复合冲击钻井工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于石油开发领域中一种井下钻具，尤其涉及一种复合冲击钻井工具。
【背景技术】
[0002]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。这些复杂井对钻井提出了很多新的挑战，其中提高钻井的机械钻速是目前急需解决的问题。在这些复杂井中，井下的工况比较复杂，其中包括岩石的上覆压力的增大、井壁对钻井工具摩阻的增加等，这些都对现有钻井工艺提出了很大的挑战，不仅会造成机械钻速的降低，还会造成卡钻等钻井事故，从而大大的增加了钻井的成本。
[0003]现有的钻井方式主要是通过钻头的旋转对岩石剪切、冲击来实现破岩。钻头主要包括roc钻头和牙轮钻头。牙轮钻头主要通过对地层岩石产生冲击、压碎作用、研磨的方式来破岩，这种钻进方式是目前钻硬质地层的一种有效方式，但是机械钻速较低。PDC钻头主要以切削、剪切和挤压方式破碎地层，这种钻头在钻遇硬质地层时由于切入深度较浅，因此破岩效率降低，当钻压增大时会出现“粘滑”现象，这在钻井过程中对钻井产生很严重的不利影响，如减少钻井工具的使用寿命、钻杆连接处的螺纹的脱扣等。目前钻井作业中使用的扭转冲击钻井工具可以较好的解决钻头的粘滑振动问题，其中包括加拿大的torkbuster扭转冲击器、胜利石油管理局钻井工艺研宄所的扭转冲击钻井工具等。但是这种工具只是被动的解决了钻头的“粘滑”现象，没有改变钻头的破岩方式，还是利用钻头的切削齿的刮削来破岩，由于这种破岩方式本身的特性限制，其破岩效率的提高也有一定的局限性，例如不能增加切削齿的切削深度等。
[0004]在钻井过程中也有使用各种轴向冲击钻井工具来提高机械钻速，即通过在钻头处提供一个高频的轴向冲击力来破碎岩石。这种工具一般是通过液压驱动一个冲锤轴向撞击钻头，形成较大的轴向冲击载荷，使得岩石形成体积破碎，或者形成裂缝，从而来增加岩石的破碎效率。基于这种破岩原理，国内外研制出了多种轴向冲击器，种类很多，按工作原理可以分为两大类:阀式冲击器和射流式冲击器。这些工具在钻井现场已经得到应用，有一定的应用效果，但是也存在较多的问题。其中阀式冲击器的结构比较复杂，冲击锤体的质量较大，冲击功较大，对工具中的薄弱部分的寿命提出了很高的要求，尤其会造成密封和阀体的部件寿命的降低，从而使得工具提前失效。而射流式冲击器在现场应用的效果较好，但是受其射流原理本身的限制，目前所使用的射流式冲击器的轴向冲击功较小。而较小的冲击功(低于300J)不能有效的破碎岩石，这样就不能发挥这种冲击破岩方式的优势，因此这种工具在硬质地层钻进时的效果一般。
[0005]结合上述两种钻头钻井方式的优缺点，总结如下:由于岩石的抗剪切能力较低，使得岩石更易于被刮削，因此从理论上说PDC钻头的破岩效率要高于牙轮钻头的破岩效率。只要能提高PDC钻头的切入深度同时不导致钻头的粘滑振动，就能大大提高钻进机械钻速。但是受现有技术的限制，没有能增加PDC钻头在钻遇硬质地层时切入深度的工具。
[0006]由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种复合冲击钻井工具，以克服现有技术的缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种复合冲击钻井工具，以提高硬质地层的破岩效率，降低硬质地层的钻井成本。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种复合冲击钻井工具，钻头具有“立体破岩”效果，消除或降低“粘滑”效应，提高钻井工具的稳定性，延长使用寿命。
