CN213392028U - 一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，涉及钻井钻具技术领域，包括外部固定结构和与所述外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，所述外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头、上连接套、下连接套和内花键套，所述内部活动结构包括承压头、弹簧轴、套设于所述弹簧轴外的弹簧总成和下接头，所述承压头、弹簧轴、下接头从上至下依次接触连接，所述上连接套内部轴向方向设置有承压底座和压紧套筒，所述内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，本实用新型利用钻进的震动能量，提高能量利用率，提高钻进机械效率。

Description

一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置

技术领域

本实用新型涉及钻井井下钻具技术领域，具体涉及一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置。

背景技术

近年来，油气田的开发逐渐转向地质条件更复杂、施工难度更大的深部硬质地层，深井、超深井钻进过程中面临着硬质岩层机械钻速小、钻进效率低、施工周期长、建井成本高等难题，制约着钻井工程技术的发展。导致上述问题的因素复杂多样，主要原因有：深井钻井液能量损耗大，致使井底水力能量不足；钻遇硬质岩层时钻柱产生剧烈的不规则振动，使井底钻头上的钻压难以施加。降低井底钻柱的剧烈振动特性、有效利用井底能量来源、改变井底岩石上的载荷作用方式、针对不同岩层调制不同的载荷特性等对提高深井、超深井机械钻速具有重要研究意义。现有井底冲击载荷发生工具多是利用井底钻井液高速流动的动能转化而来，需进一步消耗钻井液的部分水力能量，是对井底原有能量的再分配，使得井底钻头上水眼的射流水力能量降低，不利于井底岩屑的及时冲洗和环空钻井液携岩上返，难以提高井底破岩钻进效率。

如专利号为CN201210420086.4的实用新型专利，公布了一种液压机械式钻柱减震器，包括圆筒状心轴，心轴外套有弹簧，弹簧和心轴之间通过弹簧心轴相连，弹簧外套有弹簧筒体，心轴的一端设有下接头，心轴与下接头之间还设有液压缸，该实用新型的减震方式仅限于通过弹簧方式减震，没有充分利用钻井液的动能，减震方式单一，减震弹簧容易收到过度的冲击力从而损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置。

本实用新型的技术方案是：

一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与所述外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，所述外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头、上连接套、下连接套和内花键套，所述内部活动结构包括承压头、弹簧轴、套设于所述弹簧轴外的弹簧总成和下接头，所述承压头、弹簧轴、下接头从上至下依次接触连接，所述上连接套内部轴向方向设置有承压底座和压紧套筒，所述内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构。

优选的，所述弹力变载荷结构包括上连接套、承压头、弹簧轴、弹簧总成、下接头，所述弹簧上端与所述上连接套下端面限位连接，所述弹簧下端与所述弹簧轴凸起的限位台限位连接，所述承压头下部与所述上连接套滑动密封且轴向活动连接，所述弹簧轴下部限位台与所述下连接套滑动密封且轴向活动连接。

优选的，液压变载荷结构包括承压底座、压紧套筒、承压头、弹簧轴、下接头，所述承压底座、压紧套筒和承压头之间的空间形成液压空腔，所述承压头中部设置有通流孔。

优选的，所述内花键套上端面向内突出，所述弹簧轴下端面与所述内花键套上端面限位接触。

优选的，所述下接头上端设置有外花键结构，与所述内花键套活动连接且形成啮合结构。

优选的，所述上连接套和承压头的滑动密封且轴向活动连接处设置有上动密封总成，所述内花键套和下接头的滑动密封且轴向活动连接处设置有下动密封总成。

优选的，所述压紧套筒内部沿圆周轴线方向设置有液压槽，所述压紧套筒内部形成套筒腔，所述承压头顶部设置有液压管壁和液压凸块，所述液压凸块与所述液压槽相适配，所述液压管壁与所述套筒腔贴合并轴向活动连接，所述液压槽顶部封闭。

优选的，下接头处于最低点时，所述液压槽顶部与液压管壁有液流空隙，所述压紧套筒内部圆周方向设置有限位块，所述液压管壁上设置有限位槽，所述限位槽与所述限位块相适配。

本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：

本发明可用于降低深井、超深井钻柱的剧烈振动状态，并采用钻柱的轴向振动能量调制出轴向交变载荷，使井底钻头在交变载荷作用下破岩钻进，有利于降低井底钻柱的剧烈振动带来的危害，提高井底能量利用率，增加机械钻速，在钻柱轴向振动作用下所述液压空腔的容积会发生周期性变化，从而形成周期性脉动压力，在承压头上产生交变载荷，并进一步传递到井底钻头，提高钻头的破岩钻进效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为压紧套筒与承压头配合结构示意图；

