CN216360982U - 一种耦合冲击钻井提速器 - Google Patents

Abstract

一种耦合冲击钻井提速器，包括依次螺接相连的钻杆接头、冲击总成及钻头接头，冲击总成包括冲击外体和扭冲总成，还包括凸轮轴冲总成，凸轮轴冲总成包括位于冲击外体的斜坡面和位于钻头接头的凸轮凸头，扭冲总成和凸轮轴冲总成同步耦合运动，能在高压钻井液的驱动下，产生高频、稳定、均匀、藕合同步的扭向和轴向冲击功能并直接作用在钻头上，没有任何额外的扭矩消耗。非常有利于钻头吃入岩层来碎石破岩，可大大提高机械钻速，降低建井成本，大幅提升钻井行业的经済效益。

Description

一种耦合冲击钻井提速器

技术领域

本发明专利涉及石油钻采行业的钻井配套设备技术领域，尤其是一种耦合冲击钻井提速器。

背景技术

随着经济的不断发展，石油已经成为人民生活的必需品，而石油勘探作业中钻井的速度起到重要作用。影响钻井速度的因素较多，所以当下石油企业中如何提高钻井速度是急需解决的问题。通过优化钻井工艺在技术上对钻井工具进行创新才能保障企业可持续发展。

目前提高钻井速度的钻井工具主要以各种冲击器为主，这种扭力周向冲击工具都是将扭转冲击作用在工具外体上，再将冲击扭矩传递至钻头，或者是以外体配内筒结构，冲击扭矩直接作用在钻头上。这些结构首先钻头吃入岩层深度不夠，还有是将扭矩大量消耗在扭冲内筒和钻杆上，这些内筒安装结构极易整体掉脱落井造成井眼报废。这种情况在国内多地油田已有发生，造成极大的经济损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的技术问题，而提出的一种耦合冲击钻井提速器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种耦合冲击钻井提速器，包括依次螺接相连的钻杆接头、冲击总成及钻头接头，冲击总成包括冲击外体和扭冲总成，还包括凸轮轴冲总成，凸轮轴冲总成包括位于冲击外体的斜坡面和位于钻头接头的凸轮凸头，冲击外体上端通过内螺纹连接钻杆接头，冲击外体冲击外体下部内凸形成用于扭冲总成防掉的第一台阶，扭冲总成固定安装于第一台阶和钻杆接头之间，且扭冲总成与钻头接头相连带动钻头接头周向扭转，冲击外体下端向下延伸形成嵌入块，嵌入块的周向两端分别为A、B端，嵌入块A端连有用于钩接钻头接头的钩头，嵌入块B端上部与冲击外体下底面之间通过斜坡面相连，钻头接头外层相对嵌入块开有嵌合槽，嵌合槽的周向两端分别为C、D端，嵌合槽C端内凹形成与钩头扭转配合的钩头槽，且钩头槽与钩头之间留有第一轴向间隙和第一周向间隙，嵌合槽D端预留有用于固定安装凸轮挡块的挡块槽，挡块槽位于斜坡面下方，凸轮挡块上端面凸起形成与斜坡面相抵的凸轮凸头，且凸轮挡块与嵌合块B端之间留有供钻头接头相对冲击外体扭转的第二周向间隙。

优选的，扭冲总成包括扭冲内套、扭冲转向阀、扭冲冲击重锤、连接套、喷嘴和上、下端盖板；冲击外体中部由外至内依次套设有扭冲内套、扭冲冲击重锤和扭冲转向阀，扭冲转向阀内部中空形成中心腔，扭冲冲击重锤和扭冲转向阀的两端端面分别设有用于轴向限位扭冲转向阀和扭冲冲击重锤的上端盖板和下端盖板，上端盖板上开有钻井液通孔，下端盖板上安装有喷嘴，中心腔上部通过钻井液通孔与钻杆接头内孔连通，中心腔下部通过喷嘴与钻头接头内孔连通，连接套位于下端盖板与第一台阶之间，且连接套与扭冲内套下端螺纹固定连接，连接套内壁设有内八角键，钻头接头上端设有与连接套内八角键相啮合的外八角键。