[0009]本发明的目的是这样实现的，一种复合冲击钻井工具，该钻井工具包括固定连接的上短节和中部外壳体，该中部外壳体底部挂设有钻头座；
[0010]所述上短节设有中心孔，该中心孔内侧下端设有一圆筒形分流器，分流器侧壁设有分流通道；所述分流器下端依次固定连接有上喷嘴、上腔体和下腔体，所述钻头座上部固定套设有下喷嘴，下喷嘴滑动地设置在下腔体内；
[0011]在中部外壳体内侧且位于上短节下方由上向下顺序设有轴向和周向均固定的套筒、端盖和冲击筒，套筒的顶部顶靠在上短节底部，冲击筒底部顶靠在中部外壳体内侧的一台阶部；所述端盖上设有中心孔，分流器和上喷嘴穿设于该中心孔中并与该中心孔孔壁具有第一间隙，在端盖上方与上短节底部之间的套筒内侧形成有与分流通道导通的环形空间；在端盖下方且位于上喷嘴、上腔体和下腔体的外侧套设有一筛管，筛管底端抵靠在下腔体外侧的一台阶部，所述筛管内壁与上喷嘴、上腔体和下腔体的外壁之间具有第二间隙，所述第二间隙与第一间隙连通；在筛管外侧同轴设有换向筒，换向筒由筛管下部外侧一台阶部轴向定位，换向筒外侧同轴设有圆筒形摆锤，圆筒形摆锤由冲击筒下部内侧轴向定位；
[0012]所述冲击筒底部构成与钻头座连接的底座，所述冲击筒内壁上呈十字交叉地对称设有一对轴向延伸并接近底座的第一扇形槽和一对轴向延伸至底座的第二扇形槽，所述第一扇形槽的扇形角度大于第二扇形槽的扇形角度；位于第一扇形槽与第二扇形槽之间的冲击筒外壁上分别设有一导流槽，四个导流槽轴向向下延伸接近冲击体底部，各导流槽中设有贯通冲击筒筒壁的导流孔；四个导流槽中其中一对对称分布的导流槽为第一导流槽，另一对对称分布的导流槽为第二导流槽；所述冲击筒的底座上设有与钻头座连接的多边形通孔，该多边形通孔的各侧壁分别设有与底座上表面连通的第一射流孔；所述钻头座的外壁上分别设有与第一射流孔导通的第二射流孔；所述端盖的侧壁上周向设有四个与所述导流槽对应的连通槽，所述套筒底部周向也设有四个与连通槽相对的缺槽；由此，顺序由环形空间、缺槽、连通槽、导流槽和导流孔构成一路高压液体进入流道；顺序由环形空间、第一间隙、第二间隙以及筛管上的筛孔构成另一路高压液体进入流道；
[0013]所述圆筒形摆锤的外筒壁对称设有一对轴向设置的第一扇形凸柱，紧邻第一扇形凸柱两侧的筒壁上分别设有第一配流孔和第二配流孔；摆锤内筒壁对称设有一对轴向设置的第二扇形凸柱，紧邻第二扇形凸柱两侧的筒壁上分别设有第三配流孔和第四配流孔；所述第一扇形凸柱与第二扇形凸柱呈十字交叉设置，且第一扇形凸柱的扇形角度大于第二扇形凸柱的扇形角度；所述第一扇形凸柱摆动地设置在冲击筒的第一扇形槽内；
[0014]所述换向筒的外筒壁呈十字交叉式对称设有一对轴向设置的第三扇形凸柱和一对轴向设置的第四扇形凸柱；在各第三扇形凸柱上且邻近第三扇形凸柱两侧分别设有第一换向孔和第二换向孔；在各第四扇形凸柱的外壁上分别设有一轴向延伸并接近其底部的第三扇形槽；所述摆锤上的第二扇形凸柱摆动地设置在换向筒的第三扇形槽中。
[0015]在本发明的一较佳实施方式中，所述圆筒形分流器的顶部周向设有外凸缘，所述分流通道周向设有多个；分流器底部设有与上喷嘴连接的内螺纹。
[0016]在本发明的一较佳实施方式中，所述上喷嘴为圆柱形，上、下端均设有外螺纹，中心设有由上向下口径渐缩的喷射流道。
[0017]在本发明的一较佳实施方式中，所述上腔体为顶部开口、底部设有上凸形底面的圆筒状结构，该上凸形底面的中心设有贯通的第一喷口，上腔体的顶部设有内螺纹，底部设有外螺纹；所述下腔体为上下贯通的圆筒形结构，下腔体的顶部设有内螺纹；所述下喷嘴为底部开口、顶部设有上凸顶面的圆筒形结构，该上凸形顶面的中心设有贯通的第二喷口 ；