CN105909168A - 一种深地层钻井提速工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深地层钻井用的钻井提速工具，它用于改善深地层钻井效率低、钻井提速工具寿命短的问题。其技术方案是：上接头与钻铤用锥形螺纹连接，锤砧与钻头用锥形螺纹连接；流体控制阀安装在上接头内腔；上接头与下接头用锥形螺纹连接在一起，并利用上接头的内腔和下接头的端面对流体控制阀进行轴向限位；冲锤安装在下接头中部腔体内，锤砧安装在下接头下部腔体内；密封套筒安装在下接头与锤砧之间的环形空间内，密封套筒与下接头螺纹连接，并对锤砧进行轴向限位；圆销安装在下接头与锤砧之间的弧形凹槽内。本发明利用钻井液压使得流体控制阀和冲锤往复运动，对锤砧进行往复冲击，提高破岩效率，从而提高钻井速度。

Description

一种深地层钻井提速工具

技术领域

本发明涉及一种石油钻井用的深地层钻井提速工具。

背景技术

随着石油、天然气资源的不断勘探开发，钻井技术的不断发展，油气钻井深度越来越深，钻井过程中所遇地层岩石硬度越来越高，这就减缓了钻井速度，提高了钻井成本。而现有的传统旋转钻井技术并不能很好的满足高速钻井的要求，如何提高破岩效率、加快钻井速度成为了钻井过程中的一个重要问题。

冲旋钻井技术是一种提高钻井速度的有效方式，冲击器是实现冲旋钻井的关键部件。现阶段最常用的的冲击器是液动冲击器，它能明显的提高钻井速度，但在使用过程中仍然存在很多问题，如易磨损腐蚀、维修困难、寿命短等问题。基于以上技术背景，本发明特提供一种深地层钻井提速工具。

发明内容

本发明的目的是：为了提高深地层钻井速度，特提供一种深地层钻井提速工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种深地层钻井提速工具，是由上接头，阀芯，下接头，冲锤，锤砧，密封套筒，圆销构成；其结构特征是：上接头内部设置有钻井液流道，上接头下部设置有环腔，在上接头中部周向均匀设置有四个侧孔，连通上接头内部环腔和外部环空，上接头上部设置有锥形外螺纹，上接头与上部钻柱用锥形螺纹连接，上接头下部设置有锥形内螺纹，上接头下部与下接头上部用锥形螺纹连接；阀芯内部设置有钻井液流道，阀芯的外部设置有一台阶，阀芯上部外径小于下部外径，阀芯的上部安装在上接头内部流道内，阀芯上部与上接头内部流道之间采用动密封，阀芯下部安装在下接头上部环腔内，阀芯下部与下接头上部环腔之间采用动密封，在阀芯内部流道下端位置处周向均匀设置有四个侧孔，将阀芯内部流道与下接头上部环腔相连通，在阀芯下端面处设置有一圆形凹槽；下接头内部设置有环腔，上部环腔的内径小于中部环腔的内径，中部环腔的内径小于下部环腔的内径，下接头中部环腔处周向均匀设置有四个侧孔，将中部环腔和外部环空连通，下接头下部环腔处内壁上周向均匀设置有四个弧形凹槽，下接头下部设置有母螺纹；冲锤内部设置有钻井液流道，冲锤上端安装在下接头上部环腔中，冲锤下端安装在下接头中部环腔中，冲锤上端与下接头上部环腔之间采用动密封，冲锤下端与下接头中部环腔之间采用动密封，在冲锤上端面设置有一环形凹槽，在该环形凹槽下部位置处周向均匀设置有四个侧孔，将环形凹槽和冲锤内部流道相连通；锤砧内部设置有钻井液流道，锤砧内流道的上部内径小于下部内径，在锤砧下部设置有锥形内螺纹，锤砧与井下钻头用锥形螺纹进行连接，在锤砧的外部设置有一台阶，在该台阶上周向均匀设置有四个弧形凹槽，锤砧的上部安装在下接头中部环腔中，锤砧上部与下接头中部环腔之间采用动密封；密封套筒设置为一环状零件，在密封套筒的外部设置有螺纹，密封套筒与下接头下部之间采用螺纹连接；圆销设置为一细长圆柱体，安装在下接头下部环腔与锤砧外部台阶之间的弧形凹槽内。