优选的，扭冲冲击重锤上设有两个冲击锤头和两个启动锤头，冲击锤头和启动锤头均两两对称中心腔设置，且冲击锤头和启动锤头两两交错设置，扭冲内套内壁对应冲击锤头内凹形成用于供冲击锤头周向扭转运动的冲击腔，扭冲转向阀外壁对应启动锤头内凹形成用于供启动锤头轴向扭转运动的启动腔，扭冲总成通过钻井液驱动扭冲冲击重锤周向冲击扭冲内套带动与扭冲内套键连接的钻头接头周向扭转。

优选的，嵌入块的个数为两个，且两个嵌入块关于冲击外体的轴心成中心对称。

优选的，凸轮挡块通过定位销与钻头接头插入后焊接固定。

优选的，钻头接头内孔中部和连接套上分别设有相贯通的横肖孔，横肖孔内放置有横肖，且钻头接头内孔还刻有用于螺接防脱螺套的内螺纹。

优选的，斜坡面的坡度角不大于15°。

优选的，嵌入块A端下部沿周向延伸作为钩头。

优选的，挡块槽侧壁内凹形成与凸轮挡块插接配合的台阶，凸轮挡块侧壁至少相对台阶外凸形成插接凸条。

优选的，冲击外体的外表面与钻头接头的外表面齐平。

本发明的有益效果是：

其工作时产生的高频、稳定、均匀周向扭转冲击扭矩和藕合同步的轴向坡形压力都能直接作用在钻头上，没有额外的消耗。本工具使钻头在钻杆驱动下旋转钻井的同时，还产生额外的周向扭转冲击和轴向坡形压力，从而使钻头更易切入岩层，增加了碎石破岩的效率，在提高机械钻速进尺的同时，能有效消除钻头的卡滑现象，还能保护钻头提高钻头的使用寿命。

本工具结构及其简化，体内的运动部件少，无螺栓、电器元件等，全部零件以优质合金结构钢经先进热处理工艺，能耐磨损和高压泥浆冲蚀，提高了使用寿命，也提高了系统的稳定可靠性及防止工具内零件掉脱落井的安全性。

本工具的结构没有国内外通常使用的冲击外体加内筒的简单结构，而将扭冲总成安装在冲击外体的第一台阶以内，有效消除了零件掉脱落井的风险隐患保证了井下的安全性。

另外：本工具可以与井下其它动力钻具配合使用，即使在工具失效时也能照常钻井作业，只是钻效降低了。还可以根据不同地质和钻头特性通过改变喷嘴孔径调整压降达到最佳进尺。

附图说明

图1为一种耦合冲击钻井提速器的局部结构外表面图；

图2为一种耦合冲击钻井提速器的整体结构示意图；

图3为图2的A-A剖面示意图；

图4为图2的B-B剖面示意图；

图5为一种耦合冲击钻井提速器的冲击外体底部结构图；

图6为图2的C-C剖面扭转冲击工作原理图一；

图7为图2的C-C剖面扭转冲击工作原理图二；

图8为图2的C-C剖面扭转冲击工作原理图三。

其中上述附图包括以下附图标记： 1钻杆接头；2冲击外体；3上压紧圈；4上端盖板；5密封圈；6扭冲转向阀；7扭冲冲击重锤；8扭冲内套；9喷嘴；10下端盖板；11 连接套；12横肖；13防脱螺套；14滚珠；15钻头接头；16凸轮凸头；17第二周向间隙；18凸轮挡块；19第一轴冲间隙；20第一台阶； 21第二台阶；26斜坡面；211嵌入块；212钩头；213嵌入块B端； 201、冲击液排泄槽；202、冲击腔；203、冲击液流道；204、冲击液进水口；205、启动液排泄槽；206、启动腔；207、启动液流道；208、启动液进水槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

