CN103628819B - 一种近钻头扭转冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种近钻头扭转冲击器，包括，钻铤短接、分流器、扭转冲击器和冲击传动短接；钻铤短接的下部与冲击传动短接连接，钻铤短接与冲击传动短接之间安装有分流器和扭转冲击器；分流器下端口与扭转冲击器入口相通；扭转冲击器出口与传动短接相通。有益效果是：由于产生周期性稳定的高频低幅的扭转冲击，因此，冲击扭矩能够消除PDC钻头粘滑和间歇性卡钻现象，而且本发明没有电子部件，全液力机械结构，尺寸较小，其冲击过程不会对随钻电测仪器产生干扰。该工具保证了钻进过程中钻柱内扭矩的稳定和平衡，降低了钻柱扭转震荡，有利于MWD、LWD等随钻电测仪器的稳定工作。本发明易损部件少，工作稳定，使用寿命长，有利于降低钻井成本。

Description

一种近钻头扭转冲击器

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气钻井工艺领域使用的辅助破岩工具，特别是涉及一种近钻头扭转冲击器。

背景技术

深部或超深部地层岩石硬度大，可钻性级值高，机械钻速慢、钻井成本高。PDC钻头在钻进这些地层时，会产生粘滑效应、间歇性卡钻现象。这种现象的产生是因为PDC钻头在破岩时牙齿积聚一定量的扭转能量，当PDC钻头牙齿下岩石破碎后，钻柱内扭转冲击能量快速释放。这种现象使钻柱产生扭转震荡，使PDC钻头的破岩过程变得极不稳定，造成PDC钻头破坏，降低钻头寿命。

为了解决PDC钻头的粘滑效应、间歇性卡钻等问题，增加PDC钻头工作的稳定性，延长钻头的使用寿命，专利US6742609B2设计了一种钻井液涡轮驱动的扭转冲击器，专利200910058083.9设计了一种钻井液螺杆钻具驱动的扭转冲击钻井工具，但这两种钻井工具结构复杂、易损部件多、且压耗较大，使用寿命也受到限制。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，提供一种PDC钻头在中硬到硬地层或研磨性地层破岩时钻头不会产生粘滑效应和间歇性卡钻的近钻头扭转冲击器。

本发明所采用的技术方案是：一种近钻头扭转冲击器，包括，钻铤短接、分流器、扭转冲击器和冲击传动短接；所述钻铤短接的下部与冲击传动短接连接，钻铤短接与冲击传动短接之间安装有分流器和扭转冲击器；所述分流器下端口与扭转冲击器入口相通；扭转冲击器出口与传动短接相通。

所述的扭转冲击器包括，上压盖、冲击器外壳、密封环、液力冲击室、节流喷嘴和泄压支撑环；所述上压盖安装在冲击器外壳的上面，密封环封闭上压盖和冲击器外壳，其内部形成液力冲击室；液力冲击室安装有液力锤、换向器、中心导流器和节流喷嘴；所述换向器位于中心导流器与液力锤之间，所述节流喷嘴安装在中心导流器出口处；所述冲击器外壳的内壁形成有轴对称冲击槽、半圆槽和高压孔；所述液力锤外表面形成有轴对称的锤砧，内表面有轴对称的换向键，在锤砧和换向键两侧有锤砧孔和换向键孔；所述液力锤外表面的锤砧位于冲击器外壳的冲击槽内，液力锤内表面的换向键伸入到换向器的换向槽中；换向器外表面有轴对称扇形部和换向槽，在扇形部上有轴对称过渡孔，换向器下部有泄压孔；中心导流器由螺旋孔及底座构成，其底座连接在泄压支撑环上，泄压支撑环连接在冲击传动短接上部。

所述高压孔、换向槽、换向键孔和半圆槽依次相通构成泄压流道；所述半圆槽与扭转冲击器出口相通；所述螺旋孔、锤砧孔、冲击槽依次相通构成冲击流道；冲击槽经锤砧孔与泄压孔相通，泄压孔与扭转冲击器出口相通。

