一种井下液力旋转冲击装置的制作方法

本实用新型涉及一种井下液力旋转冲击装置，属于石油天然气钻采领域。

背景技术：

随着油气开采向更深、更硬地层发展，传统的旋转钻井技术受到很大制约，当钻头在此类地层破岩时，钻柱提供给钻头的扭矩开始小于工作面上岩石的剪切极限，钻头停止随钻柱转动，此时钻头处于粘滞状态。由于井口钻机持续向钻柱提供扭矩，当钻柱中积蓄的扭矩大于钻头下方岩石剪切极限时，钻柱中扭转弹性势能瞬间释放，使钻头绕轴向做不规则的变速运动，此时钻头处于滑脱状态。这种粘滞-滑脱状态周期性交替出现的现象，称为粘滑振动。这将极大增加钻头磨损，加速钻头失效，消耗井口驱动能量，加快下部钻具疲劳失效，降低井身质量，进一步降低钻井效率。

针对上述问题，为了提高钻井效率、减少或消除粘滑振动，国内外一些扭转冲击装置也应运而生。但与国外相比，国内扭转冲击装置结构复杂、寿命受限、技术不成熟，而国外技术保密，引入成本高。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种井下液力旋转冲击装置，用于提高钻头在深部硬地层中的钻井效率、减少或消除粘滑振动。

本实用新型的技术方案是：该装置包括上连接头、外筒、导流装置、旋转冲击发生器和下连接头；外筒上端与上连接头通过螺纹相连，外筒下端与下连接头通过扭矩齿相连，外筒内部、上下连接头之间从上到下安装有导流装置和旋转冲击发生器；导流装置由内导管和导流外套管组成，内导管插装在导流外套管上部，导流外套管下端与旋转冲击发生器上端相连；旋转冲击发生器由端盖、冲击定子、冲击转子、换向阀芯、芯轴、变量喷嘴、密封环、定位支撑环组成，冲击定子下端与下连接头通过螺纹相连，冲击定子底端面有对称布置盲孔，与下连接头中部内端面螺纹通孔相对应，两者通过内六角紧定螺钉相连；下连接头下端通过NC螺纹连接钻头。

所述旋转冲击发生器，从内到外同轴依次安装有芯轴、换向阀芯、冲击转子、冲击定子，在发生器上部安装有端盖，在端盖与换向阀芯、冲击转子的间隙处安装有密封环和定位支撑环，在芯轴下部内台阶面处安装有变量喷嘴，从而共同构成冲击腔、换向腔，以及高压流道和低压流道；所述冲击腔由冲击转子外表面对称布置的扇形冲击体和冲击定子内表面对称布置的扇形槽配合安装构成，并通过发生器上部的端盖形成封闭腔室；所述换向腔由冲击转子内表面对称布置的拨叉和换向阀芯外表面对称布置的导向槽配合安装构成，并通过发生器上部的密封环形成封闭腔室；所述高压流道有两条，主高压流道依次由芯轴螺旋槽、阀芯高压孔组成，辅高压流道依次由端盖半圆槽、冲击定子外半圆槽、定子高压孔组成；所述低压流道有两条，主低压流道依次由换向阀芯泄流槽、芯轴斜泄流孔组成，辅低压流道依次由内半圆槽、芯轴斜泄流孔组成，主、辅低压流道在芯轴下部泄流腔内汇合，并与冲击定子下部通孔相通，构成低压流道出口；所述冲击转子扇形冲击体两侧和拨叉两侧均有流道孔；所述芯轴下部有轴肩；所述冲击定子下部有内台阶面。

本实用新型的有益效果是：产生一定频率、周向扭转、冲击型的机械破岩能量，并直接传递给钻头，有效减少或消除钻头在深部硬地层中的粘滑振动，提高使用寿命，实现高效破岩，并且对钻柱传递的扭矩不产生影响。本装置结构简单，运动部件少，泄漏点少，可靠性高，对钻头和地层适应性强，适合我国钻井工业现状和工况，当装置失效时，对钻进过程也无任何影响。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是附图1中的A-A断面图；

