钻井提速装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种钻井提速装置。
【背景技术】
[0002]在石油、天然气、地热、地下水等资源的开采过程中及地质钻探取芯等作业过程中，需要通过钻井的方式不断破碎岩石。而随井深的增大，破岩难度也不断增大，尤其是会导致钻井的速度急剧降低。
[0003]为了提高机械钻速，现有技术中提出了通过脉冲射流和冲击破岩来提高机械钻速。脉冲射流是将井底连续喷射的钻井液调制为脉冲喷射，可以改善井底流场，减少液柱对岩石的压持效应，减少岩肩的重复破碎，从而提高破岩效率。
[0004]申请号201210027666.7的专利中提出一种脉冲式井下增压射流钻井方法及装置，利用钻柱振动或钻压大小变化作为动力源，将钻柱的动能或钻柱势能转换为液体的压能，达到井下增压、超高压射流破岩。其基本原理是:钻柱由于上下振动(或钻压变化)时，上接头与壳体在外力作用下带动增压缸体相对增压活塞上下运行(工具伸长或缩短)，对进入增压缸体内的工作液进行间断式增压。外力或钻压的变化使增压活塞相对增压缸体上下往复运行。
[0005]申请号201310047969.X的专利中提出一种吸振式井下液压脉冲发生装置及其钻井方法，利用钻柱的纵向振动及钻压波动，周期性压缩柱塞缸里面的钻井液从而产生脉冲射流。当钻柱向下振动时，当柱塞头的运动速度大于柱塞缸内钻井液的流速时单向阀关闭，柱塞缸内的钻井液压力增加。当柱塞头的速度小于柱塞缸内钻井液的流速时，单向阀开启，钻井液常压流入钻头。当钻柱向上振动时，单向阀开启，柱塞缸内压力低于正常压力，形成压力周期性增大与降低从而实现脉冲射流。
[0006]专利ZL201110147745.7中提出一种谐振脉冲振动钻井装置。其利用钻井液流过涡轮或螺杆时产生的动力带动密封块旋转，实现密封块与导流板上扰流通孔位置的重合与错开，实现周期性的脉冲射流。同时，通过脉冲扰流和改变流体的过流面积形成的压差，实现谐振脉冲传扭腔带动钻头轴向往复振动。但此装置对钻头可施加的冲击功较少，而且该装置需要涡轮或螺杆井下动力钻具提供旋转动能。
[0007]总之，现有技术的钻井装置的破岩效率和机械钻速还有待提尚。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能提高钻井装置的破岩效率和机械钻速的钻井提速装置。
[0009]本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的钻井提速装置，其用于连接钻具和钻头，该装置集钻柱减振、脉冲和冲击于一体，在钻进时形成减振、脉冲冲击和脉冲射流作用于钻头上。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。本发明中的钻井提速装置集中了减振、脉冲和冲击多种功能，在不影响正常钻井作业的同时，通过减振、脉冲和冲击能比较显著地提高破岩效率和机械钻速。
[0011 ] 在一个实施例中，该装置包括钻柱减振组件、脉冲冲击组件和脉冲射流组件，这三部分通过外筒和接头实现相互连接以及与钻具和钻头的连接。实现钻具的纵向减振和纵向钻压传递。
[0012]在一个实施例中，所述脉冲冲击组件包括:
[0013]所述脉冲冲击组件包括:
[0014]中心轴，该中心轴为上端外径比中下端外径大的柱状结构，其上端与用于连接钻具的上接头连接，其中部与钻柱减振组件连接，其下端与脉冲射流组件连接；
[0015]下端连接钻头的受冲击体，设在钻柱减振组件的下方并通过下接头、下部外筒与中接头连接，其内设有容纳中心轴的下端的空腔；和
[0016]冲击锤，其设在钻柱减振组件、中心轴、下部外筒、受冲击体形成的冲击腔内，随着中心轴运动并将冲击作用经受冲击体传递给钻头。中心轴下移时通过冲击锤作用在受冲击体上，将冲击作用经受冲击体传递给钻头，辅助钻头破岩。
[0017]在一个优选的实施例中，所述冲击锤为内径比中心轴小端的外径大的环状结构，且其内侧设有与中心轴上的带动块配合的带动槽。冲击锤与中心轴为滑动连接。而且冲击锤可在冲击腔内做纵向振动。另外，冲击腔的开口与流通通道连通。
[0018]在一个实施例中，所述中心轴的上端外侧连接上部外筒，所述上部外筒位于钻柱减振组件的上方。在一个优选的实施例中，上部外筒的下端设有滑槽，中心轴通过花键结构以及密封件与上部外筒连接，所述花键结构与滑槽配合且位于密封件的下方。上部外筒内侧的滑槽与中心轴外周面的花键结构配合，不仅能允许中心轴沿着滑槽上下移动，而且能将扭矩传递给上部外筒，最终将扭矩传递给钻头。