结合实施例及附图1-8，一种耦合冲击钻井提速器，包括依次螺接相连的钻杆接头1、冲击总成及钻头接头15，冲击总成包括冲击外体2和扭冲总成，冲击外体上端通过内螺纹连接钻杆接头，还包括凸轮轴冲总成，凸轮轴冲总成包括位于冲击外体的斜坡面26和位于钻头接头的凸轮凸头16，冲击外体冲击外体下部内凸形成用于扭冲总成防掉的第一台阶21，扭冲总成固定安装于第一台阶21和钻杆接头 1之间，且扭冲总成与钻头接头相连带动钻头接头15周向扭转，冲击外体下端向下延伸形成嵌入块211，嵌入块的周向两端分别为A、B 端，嵌入块A端连有用于钩接钻头接头的钩头212，嵌入块B端213 上部与冲击外体下底面之间通过斜坡面26相连，钻头接头外层相对嵌入块开有嵌合槽，嵌合槽的周向两端分别为C、D端，嵌合槽C端内凹形成与钩头扭转配合的钩头槽，且钩头槽与钩头之间留有第一轴向间隙和第一周向间隙，嵌合槽D端预留有用于固定安装凸轮挡块 18的挡块槽，挡块槽位于斜坡面下方，凸轮挡块上端面凸起形成与斜坡面相抵的凸轮凸头，且凸轮挡块与嵌合块B端之间留有供钻头接头相对冲击外体扭转的第二周向间隙17。位于冲击外体下端的斜坡面作为静凸轮，钻头接头15嵌入固定的凸块挡块作为动凸轮，构成凸轮轴冲总成，扭冲总成和凸轮轴冲总成同步耦合冲击运动，扭冲总成产生周向扭转冲击时带动凸轮凸头16推压斜坡面从而产生轴向坡形压力并直接作用在钻头上，在扭向冲击的带动下同步向钻头提供轴向坡形压力。

图1-3所示的耦合冲击钻井提速器，在冲击外体2下部与钻头接头15上凸块挡块之间留有用于限位钻头接头周向扭转角度的第二周向间隙17。使扭冲内套8受扭冲冲击重锤7的扭转冲击时，由于第二周向间隙17的存在，使得本工具在钻杆驱动旋转钻井的同时，还产生钻头的周向扭转冲击功能，更易钻进坚硬的地层碎石破岩了。

图2所示的耦合冲击钻井提速器，扭冲总成包括扭冲内套8、扭冲转向阀6、扭冲冲击重锤7、连接套11、喷嘴9和上、下端盖板4、 10；冲击外体中部由外至内依次套设有扭冲内套、扭冲冲击重锤和扭冲转向阀，扭冲转向阀内部中空形成中心腔，扭冲冲击重锤和扭冲转向阀的两端端面分别设有用于轴向限位扭冲转向阀和扭冲冲击重锤的上端盖板4和下端盖板10，上端盖板上开有钻井液通孔，下端盖板上安装有喷嘴，中心腔上部通过钻井液通孔与钻杆接头内孔连通，中心腔下部通过喷嘴与钻头接头内孔连通，连接套位于下端盖板与第一台阶之间，且连接套与扭冲内套下端螺纹固定连接，连接套内壁设有内八角键，钻头接头上端设有与连接套内八角键相啮合的外八角键。

连接套与第一台阶21的阶面之间设有滚珠和第二轴向间隙。

钻头接头内孔还连有防掉螺套13和横肖12，钻头接头内孔中部和连接套上分别设有相贯通的对称二只横肖孔，横肖孔内放置有横肖，钻头接头内孔还刻有用于螺接防脱螺套的内螺纹。

横肖12二只对称插入，依次插入连接套中部的横肖孔、八角键所在的钻头接头15上端的横肖孔，使该连接套与钻头接头完全固定连接为一体，防掉螺套13螺接固定在钻头接头15的内孔中部，其作用是阻档横肖12的掉脱。

进一步的，连接套中部的横肖孔和钻头接头上的横肖孔互相连通，插入横肖后一端由扭冲内套下端螺纹封闭，另一端由后装入的防脱螺套装入钻头接头后封闭。使横肖固定在连接套和钻头接头上，使该二件完全连接成一体。

由冲击外体2下部的第一台阶21阻档，保证了冲击外体2内的全部零件绝不会掉脱落井，而钻头接头15与设在冲击外体2下端的钩头互相插入后，不仅能传递冲击扭矩更有防掉效果。再由嵌入并固定的凸块挡块的限位阻档，同时也引成了第二周向间隙17和第一轴冲间隙19。还有横肖12在钻头接头与内套8固定螺接的连接套11 上的插入连接。这多重防掉结构，能有效保障钻头接头的防掉作用，保障井下安全。