本发明的优点是：(1)本发明依靠钻井液驱动，无需添加其他井下辅助动力工具，控制方式简单；(2)本发明利用钻井液驱动阀芯、冲锤做轴向往复运动，对锤砧进行往复冲击，传递冲击载荷；(3)由于阀芯，冲锤的特殊结构设计，使得阀芯与冲锤间存在液压缓存作用，能够提高阀芯的使用寿命；(4)由于下接头与锤砧的安装关系，允许锤砧在轴向有微小的振动，能够更好的将冲击载荷传递给钻头；(5)将外壳体拆分为上接头与下接头，便于各个零件的安装调试。

附图说明

图1是本发明一种深地层钻井提速工具的结构示意图；

图2是E-E截面的断面图；

图3是下接头的三维模型；

图4是锤砧的三维模型；

图5是图1F位置处的局部放大图；

图中：1.上接头，2.阀芯，3.下接头，4.冲锤，5.锤砧，6.密封套筒，7.圆销，Ⅰ.上接头内钻井液流道，A.上接头下部环腔，Ⅱ.阀芯内部钻井液流道，2a.阀芯下部侧孔，2b.阀芯下端面凹槽，B.下接头上部环腔，C.下接头中部环腔，D.下接头下部环腔，3a.下接头中部环腔上的侧孔，3b.下接头下部环腔内壁上的弧形凹槽，Ⅲ.冲锤内钻井液流道，4a.冲锤上端面环形凹槽，4b.环形凹槽与流道Ⅲ之间的侧孔，Ⅳ锤砧内钻井液流道，5a.锤砧外部台阶上的弧形凹槽。

具体实施方式

如图1所示，本发明为一种深地层钻井提速工具：是由上接头1，阀芯2，下接头3，冲锤4，锤砧5，密封套筒6，圆销7构成；其结构特征是：上接头1内部设置有钻井液流道Ⅰ，上接头1下部设置有环腔A，在上接头1中部周向均匀设置有四个侧孔1a，连通上接头1内部环腔A和外部环空，上接头1上部设置有锥形外螺纹，上接头1与上部钻柱用锥形螺纹连接，上接头1下部设置有锥形内螺纹，上接头1下部与下接头3上部用锥形螺纹连接；阀芯2内部设置有钻井液流道Ⅱ，阀芯2的外部设置有一台阶，阀芯2上部外径小于下部外径，阀芯2的上部安装在上接头1内部流道Ⅰ内，阀芯2上部与上接头1内部流道Ⅰ之间采用动密封，阀芯2下部安装在下接头3上部环腔B内，阀芯2下部与下接头3上部环腔B之间采用动密封，在阀芯2内部流道Ⅱ下端位置处周向均匀设置有四个侧孔2a，将流道Ⅱ与下接头3上部环腔B相连通，在阀芯2下端面处设置有一圆形凹槽2b；如图3所示，下接头3内部设置有环腔B，环腔C，环腔D，环腔B的内径小于环腔C的内径，环腔C的内径小于环腔D的内径，下接头3中部环腔C处周向均匀设置有四个侧孔3a，将环腔C和外部环空连通，下接头3下部环腔D处内壁上周向均匀设置有四个弧形凹槽3b，下接头3下部设置有母螺纹；冲锤4内部设置有钻井液流道Ⅲ，冲锤4上端安装在下接头3内部环腔B中，冲锤4下端安装在下接头3内部环腔C中，冲锤4上端与下接头3内部环腔B之间采用动密封，冲锤4下端与下接头3内部环腔C之间采用动密封，在冲锤4上端面设置有一环形凹槽4a，在该环形凹槽4a下部位置处周向均匀设置有四个侧孔4b，将环形凹槽4a和流道Ⅲ相连通；如图4所示，锤砧5内部设置有钻井液流道Ⅳ，流道Ⅳ的上部内径小于下部内径，在锤砧5下部设置有锥形内螺纹，锤砧5与井下钻头用锥形螺纹进行连接，在锤砧5的外部设置有一台阶，在该台阶上周向均匀设置有四个弧形凹槽5a，锤砧5的上部安装在下接头3内部环腔C中，锤砧5上部与下接头3内部环腔C之间采用动密封；密封套筒6设置为一环状零件，在密封套筒6的外部设置有螺纹，密封套筒6与下接头3下部之间采用螺纹连接；如图2所示，圆销7设置为一细长圆柱体，安装在下接头3下部环腔C与锤砧5外部台阶之间的弧形凹槽内。