[0019]在一个实施例中，所述钻柱减振组件包括承压环和缓冲件；其中:
[0020]承压环套接在中心轴的中部，其上端面抵接在中心轴的大端与小端连接的台肩上;
[0021]缓冲件，上端抵在承压环的下端面，其下端抵接在中接头上；
[0022]所述承压环和缓冲件的外侧均设在中部外筒内。由于在钻头破碎岩石的过程中会引起钻柱的振动，而井下钻柱振动是引起钻具失效的主要原因，会导致钻压不能均匀地加在钻头上，使钻头的寿命和机械钻速都大为降低。为了减少钻柱振动带来的危害，现有技术中提出了多种结构的减振器，例如通过液压或弹簧等部件来抵消钻柱纵向振动的能量，改变钻柱的固有频率。虽然钻柱减振器可以在一定程度上减少振动对钻具的损坏，但振动的能量也未得到有效的利用，造成能量的浪费。本发明不仅能减少钻柱振动带来的危害，同时将钻柱振动能量转化为脉冲射流和冲击作用，较好的辅助钻头破岩，提高机械钻速。
[0023]在一个实施例中，所述脉冲射流组件包括设在中心轴下端内侧的阻流动块和设在受冲击体的上端内侧的阻流静块；当中心轴下移到下限位置时，阻流动块与阻流静块合并从而封闭中部的流通通道。在一个优选的实施例中，阻流动块和阻流静块均为半圆形结构，且靠近中心轴的轴线的一侧比远离中心轴的轴线的一侧薄。中心轴向下运动时，阻流静块和阻流动块合并封堵流通通道。中心轴向上运动时，阻流静块和阻流静块错开，流通通道被打开，钻井液能顺利通过流通通道进入钻头。随着中心轴的上下运动，流通通道被反复地打开和关闭，从而在流通通道内形成脉冲射流，脉冲射流能提高井底岩肩的清理效率，减少重复破碎，提高机械钻速。
[0024]在一个实施例中，所述外筒包括上部外筒、中部外筒和下部外筒，所述接头包括上接头、中接头和下接头，所述上部外筒、中部外筒、中接头、下部外筒和下接头依次固定连接。在一个优选的实施例中，所述上接头、上部外筒、中部外筒、中接头、下部外筒和下接头均具有相同的外径。这样的连接结构连接牢固，而且由于各部件的外形尺寸基本相同，能够方便安装和使用。
[0025]在一个实施例中，所述工具可与牙轮钻头以及PDC钻头配合使用。本发明的钻井提速装置不仅能与牙轮钻头配合使用，而且可与PDC钻头配合使用，从而满足不同工况下的钻井需求。适用范围更广。
[0026]在一个实施例中，在钻进过程中，在钻压的作用下，中心轴向下移动，压缩钻柱减振组件，并将钻压和扭矩向下传递直至传递到钻头上。
【附图说明】
[0027]图1所示为本发明的钻井提速装置的一种具体实施例。
[0028]图2所示为图1中的A-A剖视图。
[0029]图3所示为图1中的B-B剖视图。
[0030]图4所示为图1中的中心轴的结构示意图。
[0031]图5所示为图1的钻井提速装置中的冲击锤冲击受冲击体时的结构示意图。
[0032]图6所示为图1中的钻井提速装置钻井液流通通道关闭时的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0034]如图1所示为本发明的钻井提速装置的一种具体实施例。该钻井提速机构用于连接钻具和钻头，其能用于缓冲及降低钻具传递的振动，并将振动作为动力，形成脉冲冲击和脉冲射流作用于钻头上。
[0035]在一个实施例中，该钻井提速机构主要包括减振组件、脉冲冲击组件和脉冲射流组件。这三部分通过外筒和接头实现相互连接以及与钻具和钻头的连接。外筒主要由上部外筒3、中部外筒7和下部外筒13这三部分构成。接头主要包括上接头1、中接头9和下接头19。其中，上接头1的上端设有与钻具连接的螺纹。
[0036]在一个实施例中，脉冲冲击组件主要包括中心轴2、受冲击体17和冲击锤12。中心轴2的上端与上接头1的下端通过螺纹固定连接。中心轴2为上端外径大于下端外径的上端大下端小的结构，如图4所示。其中，受冲击体17设在钻柱减振组件的下方，其通过多方结构16与下接头19的内侧面配合。多方结构16例如采用六方或八方，如图3所示。多方结构16主要起到在下接头19与受冲击体17之间传递扭矩的作用。
[0037]在一个优选的实施例中，受冲击体17的外表面上端设有凹槽环，凹槽环内安装有两个半圆卡环18。半圆卡环18的外径大于受冲击体17的外径而小于下接头19的内径，用于防止起下钻过程中因压力过大造成受冲击体17的脱落。
[0038]另外，下接头19的外侧面与下部外筒13的下端固定连接，下部外筒13的上端与中接头9固定连接。此外，冲击锤12设在中心轴2、下部外筒13和受冲击体13形成的冲