图3为花键连接结构示意图；

图中：1-上接头，2-承压底座，3-上连接套，4-压紧套筒，41-液压槽，42-套筒腔，43-限位块，5-承压头，51-通流孔，52-液压管壁，53-液压凸块，54-限位槽，6-上动密封总成，7-下连接套，8-弹簧总成，9-弹簧轴，10-内花键套，11-下动密封总成，12-下接头。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

实施例一

参照图1所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

实施例二

参照图1所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接。

实施例三

参照图1所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接；

液压变载荷结构包括承压底座2、压紧套筒4、承压头5、弹簧轴9、下接头12，承压底座2、压紧套筒4和承压头5之间的空间形成液压空腔，承压头5中部设置有通流孔51。

实施例四

参照图1所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接；

液压变载荷结构包括承压底座2、压紧套筒4、承压头5、弹簧轴9、下接头12，承压底座2、压紧套筒4和承压头5之间的空间形成液压空腔，承压头5中部设置有通流孔51；

内花键套10上端面向内突出，弹簧轴9下端面与所述内花键套10上端面限位接触。

实施例五

参照图1和图3所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接；

液压变载荷结构包括承压底座2、压紧套筒4、承压头5、弹簧轴9、下接头12，承压底座2、压紧套筒4和承压头5之间的空间形成液压空腔，承压头5中部设置有通流孔51；

内花键套10上端面向内突出，弹簧轴9下端面与所述内花键套10上端面限位接触；

下接头12上端设置有外花键结构，与内花键套10活动连接且形成啮合结构。

实施例六

参照图1和图3所示，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构；

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接；

液压变载荷结构包括承压底座2、压紧套筒4、承压头5、弹簧轴9、下接头12，承压底座2、压紧套筒4和承压头5之间的空间形成液压空腔，承压头5中部设置有通流孔51；

内花键套10上端面向内突出，弹簧轴9下端面与所述内花键套10上端面限位接触；

下接头12上端设置有外花键结构，与内花键套10活动连接且形成啮合结构；

上连接套3和承压头5的滑动密封且轴向活动连接处设置有上动密封总成6，内花键套10和下接头12的滑动密封且轴向活动连接处设置有下动密封总成11。

实施例七

参照图1、图2和图3所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接；

液压变载荷结构包括承压底座2、压紧套筒4、承压头5、弹簧轴9、下接头12，承压底座2、压紧套筒4和承压头5之间的空间形成液压空腔，承压头5中部设置有通流孔51；

内花键套10上端面向内突出，弹簧轴9下端面与所述内花键套10上端面限位接触；

下接头12上端设置有外花键结构，与内花键套10活动连接且形成啮合结构；

上连接套3和承压头5的滑动密封且轴向活动连接处设置有上动密封总成6，内花键套10和下接头12的滑动密封且轴向活动连接处设置有下动密封总成11；

压紧套筒4内部沿圆周轴线方向设置有液压槽41，压紧套筒4内部形成套筒腔42，承压头5顶部设置有液压管壁52和液压凸块53，液压凸块53与液压槽41相适配，液压管壁52与套筒腔42贴合并轴向活动连接，液压槽41顶部封闭，当钻头带动下接头12上升时，液压管壁52向上运动，将液压槽41封闭形成封闭腔室，当承压头5继续上升时，液压凸块在液压槽41内运动，封闭腔室体积变小，产生对液压凸块53的向下作用力，承压头5上升距离越大，该作用力越大，利用封闭腔室内液体可以有效的阻止承压头5继续上升。

实施例八

参照图1、图2和图3所示，一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，包括外部固定结构和与外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头1、上连接套3、下连接套7和内花键套10，内部活动结构包括承压头5、弹簧轴9、套设于弹簧轴9外的弹簧总成8和下接头12，承压头5、弹簧轴9、下接头12从上至下依次接触连接，上连接套3内部轴向方向设置有承压底座2和压紧套筒4，内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构，具体钻进的过程中，钻井液经地面增压后经上接头1进入本实用新型装置，在深井、超深井的钻进过程中钻遇硬质岩层时，井底发生剧烈的跳钻，使得与钻头相连的下接头12、弹簧轴9和承压头5一起发生轴向振动，该轴向振动能量部分被弹簧总成8吸收和存储，可降低钻柱的振动状态。当下接头12、弹簧轴9和承压头5一起向上振动时，弹簧8总成吸收该振动能量并转化为弹性势能进行存储，且此时由压紧套筒4、承压头5和承压底座2所形成的液压空腔的容积将减小，其内钻井液由承压头5中部通流孔51压出，产生一定的憋压作用力，进一步阻碍钻头的上跳，当钻头向上振动到最高点后，弹簧总成8的弹性势能开始释放，且上述液压空腔的憋压压力也会在承压头5上产生轴向作用力，在弹性势能和憋压压力的共同作用下形成沿轴向较大的冲击载荷，通过弹簧轴9和下接头12传递至井底钻头，作用力井底岩石，形成冲击破岩能量。如此循环往复即可调制出周期性轴向交变载荷，提高深井硬质岩层的破岩钻进效率，提高井底能量的利用率，提高钻进的机械效率，并降低钻柱剧烈振动带来的危害。

