一种复合冲击钻井提速装置的制作方法

本实用新型涉及一种钻井提速工具，具体是关于一种复合冲击钻井提速装置。

背景技术：

PDC(聚晶金刚石复合片)钻头是地质钻探行业常用的一种钻井工具，但现有PDC 钻头在使用过程中存在以下两方面问题：1)在钻进过程中，钻头通常存在粘、滑、卡钻现象，一旦发生此情况，就会导致钻柱扭转变形，待扭矩积聚到一定程度时，外力消失导致扭矩快速释放，钻柱扭转振荡，这种工程问题较为严重，会使整个钻井过程不稳定；同时，上述情况容易造成PDC钻头上的复合切削片崩齿，导致PDC钻头失效，降低钻头寿命，也易使钻头松扣，诱发井下事故，在一定程度上降低了钻井效率。2) 对于较硬地层或研磨性地层等复杂地层，钻头的吃入深度不够，无法满足对钻井深度的要求，机械钻速有待提高。

目前，在钻井作业中使用的各类钻井冲击工具通常只能产生轴向冲击力，不但不会解决钻头粘、滑、卡钻现象，加剧的不稳定钻进反而会缩短钻头寿命。在现有技术中，扭转冲击发生器采用涡轮驱动冲击锤产生高频扭转冲击，扭转冲击钻井工具利用螺杆钻具驱动冲击锤，这两种钻井工具能够产生扭转冲击力。但是，仅产生扭转冲击力辅助钻头工作时钻井速度及钻井效率的提高很有限，并且遇到岩石等硬物时钻头破岩能力较差。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种既能够提高机械钻速，又能够减少钻柱扭转震荡，从而延长钻头使用寿命的复合冲击钻井提速装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种复合冲击钻井提速装置，包括下部接头(1)、上部接头(3)、横向冲击发生组件和纵向冲击发生组件，其特征在于：所述横向冲击发生组件包括下部壳体(6)、下体内套(611)、横向冲击换向管 (5)、横向冲击锤(4)、下端盖(2)、上端盖(7)、连接体(612)和下截流环(19)；所述纵向冲击发生组件包括上部壳体(12)、纵向冲击换向管(14)、纵向冲击锤(13)、中间套(15)和节流装置(10)；其中，所述下体内套(611)为空心圆柱体，其通过所述连接体(612)固定在所述下部壳体(6)内；所述下体内套(611)的下端与所述下部接头(1)螺纹联接，上端与所述上部壳体(12)螺纹联接；所述上端盖(7)和下端盖(2)分别安装在所述下体内套(611)的上下两端，以在所述下体内套(611) 内形成横向冲击空腔，所述横向冲击空腔内由内到外依次安装有所述横向冲击换向管(5)和横向冲击锤(4)，且所述横向冲击锤(4)可在所述横向冲击换向管(5)的驱动下沿自身轴线作旋转往复运动；所述横向冲击换向管(5)内形成第一低压液体通道 (55)，所述下截流环(19)安装在横向冲击换向管(5)的下端；所述中间套(15) 固定连接在所述上部壳体(12)内且两者之间形成纵向冲击腔，所述纵向冲击锤(13) 套设在所述中间套(15)上且可沿所述中间套(15)的轴向往复移动；所述纵向冲击换向管(14)设置在所述中间套(15)内并与所述横向冲击换向管(5)连接且同步转动，所述纵向冲击换向管(14)内形成与所述第一低压液体通道(55)连通的高压液体通道(144)，所述纵向冲击换向管(14)与所述中间套(15)之间形成第二低压液体通道(153)；所述节流装置(10)安装在位于所述纵向冲击换向管(14)靠近所述横向冲击换向管(5)的一端，且所述节流装置(10)连通所述第一低压液体通道(55) 和高压液体通道(144)。

在一个优选的实施例中，所述纵向冲击锤(13)将所述纵向冲击腔分隔成第一纵向冲击腔(121)和第二纵向冲击腔(122)，所述中间套(15)上设置有与所述第一纵向冲击腔(121)位置对应的第一纵向连通孔(151)以及与所述第二纵向冲击腔(122) 位置对应的第二纵向连通孔(152)，所述第一纵向连通孔(151)与第二纵向连通孔(152) 在沿所述中间套(15)的周向错位设置；所述纵向冲击换向管(14)上设置有与所述第一纵向连通孔(151)配合的第一纵向连通管(141)以及与所述第二纵向连通孔(152) 配合的第二纵向连通管(142)，所述第一纵向连通管(141)和第二纵向连通管(142) 的末端均与所述中间套(15)的内壁相贴合；所述纵向冲击换向管(14)上还设置有连通所述第一低压液体通道(55)和第二低压液体通道(153)的第三纵向连通管(143)。

在一个优选的实施例中，所述上部壳体(12)内对应所述纵向冲击换向管(14) 的第一端处设置有连接套(9)，所述连接套(9)与所述纵向冲击换向管(14)的第一端配合后形成第一环形槽，所述纵向冲击换向管(14)的第二端与所述中间套(15) 配合后形成第二环形槽，所述第一环形槽和第二环形槽内均设置有滚珠(8)。

