壁上设有环形均压槽22；同时，位于轴向冲锤2内侧壁的环形均压槽22设于轴向冲锤2两端的回流通道24之间。环形均压槽22的设置有效减小了轴向冲锤2在轴向移动过程中的径向不平衡力，使得轴向冲锤2滑动摩擦力小，保证了轴向冲锤2的冲击效果；同时，环形均压槽22的设置使得高压钻井液的泄漏行程增加，，实现了轴向冲锤2两侧正向冲腔11及反向冲腔12的有效密封。进一步的，环形均压槽22为多个，多个环形均压槽22沿轴向冲锤2的轴向布置。

进一步的，轴向冲锤2的两端端面设有导流槽23。导流槽23沿轴向冲锤2的径向布置，使得轴向冲锤2在正反向冲击的端面极限位置时，钻井液可流入导流槽23内启动轴向冲锤2，避免了钻井液从端面缝隙挤出再推动轴向冲锤2效率低的问题，其保证了轴向冲锤2在正反向冲击时的快速启动。本实施例中，轴向冲锤2的两端端面均设置有六个导流槽23，六个导流槽23沿轴向冲锤2两端端面的周向均布，其进一步保证了轴向冲锤2正反向冲击的快速启动。在其他实施例中，导流槽23的设置数量可根据轴向冲锤2的实际需求进行调整，如设置为四个、五个等。

如图1所示，本实施例的复合冲击钻井工具还包括扭转冲击组件5，扭转冲击组件5包括从内到外依次套设的防砂支撑套51、启动换向锤52及扭转冲击锤53。其中，防砂支撑套51为固定设置，防砂支撑套51内流经高压钻井液；启动换向锤52及扭转冲击锤53可相对转动。本实施例中，启动换向锤52与扭转冲击锤53之间设有高压通道及低压通道，当启动换向锤52相对于扭转冲击锤53顺时针扭转到极限位置时，高压通道与正向冲腔11及液压腔32连通，液压腔32通过连通孔33与正向冲腔11连通，低压通道与反向冲腔12连通，此时轴向冲锤2进入正向冲程；完成正向冲击后，启动换向锤52相对于扭转冲击锤53逆时针扭转到极限位置，液压腔32封闭，高压通道与反向冲腔12连通，低压通道与正向冲腔11连通，此时轴向冲锤2进入反向冲程。

进一步的，扭转冲击组件5与缓冲套3之间设有法兰型堵头6及推力轴承7。其中，法兰型堵头6的一端与防砂支撑套51螺纹连接，以固定防砂支撑套51，法兰型堵头6的另一端套设于缓冲套3内；推力轴承7安装于法兰型堵头6内，并通过法兰型堵头6抵紧于启动换向锤52及扭转冲击锤53的一端，其使得启动换向锤52与扭转冲击锤53之间的高压通道及低压通道有效密封，保证了轴向冲锤的正反向冲击效果。

进一步的，启动换向锤52与防砂支撑套51之间设有滑动轴承8。启动换向锤52靠近推力轴承7的一端设有环形安装槽，滑动轴承8设于环形安装槽内。其保证了启动换向锤52相对防砂支撑套51的顺滑转动。

如图1所示，本实施例的复合冲击钻井工具还包括外壳9及上接头10。其中，外壳9及上接头10螺纹连接，上接头10与上部钻具连接。上接头10上设有安装槽，缓冲套3安装于安装槽内，上接头10对缓冲套3起到轴向限位的作用。

进一步的，冲击腔体1由外壳9、扭转冲击锤53及缓冲套3围合而成。外壳9上设有轴向冲锤2正向冲程至极限位置的配合端面，缓冲套3上设有轴向冲锤2反向冲程至极限位置的配合端面。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种复合冲击钻井工具，包括冲击腔体及轴向冲锤，所述轴向冲锤安装于所述冲击腔体内，并将冲击腔体分隔成正向冲腔及反向冲腔，其特征在于，还包括设于正向冲腔一端的缓冲套，所述缓冲套与轴向冲锤之间设有在轴向冲锤反向冲程时用于减弱轴向冲锤反向冲击功的阻尼间隙，所述轴向冲锤两端的内侧壁上设有回流通道，当所述轴向冲锤进入阻尼间隙时，所述正向冲腔通过阻尼间隙与所述轴向冲锤对应一端的回流通道连通。

2.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，与所述正向冲腔连通的回流通道上设有轴向配合孔，所述缓冲套上设有凸起配合部，所述轴向配合孔在轴向冲锤反向冲程时进入所述凸起配合部的上方，所述阻尼间隙为所述凸起配合部与轴向配合孔之间的间隙。

3.根据权利要求2所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，所述轴向配合孔为环形配合孔，所述凸起配合部为环形配合部；所述环形配合孔的轴向长度大于或等于所述环形配合部的轴向长度。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，所述缓冲套靠近凸起配合部一端的内侧壁上设有用于提供轴向冲锤正向冲程启动所需高压流体的液压腔，所述液压腔通过连通孔与所述正向冲腔连通。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，所述轴向冲锤与冲击腔体配合的内外侧壁上设有多个环形均压槽，多个所述环形均压槽沿所述轴向冲锤的轴向布置；位于所述轴向冲锤内侧壁的环形均压槽设于所述轴向冲锤两端的回流通道之间。

6.根据权利要求5所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，所述轴向冲锤的两端端面均设有多个用于保证轴向冲锤快速换向的导流槽，多个所述导流槽沿所述轴向冲锤的周向均布。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，还包括扭转冲击组件，所述扭转冲击组件包括从内到外依次套设的防砂支撑套、启动换向锤及扭转冲击锤，所述启动换向锤与扭转冲击锤之间设有高压通道及低压通道，当启动换向锤相对于扭转冲击锤顺时针扭转到极限位置时，所述高压通道与正向冲腔连通，所述低压通道与反向冲腔连通；当启动换向锤相对于扭转冲击锤逆时针扭转到极限位置时，所述高压通道与反向冲腔连通，所述低压通道与正向冲腔连通。

8.根据权利要求7所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，所述扭转冲击组件与缓冲套之间设有法兰型堵头及推力轴承，所述法兰型堵头的一端与所述防砂支撑套螺纹连接，所述法兰型堵头的另一端套设于所述缓冲套内，所述推力轴承通过法兰型堵头抵紧于所述启动换向锤及扭转冲击锤的一端。

9.根据权利要求8所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，所述启动换向锤与防砂支撑套之间设有用于保证启动换向锤顺滑转动的滑动轴承。

10.根据权利要求8所述的复合冲击钻井工具，其特征在于，还包括相互连接的外壳及上接头，所述冲击腔体由所述外壳、扭转冲击锤及缓冲套围合而成，所述上接头上设有用于安装缓冲套的安装槽。