嵌入块的个数为两个，且两个嵌入块关于冲击外体的轴心成中心对称。

凸轮挡块通过定位销与钻头接头插入后焊接固定，钻头接头上设有用于插入定位销的盲孔。

斜坡面的坡度角不大于15°。且凸轮凸点上端面、凸轮挡块上端面均与斜坡面平行设置。

冲击外体下端的嵌入块A端下部沿周向延伸作为钩头。

冲击外体的外表面与钻头接头的外表面齐平。

耦合冲击钻井提速器的扭冲总成的扭冲冲击重锤上设有两个冲击锤头和两个启动锤头，冲击锤头和启动锤头均两两对称中心腔设置，且冲击锤头和启动锤头两两交错设置，扭冲内套内壁对应冲击锤头内凹形成用于供冲击锤头周向扭转运动的冲击腔202，扭冲转向阀外壁对应启动锤头内凹形成用于供启动锤头轴向扭转运动的启动腔 206，扭冲总成通过钻井液驱动扭冲冲击重锤周向冲击扭冲内套带动与扭冲内套键连接的钻头接头周向扭转。

扭冲内套、扭冲转向阀、扭冲冲击重锤、上端盖板和下端盖板上分别设有若干用于高压钻井液进出启动腔和冲击腔的进出液流道，进出液流道组包括冲击液流道203、启动液流道207、启动液进水槽208、冲击液进水口204、启动液排泄出口、冲击液排泄出口、启动液排泄槽205和冲击液排泄槽201，扭冲转向阀上设有冲击液排泄槽和冲击液进水口，冲击液进水口位于扭冲转向阀中心腔的中部两侧，扭冲内套上开有启动液进水槽和启动液排泄槽，上端盖板上开有启动液进水口，启动液进水口与扭冲内筒上的启动液进水槽相通，下端盖板上设有启动液排泄出口和冲击液排泄出口，启动液排泄出口连通扭冲内套上的启动液排泄槽，冲击液排泄出口连通扭冲内套上的冲击液排泄槽；扭冲冲击重锤在冲击锤头的两侧开有用于高压钻井液进出冲击腔的冲击液流道，扭冲冲击重锤在启动锤头的两侧开有用于高压钻井液进出启动腔的启动液流道。冲击液流道和冲击液排泄槽转动连通，冲击液流道与冲击液进水口转动连通，启动液流道与启动液进水槽转动连通。扭冲内套上设有用于限位上端盖板的上压紧圈，上压紧圈位于上端盖板上方与钻杆接头之间，上压紧圈螺接于扭冲内筒上，上端盖板上表面内凹形成与上压紧圈下部相吻合的第一凹台。

下端盖板10上安装有喷嘴9，使高压钻井液进入扭冲转向阀6 的内孔时，经喷嘴9变径产生更高的压降来推动扭冲冲击重锤7撞击扭冲内套8，且为适应不同地层和钻头特性，喷嘴9可以选择不同孔径尺寸，使钻井液经喷嘴变径产生的压降更有利于碎石破岩。

图2、6-8所示的耦合冲击钻井提速器中，扭冲转向阀6中钻井液经扭冲冲击重锤7上的启动液流道207进入启动腔206时，使扭冲冲击重锤7上的冲击液流道203与扭冲转向阀6上的冲击液进水口 204对上，使高压钻井液进入冲击腔202完成扭冲冲击重锤7的扭转周向冲击：从钻杆接头1内进入的高压钻井液，经扭冲内套8上的启动液进水槽208流经扭冲冲击重锤7上的启动液流道207，进入启动腔206，推动扭冲转向阀6换向的同时，其冲击液进水口204正与扭冲冲击重锤7上的冲击液流道203对上，使高压钻井液进入冲击腔 202，完成扭冲冲击重锤7的冲击。与此同时扭冲内套8上的另一条启动液进水槽208正对上了扭冲冲击重锤7内径启动头上另一侧的启动液流道207，使高压钻井液进入另一侧启动腔206，完成了扭冲转向阀6的反向启动，同时也使扭冲转向阀6上的另一冲击液进水口 204，对上了扭冲冲击重锤7锤头上另一侧的冲击液流道203，使高压钻井液进入另一侧冲击腔202，完成了扭冲冲击熏锤7对扭冲内套 8的反向冲击。如此往复循环完成了扭冲冲击重锤7对扭冲内套8的扭转周向冲击功能，且又近距离将这冲击扭矩传递到钻头上，就更易钻进去碎石破岩，提高了钻井效率。

耦合冲击钻井提速器，两个冲击锤头的两边均设有供高压钻井液进入与冲击腔202的冲击液流道203。冲击液进水口204的个数为四个，四个冲击液进水口204与四个冲击液流道203一一对应转动连通。