弹力变载荷结构包括上连接套3、承压头5、弹簧轴9、弹簧总成8、下接头12，弹簧上端与上连接套3下端面限位连接，弹簧下端与弹簧轴9凸起的限位台限位连接，承压头5下部与上连接套3滑动密封且轴向活动连接，弹簧轴9下部限位台与下连接套7滑动密封且轴向活动连接；

液压变载荷结构包括承压底座2、压紧套筒4、承压头5、弹簧轴9、下接头12，承压底座2、压紧套筒4和承压头5之间的空间形成液压空腔，承压头5中部设置有通流孔51；

内花键套10上端面向内突出，弹簧轴9下端面与所述内花键套10上端面限位接触；

下接头12上端设置有外花键结构，与内花键套10活动连接且形成啮合结构；

上连接套3和承压头5的滑动密封且轴向活动连接处设置有上动密封总成6，内花键套10和下接头12的滑动密封且轴向活动连接处设置有下动密封总成11；

压紧套筒4内部沿圆周轴线方向设置有液压槽41，压紧套筒4内部形成套筒腔42，承压头5顶部设置有液压管壁52和液压凸块53，液压凸块53与液压槽41相适配，液压管壁52与套筒腔42贴合并轴向活动连接，液压槽41顶部封闭，当钻头带动下接头12上升时，液压管壁52向上运动，将液压槽41封闭形成封闭腔室，当承压头5继续上升时，液压凸块在液压槽41内运动，封闭腔室体积变小，产生对液压凸块53的向下作用力，承压头5上升距离越大，该作用力越大，利用封闭腔室内液体可以有效的阻止承压头5继续上升；

下接头12处于最低点时，所述液压槽41顶部与液压管壁52有液流空隙，压紧套筒4内部圆周方向设置有限位块43，液压管壁52上设置有限位槽54，限位槽54与限位块43相适配，通过限位块限制压紧套筒4的偏转，防止因为偏转造成的装置损坏。

本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：包括外部固定结构和与所述外部固定结构内部滑动密封的内部活动结构，所述外部固定结构包括从上至下依次螺纹连接的上接头、上连接套、下连接套和内花键套，所述内部活动结构包括承压头、弹簧轴、套设于所述弹簧轴外的弹簧总成和下接头，所述承压头、弹簧轴、下接头从上至下依次接触连接，所述上连接套内部轴向方向设置有承压底座和压紧套筒，所述内部活动结构与外部固定结构均为中空管状结构且轴向滑动连接形成弹力变载荷结构和液压变载荷结构。

2.根据权利要求1所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：所述弹力变载荷结构包括上连接套、承压头、弹簧轴、弹簧总成、下接头，所述弹簧上端与所述上连接套下端面限位连接，所述弹簧下端与所述弹簧轴凸起的限位台限位连接，所述承压头下部与所述上连接套滑动密封且轴向活动连接，所述弹簧轴下部限位台与所述下连接套滑动密封且轴向活动连接。

3.根据权利要求1所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：所述液压变载荷结构包括承压底座、压紧套筒、承压头、弹簧轴、下接头，所述承压底座、压紧套筒和承压头之间的空间形成液压空腔，所述承压头中部设置有通流孔。

4.根据权利要求2所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：所述内花键套上端面向内突出，所述弹簧轴下端面与所述内花键套上端面限位接触。

5.根据权利要求1所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：所述下接头上端设置有外花键结构，与所述内花键套活动连接且形成啮合结构。

6.根据权利要求1所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：所述上连接套和承压头的滑动密封且轴向活动连接处设置有上动密封总成，所述内花键套和下接头的滑动密封且轴向活动连接处设置有下动密封总成。

7.根据权利要求3所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：所述压紧套筒内部沿圆周轴线方向设置有液压槽，所述压紧套筒内部形成套筒腔，所述承压头顶部设置有液压管壁和液压凸块，所述液压凸块与所述液压槽相适配，所述液压管壁与所述套筒腔贴合并轴向活动连接，所述液压槽顶部封闭。

8.根据权利要求3所述的一种可用于深井钻柱减振并调制交变载荷的钻井提速装置，其特征在于：下接头处于最低点时，所属液压槽顶部与液压管壁有液流空隙，所述压紧套筒内部圆周方向设置有限位块，所述液压管壁上设置有限位槽，所述限位槽与所述限位块相适配。

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