在一个优选的实施例中，所述节流装置(10)的周向侧壁与所述纵向冲击换向管 (14)的内周向侧壁相配合，并且所述节流装置(10)与所述纵向冲击换向管(14) 之间设置有密封圈(22)。

在一个优选的实施例中，所述横向冲击锤(4)的外壁面上对称地设置有第一外冲击头(41)和第二外冲击头(42)，并且所述第一外冲击头(41)和第二外冲击头(42) 的周向外壁均与所述下部壳体(6)的内壁相贴合，所述第一外冲击头(41)沿周向的两侧形成有第一横向外压腔(61)和第二横向外压腔(62)，所述第二外冲击头(42) 沿周向的两侧形成有第三横向外压腔(63)和第四横向外压腔(64)；

同时，所述横向冲击锤(4)的内壁面上对称地设置有第一内冲击头(43)和第二内冲击头(44)，并且所述第一内冲击头(43)和第二内冲击头(44)的周向外壁均与所述横向冲击换向管(5)的外壁相贴合，所述第一内冲击头(43)沿周向的两侧形成有第一横向内压腔(51)和第二横向内压腔(52)，所述第二内冲击头(44)沿周向的两侧形成有第三横向内压腔(53)和第四横向内压腔(54)。

在一个优选的实施例中，所述下部壳体(6)的内壁上位于所述第一横向外压腔(61) 和第三横向外压腔(63)之间以及所述第二横向外压腔(62)和第四横向外压腔(64) 之间对称地设置有两组进排液通道(65)，每组所述进排液通道(65)包括有两个第一进液通道(651)和位于两个所述第一进液通道(651)之间的排液通道(652)；所述上端盖(7)上设置有与所述第一进液通道(651)贯通的孔，所述下端盖(2)上设置有与所述排液通道(652)贯通的孔；所述横向冲击锤(4)位于所述第一外冲击头(41) 的两侧均设置有第一过流通孔(411)，所述横向冲击锤(4)位于所述第二外冲击头(42) 的两侧均设置有第二过流通孔(421)。

在一个优选的实施例中，所述第一横向内压腔(51)和第二横向内压腔(52)的两侧以及所述第三横向内压腔(53)和第四横向内压腔(54)的两侧均设置有排液通道(56)，所述第一横向内压腔(51)和第三横向内压腔(53)之间以及所述第二横向内压腔(52)和第四横向内压腔(54)之间对称地设置有两个第二进液通道(57)，两个所述第二进液通道(57)均与所述横向冲击换向管(5)内的第一低压液体通道(55) 连通；所述横向冲击锤(4)位于所述第一内冲击头(43)的两侧均设置有第三过流通孔(431)，所述横向冲击锤(4)位于所述第二内冲击头(44)的两侧均设置有第四过流通孔(441)。

在一个优选的实施例中，所述第一横向内压腔(51)、第二横向内压腔(52)、第三横向内压腔(53)、第四横向内压腔(54)以及排液通道(56)均沿所述横向冲击换向管(5)的轴向设置并且延伸至所述横向冲击换向管(5)的两端；另外，所述下端盖(2)上对称设置有两个泄流通道(21)，每个所述泄流通道(21)与所述横向冲击换向管(5)的第二进液通道(57)和排液通道(56)可选择地连通或不连通。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型在工作时，可以对钻头产生一定频率的横向扭转冲击力和轴向冲击力，形成一种三维动作冲击的功效，从而可以辅助钻头破岩，提高钻头破岩能力，提高在中、硬地层的钻井速度及钻井效率，同时能够解决PDC钻头的粘、滑、卡钻问题，减缓井下钻具的扭转震荡，从而延长钻头使用寿命。2、本实用型在下部壳体内设置下体内套，使得复合冲击钻井提速装置由原来的整体式变成分体式，并且下体内套直接连接钻头，这样工作时旋转锤扭矩通过下体内套直接作用在下部接头上，使得旋转锤工作产生的扭矩直到达钻头，可以减少非工作能量消耗，提高冲击器的扭矩作用效果。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型横向冲击发生组件的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供的复合冲击钻井提速装置包括下部接头1、上部接头3、横向冲击发生组件和纵向冲击发生组件。

横向冲击发生组件包括下部壳体6、下体内套611、横向冲击换向管5、横向冲击锤4、下端盖2、上端盖7、连接体612和下截流环19。

纵向冲击发生组件包括上部壳体12、纵向冲击换向管14、纵向冲击锤13、中间套15和节流装置10。

其中，下体内套611为空心圆柱体，其通过连接体612固定在下部壳体6内。下体内套611的下端可与下部接头1螺纹联接，上端可与上部壳体12螺纹联接。上端盖7和下端盖2分别安装在下体内套611的上下两端，以在下体内套611内形成横向冲击空腔，横向冲击空腔内由内到外依次安装有横向冲击换向管5和横向冲击锤4，且横向冲击锤4可在横向冲击换向管5的驱动下沿自身轴线作旋转往复运动。横向冲击换向管5内形成第一低压液体通道55，下截流环19安装在横向冲击换向管5的下端。