所述的扭转冲击器、传动短接之间设置定位卡环。

所述的外壳短接上端公扣通过API标准螺纹与上部钻铤母扣端连接。

所述的传动短接下端通过API标准螺纹与钻头公扣端相连接。

本发明的有益效果是：由于能产生周期性的稳定的高频低幅的扭转冲击，因此，该冲击扭矩能够消除PDC钻头的粘滑现象和间歇性卡钻现象，而且本发明没有电子部件，完全液力机械结构，尺寸较小，其冲击过程不会对随钻电测仪器产生干扰。由于该工具的使用，保证了钻进过程中钻柱内扭矩的稳定和平衡，降低了钻柱扭转震荡，有利于MWD、LWD等随钻电测仪器的稳定工作。本发明易损部件少，工作稳定，使用寿命长，有利于降低钻井成本。

附图说明

图1是本发明近钻头扭转冲击器的结构示意图；

图2是图1中的A-A截面图；

图3是图1中的B-B截面图；

图4是图1中的C-C截面图；

图5是图1中的D-D截面图。

1.钻铤短节2.分流器3.螺纹压盘4.上盖体

5.冲击器外壳6.液力锤7.换向器8.节流喷嘴

9泄压支撑环10.冲击传动短接11.卡环12.中心导流器

13.密封环14.分流孔15.高压过流通道

16.泄流通道17.螺旋孔18.换向键孔19.换向键

20.半圆槽21.换向槽22.高压孔23.扇形部

24.过渡孔25.锤砧26.锤砧孔27.冲击槽

28.泄压孔29.扭矩齿。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明近钻头扭转冲击器，包括，钻铤短接1、分流器2、扭转冲击器、冲击传动短接10，钻铤短接1上端公扣通过API标准螺纹与上部钻铤母扣端连接，钻铤短接1的下端与卡环11、冲击传动短接10间隙相连，钻铤短接1与冲击传动短接10之间安装分流器2、扭转冲击器，钻铤短接1在外，分流器2、扭转冲击器在内。

其中扭转冲击器是由螺纹压盘3、上盖体4、冲击器外壳5、液力锤6、换向器7、节流喷嘴8、泄压支撑环9和密封环13共同组成的多腔体结构。

如图2和图3所示，分流器是一个V形漏斗形部件，分流器下端口与扭转冲击器的入口相通，连接方式为螺纹连接，在分流器上端分布有6个分流孔14；分流器将钻井液流体分为内外两股，外边的流体流向高压流道15，通过高压孔22、换向键孔19流入到换向器7中的换向槽21中，不间断给换向器供液，内部流体给中心导流器12供液。

扭转冲击器的冲击器外壳5与冲击传动短接10相通。冲击传动短接10下端通过API标准螺纹与钻头公扣端相连接。扭转冲击器、冲击传动短接10之间设置定位卡环11，用于固定分流器、扭转冲击器和冲击传动短接10在钻铤短接1中的位置。

如图3和图4所示，扭转冲击器的上盖体4在冲击器外壳5的上面，二者连接后内部形成液力冲击室，液力冲击室安装有液力锤6、换向器7、中心导流器12、节流喷嘴8，换向器7套位于中心导流器12与液力锤6之间，节流喷嘴8安装在中心导流器12出口处，液力锤6与冲击器外壳5间隙安装，在密封环13、换向器7和冲击器外壳5间做周期往复运动，换向器7在密封环13、中心导流器12间做周期往复运动；液力锤6上、下轴安装在冲击器外壳5上。冲击器外壳5内壁有轴对称冲击槽27、半圆槽20和高压孔22；液力锤6外表面有轴对称的锤砧25，内表面有轴对称的换向键19，在锤砧25和换向键19两侧有锤砧孔26和换向键孔18；所述液力锤6外表面的锤砧25位于冲击器外壳5的冲击槽27内，液力锤6内表面的换向键19伸入到换向器7的换向槽21中；换向器7外表面有轴对称扇形部23和换向槽21，在扇形部23上有轴对称过渡孔24，换向器7下部有泄压孔28；中心导流器12由螺旋孔17及底座构成，其底座连接在泄压支撑环9上，泄压支撑环9安装在冲击传动短接10上，螺纹连接；泄压通道由高压孔22、换向槽21、换向键孔18、半圆槽20依次相通构成，半圆槽20与冲击器下端的泄压支撑环9出口相通；冲击流道由中心导流器12的螺旋孔17、锤砧孔26、冲击槽27和泄流通道16依次相通构成，冲击槽27经锤砧孔26与泄流通道16相通，泄流通道16与冲击器下端的泄压支撑环9出口相通。