高压钻井液在完成一向的启动和冲击功能后，启动腔206内的钻井液是通过扭冲冲击重锤7内启动头上另一侧启动液流道207，流经扭冲内套8上的启动液排泄槽205，流向下端盖板10上的排泄孔，经钻头接头12至体外。而进入冲击腔202内的高压钻井液在反向扭转时，扭冲冲击重锤7外侧冲击锤头上另一冲击液流道203正对上扭冲转向阀6上的冲击液排泄槽201，钻井液经冲击液排泄槽201流向下端盖板10上的冲击液排泄出口，排向钻头接头12至体外。如此往复循环，完成了启动腔206和冲击腔202内的钻井液在完成冲击功能后的排泄。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耦合冲击钻井提速器，包括依次螺接相连的钻杆接头、冲击总成及钻头接头，冲击总成包括冲击外体和扭冲总成，其特征在于：还包括凸轮轴冲总成，凸轮轴冲总成包括位于冲击外体的斜坡面和位于钻头接头的凸轮凸头，冲击外体上端通过螺纹连接钻杆接头，冲击外体下部内凸形成用于扭冲总成防掉的第一台阶，扭冲总成固定安装于第一台阶和钻杆接头之间，且扭冲总成与钻头接头相连带动钻头接头周向扭转，冲击外体下端向下延伸形成嵌入块，嵌入块的周向两端分别为A、B端，嵌入块A端连有用于钩接钻头接头的钩头，嵌入块B端上部与冲击外体下底面之间通过斜坡面相连，钻头接头外层相对嵌入块开有嵌合槽，嵌合槽的周向两端分别为C、D端，嵌合槽C端内凹形成与钩头扭转配合的钩头槽，且钩头槽与钩头之间留有第一轴向间隙和第一周向间隙，嵌合槽D端预留有用于固定安装凸轮挡块的挡块槽，挡块槽位于斜坡面下方，凸轮挡块上端面凸起形成与斜坡面相抵的凸轮凸头，且凸轮挡块与嵌合块B端之间留有供钻头接头相对冲击外体扭转的第二周向间隙。

2.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：扭冲总成包括扭冲内套、扭冲转向阀、扭冲冲击重锤、连接套、喷嘴和上、下端盖板；冲击外体中部由外至内依次套设有扭冲内套、扭冲冲击重锤和扭冲转向阀，扭冲转向阀内部中空形成中心腔，扭冲冲击重锤和扭冲转向阀的两端端面分别设有用于轴向限位扭冲转向阀和扭冲冲击重锤的上端盖板和下端盖板，上端盖板上开有钻井液通孔，下端盖板上安装有喷嘴，中心腔上部通过钻井液通孔与钻杆接头内孔连通，中心腔下部通过喷嘴与钻头接头内孔连通，连接套位于下端盖板与第一台阶之间，且连接套与扭冲内套下端螺纹固定连接，连接套内壁设有内八角键，钻头接头上端设有与连接套内八角键相啮合的外八角键。

3.根据权利要求2所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：钻头接头内孔中部和连接套上分别设有相贯通的横肖孔，横肖孔内放置有横肖，且钻头接头内孔还刻有用于螺接防脱螺套的内螺纹。

4.根据权利要求2所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：扭冲冲击重锤上设有两个冲击锤头和两个启动锤头，冲击锤头和启动锤头均两两对称中心腔设置，且冲击锤头和启动锤头两两交错设置，扭冲内套内壁对应冲击锤头内凹形成用于供冲击锤头周向扭转运动的冲击腔，扭冲转向阀外壁对应启动锤头内凹形成用于供启动锤头轴向扭转运动的启动腔，扭冲总成通过钻井液驱动扭冲冲击重锤周向冲击扭冲内套带动与扭冲内套键连接的钻头接头周向扭转。

5.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：嵌入块的个数为两个，且两个嵌入块关于冲击外体的轴心成中心对称。

6.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：凸轮挡块通过定位销与钻头接头插入后焊接固定，钻头接头开有用于插入定位销的盲孔。

7.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：斜坡面的坡度角不大于15°。

8.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：冲击外体下端的嵌入块A端下部沿周向延伸作为钩头。

9.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：挡块槽侧壁内凹形成与凸轮挡块插接配合的台阶，凸轮挡块二侧壁相对台阶外凸形成插接凸条。

10.根据权利要求1所述的一种耦合冲击钻井提速器，其特征在于：冲击外体的外表面与钻头接头的外表面齐平。

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