中间套15固定连接在上部壳体12内且两者之间形成纵向冲击腔，纵向冲击锤13 套设在中间套15上且可沿中间套15的轴向往复移动。纵向冲击换向管14设置在中间套15内并与横向冲击换向管5连接且同步转动，纵向冲击换向管14内形成与第一低压液体通道55连通的高压液体通道144，纵向冲击换向管14与中间套15之间形成第二低压液体通道153。节流装置10安装在位于纵向冲击换向管14靠近横向冲击换向管5的一端，且节流装置10连通第一低压液体通道55和高压液体通道144。

在一个优选的实施例中，纵向冲击锤13将纵向冲击腔分隔成第一纵向冲击腔121 和第二纵向冲击腔122，中间套15上设置有与第一纵向冲击腔121位置对应的第一纵向连通孔151以及与第二纵向冲击腔122位置对应的第二纵向连通孔152，第一纵向连通孔151与第二纵向连通孔152在沿中间套15的周向错位设置。纵向冲击换向管 14上设置有与第一纵向连通孔151配合的第一纵向连通管141以及与第二纵向连通孔 152配合的第二纵向连通管142，第一纵向连通管141和第二纵向连通管142的末端均与中间套15的内壁相贴合。纵向冲击换向管14上还设置有连通第一低压液体通道55 和第二低压液体通道153的第三纵向连通管143。

在一个优选的实施例中，上部壳体12内对应纵向冲击换向管14的第一端处设置有连接套9，连接套9与纵向冲击换向管14的第一端配合后形成第一环形槽，纵向冲击换向管14的第二端与中间套15配合后形成第二环形槽，第一环形槽和第二环形槽内均设置有滚珠8。

在一个优选的实施例中，节流装置10的周向侧壁与纵向冲击换向管14的内周向侧壁相配合，并且节流装置10与纵向冲击换向管14之间设置有密封圈22。

在一个优选的实施例中，横向冲击锤4的外壁面上对称地设置有第一外冲击头41 和第二外冲击头42，并且第一外冲击头41和第二外冲击头42的周向外壁均与下部壳体6的内壁相贴合，第一外冲击头41沿周向的两侧形成有第一横向外压腔61和第二横向外压腔62，第二外冲击头42沿周向的两侧形成有第三横向外压腔63和第四横向外压腔64。

同时，横向冲击锤4的内壁面上对称地设置有第一内冲击头43和第二内冲击头 44，并且第一内冲击头43和第二内冲击头44的周向外壁均与横向冲击换向管5的外壁相贴合，第一内冲击头43沿周向的两侧形成有第一横向内压腔51和第二横向内压腔52，第二内冲击头44沿周向的两侧形成有第三横向内压腔53和第四横向内压腔54。

在一个优选的实施例中，下部壳体6的内壁上位于第一横向外压腔61和第三横向外压腔63之间以及第二横向外压腔62和第四横向外压腔64之间对称地设置有两组进排液通道65，每组进排液通道65包括有两个第一进液通道651和位于两个第一进液通道651之间的排液通道652。上端盖7上设置有与第一进液通道651贯通的孔，下端盖2上设置有与排液通道652贯通的孔。横向冲击锤4位于第一外冲击头41的两侧均设置有第一过流通孔411，横向冲击锤4位于第二外冲击头42的两侧均设置有第二过流通孔421。

在一个优选的实施例中，第一横向内压腔51和第二横向内压腔52的两侧以及第三横向内压腔53和第四横向内压腔54的两侧均设置有排液通道56，第一横向内压腔 51和第三横向内压腔53之间以及第二横向内压腔52和第四横向内压腔54之间对称地设置有两个第二进液通道57，两个第二进液通道57均与横向冲击换向管5内的第一低压液体通道55连通。横向冲击锤4位于第一内冲击头43的两侧均设置有第三过流通孔431，横向冲击锤4位于第二内冲击头44的两侧均设置有第四过流通孔441。

在一个优选的实施例中，第一横向内压腔51、第二横向内压腔52、第三横向内压腔53、第四横向内压腔54以及排液通道56均沿横向冲击换向管5的轴向设置并且延伸至横向冲击换向管5的两端。另外，下端盖2上对称设置有两个泄流通道21，每个泄流通道21与横向冲击换向管5的第二进液通道57和排液通道56可选择地连通或不连通。

本实用新型在工作时，复合冲击钻井提速装置利用高压钻井液为动力，驱动横向冲击锤4在下体内套611内作旋转往复运动，从而产生一定频率的横向扭转冲击力；同时，高压钻井液驱动纵向冲击锤13在上部壳体12内作轴向往复运动，从而产生一定频率的轴向冲击力。由于高压钻井液经过节流装置10的节流分压变为低压液体，一部分低压液体经过第一低压液体通道55和下节流环19直接到达下部接头1并直接作用于钻头，一部分低压液体进入到横向冲击发生组件，还有一部分低压液体进入到纵向冲击发生组件。

上述各实施例仅用于对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行示例性描述，并不局限于上述具体实施方式，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。