本发明一种深地层钻井提速工具的工作原理是：该钻井提速工具安装入井时，阀芯2和冲锤4都处在最下端位置处；当钻井液入井工作时，钻井液从上接头1和阀芯2流过时，阀芯2的下端液压受力面积大于上端液压受力面积，会使得阀芯2向上移动，直到最上端位置处停止移动；同理，当钻井液从冲锤4流过时，冲锤4的下端液压受力面积大于上端液压受力面积，会使得冲锤4向上移动，直至与阀芯2相接触时停止移动；由于阀芯2与冲锤4相互接触，阻断了钻井液的正常流通，这时阀芯2和冲锤4会在钻井液的作用下一起向下移动，当阀芯2运动到最下端位置时，阀芯2和冲锤4分离，冲锤4将会在惯性的作用下继续向下移动，对锤砧5进行冲击，再将冲击载荷传递给钻头。在钻井液作用下，阀芯2和冲锤4的周期往复运动，使得锤砧5受到周期性的冲击载荷，从而提高破岩效率，加快钻井速度。

Claims (2)

1.一种深地层钻井提速工具，是由上接头(1)，阀芯(2)，下接头(3)，冲锤(4)，锤砧(5)，密封套筒(6)，圆销(7)构成；其特征是：上接头(1)内部设置有钻井液流道(Ⅰ)，上接头(1)下部设置有环腔(A)，在上接头(1)中部周向均匀设置有四个侧孔(1a)，连通上接头(1)内部环腔(A)和外部环空，上接头(1)上部设置有锥形外螺纹，上接头(1)与上部钻柱用锥形螺纹连接，上接头(1)下部设置有锥形内螺纹，上接头(1)下部与下接头(3)上部用锥形螺纹连接；阀芯(2)内部设置有钻井液流道(Ⅱ)，阀芯(2)的外部设置有一台阶，阀芯(2)上部外径小于下部外径，阀芯(2)的上部安装在上接头(1)内部流道(Ⅰ)内，阀芯(2)上部与上接头(1)内部流道(Ⅰ)之间采用动密封，阀芯(2)下部安装在下接头(3)上部环腔(B)内，阀芯(2)下部与下接头(3)上部环腔(B)之间采用动密封，在阀芯(2)内部流道(Ⅱ)下端位置处周向均匀设置有四个侧孔(2a)，将流道(Ⅱ)与下接头(3)上部环腔(B)相连通，在阀芯(2)下端面处设置有一圆形凹槽(2b)；下接头(3)内部设置有环腔(B)，环腔(C)，环腔(D)，环腔(B)的内径小于环腔(C)的内径，环腔(C)的内径小于环腔(D)的内，下接头(3)中部环腔(C)处周向均匀设置有四个侧孔(3a)，将环腔(C)和外部环空连通，下接头(3)下部环腔(D)处内壁上周向均匀设置有四个弧形凹槽(3b)，下接头(3)下部设置有母螺纹。

2.根据权利要求1所述的深地层钻井提速工具，其特征是：冲锤(4)内部设置有流道(Ⅲ)，冲锤(4)上端安装在下接头(3)内部环腔(B)中，冲锤(4)下端安装在下接头(3)内部环腔(C)中，冲锤(4)上端与下接头(3)内部环腔(B)之间采用动密封，冲锤(4)下端与下接头(3)内部环腔(C)之间采用动密封，在冲锤(4)上端面设置有一环形凹槽(4a)，在该环形凹槽(4a)下部位置处周向均匀设置有四个侧孔(4b)，将环形凹槽(4a)和流道(Ⅲ)相连通；锤砧(5)内部设置有流道(Ⅳ)，流道(Ⅳ)的上部内径小于下部内径，在锤砧(5)下部设置有锥形内螺纹，锤砧(5)与井下钻头用锥形螺纹进行连接，在锤砧(5)的外部设置有一台阶，在该台阶上周向均匀设置有四个弧形凹槽(5a)，锤砧(5)的上部安装在下接头(3)内部环腔(C)中，锤砧(5)上部与下接头(3)内部环腔(C)之间采用动密封；密封套筒(6)设置为一环状零件，在密封套筒(6)的外部设置有螺纹，密封套筒(6)与下接头(3)下部之间采用螺纹连接；圆销(7)设置为一细长圆柱体，圆销(7)安装在下接头(3)下部环腔D与锤砧(5)外部台阶之间的弧形凹槽内。