附图3是本实用新型中旋转冲击发生器的外形图。

图中：1.上连接头，2.外筒，3.内导管，4.导流外套管，5.端盖，6.芯轴，7.换向阀芯，8.冲击转子，9.冲击定子，10.变量喷嘴，11.下连接头，12.钻头，13.内六角紧定螺钉，14.泄流腔，15.斜泄流孔，16.螺旋槽，17.密封环，18.定位支撑环，19.外半圆槽，20.定子高压孔，21.扇形槽，22.扇形冲击体，23.泄流槽，24.内半圆槽，25.拨叉，26.导向槽，27.阀芯高压孔，28.主流道孔，29.辅流道孔，30.端盖半圆槽，31.扭矩齿。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，本实用新型井下液力旋转冲击装置，包括上连接头1、外筒2、导流装置、旋转冲击发生器和下连接头11；外筒2上端与上连接头1通过螺纹相连，外筒2下端与下连接头11通过扭矩齿31相连，从而将钻柱的扭矩向下直接传递给钻头，外筒2内部、上下连接头之间从上到下安装有导流装置和旋转冲击发生器；导流装置由内导管3和导流外套管4组成，内导管3插装在导流外套管4上部，导流外套管4下端与旋转冲击发生器上端相连，钻井液经过导流装置后分为两股，一股进入旋转冲击发生器芯轴6内部，通过主高压流道进入冲击腔，另一股流到旋转冲击发生器端盖5上方，通过辅高压流道进入换向腔；旋转冲击发生器由端盖5、冲击定子9、冲击转子8、换向阀芯7、芯轴6、变量喷嘴10、密封环17、定位支撑环18组成，冲击定子9下端与下连接头11通过螺纹相连，冲击定子9底端面有对称布置盲孔，与下连接头11中部内端面螺纹通孔相对应，两者通过内六角紧定螺钉13连接，用以传递冲击扭矩，并防止由于冲击引起的螺纹松动；下连接头11下端通过NC螺纹连接钻头12。

结合附图2、附图3所示，旋转冲击发生器从内到外同轴依次安装有芯轴6、换向阀芯7、冲击转子8、冲击定子9，在发生器上部安装有端盖5，在端盖5与换向阀芯7、冲击转子8的间隙安装有密封环17和定位支撑环18，在芯轴6下部内台阶面处安装有变量喷嘴10，从而共同构成冲击腔、换向腔，以及高压流道和低压流道；冲击腔由冲击转子8外表面对称布置的扇形冲击体22和冲击定子9内表面对称布置的扇形槽21配合安装构成，并通过发生器上部的端盖5形成封闭腔室，扇形冲击体22在换向阀芯7、主高压流道和主低压流道的共同作用下沿扇形槽21做往复运动，同时冲击扇形槽21内壁，并带动冲击转子8做往复旋转运动；换向腔由冲击转子8内表面对称布置的拨叉25和换向阀芯7外表面对称布置的导向槽26配合安装构成，并通过发生器上部的密封环17形成封闭腔室，换向阀芯7在拨叉25的带动下与冲击转子8同时做旋转运动，当一次旋转行程结束时，导向槽26在旋转惯性、辅高压流道和辅低压流道的共同作用下相对拨叉25继续运动，导致冲击腔中进液口和出液口的转换，从而实现冲击转子8的逆向旋转，并带动换向阀芯7逆向旋转，完成换向；高压流道有两条，主高压流道依次由芯轴6螺旋槽16、阀芯高压孔27组成，辅高压流道依次由端盖半圆槽30、冲击定子9外半圆槽19、定子高压孔20组成；低压流道有两条，主低压流道依次由换向阀芯7泄流槽23、芯轴6斜泄流孔15组成，辅低压流道依次由内半圆槽24、芯轴6斜泄流孔15组成，主、辅低压流道在芯轴6下部泄流腔14内汇合，并与冲击定子9下部通孔相通，构成低压流道出口；冲击转子8的扇形冲击体22两侧和拨叉25两侧均有流道孔28、29，用作冲击腔和换向腔的进液口或出液口，主高压流道和主低压流道通过主流道孔28连接冲击腔，辅高压流道和辅低压流道通过辅流道孔29连接换向腔；芯轴6下部有轴肩，用以支撑换向阀芯7；冲击定子9下部有内台阶面，用以支撑芯轴6。

本实用新型井下液力旋转冲击装置工作时，钻井液从上连接头1通孔进入导流装置，分流后一股进入主高压流道，另一股进入辅高压流道；主高压流道内钻井液通过主流道孔28中的进液口进入冲击腔，推动扇形冲击体22运动，同时通过拨叉25带动换向阀芯7旋转，扇形冲击体22另一边的钻井液通过主流道孔28中的出液口进入主低压流道，当一次行程结束时，扇形冲击体22冲击扇形槽21，形成对冲击定子9的冲击力；此时，辅高压流道内钻井液通过辅流道孔29中的进液口进入换向腔，导向槽26在高压钻井液的推动力和换向阀芯7旋转惯性作用下继续运动，导致冲击腔中进液口和出液口的转换，实现扇形冲击体22的逆向运动，以及换向阀芯7的逆向旋转，完成换向，拨叉25另一边的钻井液通过辅流道孔29中的出液口进入辅低压流道，之后重复上述冲击、换向过程；低压流道内钻井液从旋转冲击发生器流出后通过下连接头11中空进入钻头12流道系统，再从钻头12喷嘴喷出；由于冲击腔和换向腔对称布置，因此冲击转子8对冲击定子9的一对冲击力构成冲击扭矩，通过内六角紧定螺钉13传递给下连接头11，下连接头11再传递给钻头12。地面提供的扭矩通过钻柱传递给上连接头1，上连接头1通过外筒2、下连接头11将扭矩传递给钻头12。钻头12在地面转矩和冲击转矩共同作用下破岩，提高钻速。

以上仅是实现本实用新型的一个实施方式，基于此实用新型原理的其它结构形式在本实用新型的范围之内。