如图5所示，冲击传动短接10上的扭力齿29与钻铤短接1上的扭力齿啮合，传动上部扭矩，且所有流体在图5中心孔汇聚并流向钻头。

本发明扭转冲击器工作时，旋转的钻铤驱动钻铤短接1转动，钻铤短接1的扭矩齿带动冲击传动短接10的扭矩齿29，冲击传动短接10与钻头连接并带动钻头旋转；流体从钻铤短接1的进液孔进入到分流器2中，并在导流器2中分流，中心流体由冲击器外壳5进入中心分流器12，其余从分流器2的分流孔14流向分流器2和钻铤短接1形成的空间；由中心导流器到冲击器出口部分，内部流体可以分为两部分：一部分流体由中心导流器12的节流喷嘴8中出来，直接到冲击器出口；另一部分流体经中心导流器12中的螺旋孔17流经换向器7的扇形部23的过渡孔24进入锤砧孔26，最终进入到冲击槽27中，并最终从冲击槽27由锤砧孔26进入到泄压孔28，这部分流体与前两部分流体在冲击器出口汇合，所有流体进入到冲击传动短接10中，再经过钻头喷嘴进入环空空间；在冲击流道中流体和换向流道流体的共同作用下，液力锤6、换向器7和冲击器外壳协同实现了锤砧25在冲击槽27中反复运动，产生扭转冲击，并通过冲击传动短接10传递给钻头。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种近钻头扭转冲击器，其特征在于：包括，钻铤短接（1）、分流器（2）、扭转冲击器和冲击传动短接（10）；所述钻铤短接（1）的下部与冲击传动短接（10）连接，钻铤短接（1）与冲击传动短接（10）之间安装有分流器（2）和扭转冲击器；所述分流器（2）为V形漏斗形部件，分流器下端口与扭转冲击器入口相通，连接方式为螺纹连接，在分流器上端分布有6个分流孔；分流器将钻井液流体分为内外两股，外边的流体流向高压流道，不间断给换向器供液，内部流体给中心导流器供液；扭转冲击器出口与传动短接（10）相通。

2.根据权利要求1所述的近钻头扭转冲击器，其特征在于：所述的扭转冲击器包括，上压盖（4）、冲击器外壳（5）、密封环（13）、液力冲击室、节流喷嘴（8）和泄压支撑环（9）；所述上压盖（4）安装在冲击器外壳（5）的上面，密封环（13）封闭上压盖（4）和冲击器外壳（5），其内部形成液力冲击室；液力冲击室安装有液力锤（6）、换向器（7）、中心导流器（12）和节流喷嘴（8）；所述换向器（7）位于中心导流器（12）与液力锤（6）之间，所述节流喷嘴（8）安装在中心导流器（12）出口处；所述冲击器外壳（5）的内壁形成有轴对称冲击槽（27）、半圆槽（20）和高压孔（22）；所述液力锤（6）外表面形成有轴对称的锤砧（25），内表面有轴对称的换向键（19），在锤砧（25）和换向键（19）两侧有锤砧孔（26）和换向键孔（18）；所述液力锤（6）外表面的锤砧（25）位于冲击器外壳（5）的冲击槽（27）内，液力锤（6）内表面的换向键（19）伸入到换向器（7）的换向槽（21）中；换向器（7）外表面有轴对称扇形部（23）和换向槽（21），在扇形部（23）上有轴对称过渡孔（24），换向器（7）下部有泄压孔（28）；中心导流器（12）由螺旋孔（17）及底座构成，其底座连接在泄压支撑环（9）上，泄压支撑环（9）连接在冲击传动短接（10）上部。

3.根据权利要求2所述的近钻头扭转冲击器，其特征在于：所述高压孔（22）、换向槽（21）、换向键孔（18）和半圆槽（20）依次相通构成泄压流道；所述半圆槽（20）与扭转冲击器出口相通；所述螺旋孔（17）、锤砧孔（26）、冲击槽（27）依次相通构成冲击流道；冲击槽（27）经锤砧孔（26）与泄压孔（28）相通，泄压孔（28）与扭转冲击器出口相通。

4.根据权利要求1所述的近钻头扭转冲击器，其特征在于：所述的扭转冲击器、传动短接（10）之间设置定位卡环（11）。

5.根据权利要求1所述的近钻头扭转冲击器，其特征在于：所述的钻铤短接（1）上端公扣通过API标准螺纹与上部钻铤母扣端连接。

6.根据权利要求1所述的近钻头扭转冲击器，其特征在于：所述的传动短接（10）下端通过API标准螺纹与钻头公扣端相连接。