CN203296732U - 一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油、天然气钻井的配套装置技术领域，提供了一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具，包括上套筒，该上套筒的下端内侧固定设有挡盘，上套筒内滑动设有砧子轴，砧子轴上设有沿其轴向延伸的中空的中心流道，砧子轴的下连接段穿过挡盘并螺纹连接有下接头，砧子轴的上轴段上滑动套设有可对其产生轴向冲击的冲击装置。其针对高摩阻井段钻进过程中存在的“拖压”及“粘滑”现象，利用振动能够对摩擦副之间的摩擦系数产生影响的特性，将轴向振动减阻技术引入钻井工程中，突破常规减阻措施的局限性，可有效减小钻柱与井壁之间的摩阻和扭矩，具有有效、可控的特点，具有广泛的应用前景。

Description

一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井的配套装置技术领域，尤其涉及一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具。

背景技术

钻井过程中钻柱与井壁之间的接触、摩擦，使钻压和扭矩无法有效的传递给钻头，即产生“拖压”、“粘滑”现象，这种现象随着井斜角的增大、岩屑床的形成和井眼内液柱压力和地层孔隙压力之间差值的增大而愈发明显，严重时钻压完全无法施加给钻头，导致无法继续钻进，或导致钻头产生粘滑振动，加速钻头的损坏和失效。常规减小钻柱和井壁之间的摩阻、扭矩的主要方法包括优化井身结构和泥浆性能，减少或避免岩屑床的形成，提高泥饼质量，采用旋转导向钻井和欠平衡或***衡钻井方式等。但是上述技术措施均存在一定的局限性，效果有限。

研究表明振动能够改变摩擦副之间的摩擦状态，使摩擦副之间的摩擦系数降低，振动减阻技术已经广泛应用于各个工程领域。振动减阻技术属于可控的主动减阻技术，将其应用于钻柱与井壁减阻，能够克服常规减摩阻扭矩技术的局限性，是高摩阻井钻井减阻理论研究及工具研制的一个重要发展方向。室内试验结果显示，轴向振动、扭转振动和横向振动三种振动方式中，轴向振动减阻效果大于扭转振动大于横向振动。因此，很有必要研究一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具，旨在用于消除钻进过程中存在的“拖压”及“粘滑”现象，从而提高机械钻速和极限延伸距离。

本实用新型是这样实现的，一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具，包括上套筒，所述上套筒的下端内侧固定设有挡盘，所述上套筒内滑动设有砧子轴，所述砧子轴上设有沿其轴向延伸的中空的中心流道，所述砧子轴的下连接段穿过所述挡盘并螺纹连接有下接头，所述砧子轴的上轴段上滑动套设有可对其产生轴向冲击的冲击装置。

作为一种改进的方案，所述冲击装置包括冲击锤，所述冲击锤滑动套设于所述砧子轴的上轴段上，所述冲击锤的下端面面积大于其上端面面积，所述冲击锤的上端设有若干可开启或闭合的节流片；当所有所述节流片闭合时可将所述砧子轴的中心流道的上端入口封闭。

作为一种改进的方案，所述节流片共设有三个，所述冲击锤的上端沿其周向均匀设有三对销轴固定凸起，所述节流片通过销轴对应***到所述销轴固定凸起中，所述节流片仅可于竖直面内进行旋转运动，所述销轴上套设有扭转弹簧，所述扭转弹簧的一端固定于所述节流片上，所述扭转弹簧的另一端固定于所述销轴固定凸起上。

作为一种改进的方案，所述砧子轴的上轴段与下连接段之间为中部冲击段，所述上轴段的长度大于所述冲击锤的长度，所述上轴段的下部沿其周向设有若干高压孔，所述高压孔沿其径向延伸，所述上轴段的外壁与所述中部冲击段的冲击面以及所述冲击锤的下端面和所述上套筒的内壁共同围成高压腔。

作为一种改进的方案，所述冲击锤的外壁开设有环形槽，所述环形槽与所述上套筒的内壁共同围成低压腔，与所述低压腔相对应的所述上套筒的筒壁上开设有放空孔。

作为一种改进的方案，所述挡盘和所述砧子轴的下连接段之间为多边形滑动配合。

作为一种改进的方案，所述冲击锤和所述砧子轴以及所述上套筒两两之间的配合处均设有密封件。

本实用新型提供的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，由于其在上调套筒内滑动设置了冲击装置，并在冲击装置的下端螺纹连接下接头；将该钻井工具安装在距离钻头一定距离的钻柱中时，当钻井液流经该钻井工具时，钻井工具产生轴向冲击振动，该轴向冲击振动带动下部钻柱产生轴向振动，消除钻进过程中的“拖压”和“粘滑”现象，从而提高机械钻速和极限延伸距离；当该钻井工具直接安装在钻头上部时，该轴向冲击振动直接通过钻头作用在井底岩石上，改变岩石的受力状态，提高机械钻速。

本实用新型针对高摩阻井段钻进过程中存在的“拖压”及“粘滑”现象，利用振动能够对摩擦副之间的摩擦系数产生影响的特性，将轴向振动减阻技术引入钻井工程中，突破常规减阻措施的局限性，可有效减小钻柱与井壁之间的摩阻和扭矩，具有有效、可控的特点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型提供的冲击锤位于其上行程终点状态的能够产生轴向冲击振动的钻井工具的结构示意图；

图2是本实用新型提供的冲击锤位于其下行程终点状态的能够产生轴向冲击振动的钻井工具的结构示意图；

图3是本实用新型提供的砧子轴的结构示意图

图4是图1中的A-A剖视图；

图5是图1中的B-B剖视图；

图中：1-上套筒，2-节流片，3-扭转弹簧，4-销轴，5-冲击锤，6-放空孔，7-砧子轴，71-上轴段，72-中部冲击段，73-下连接段，8-挡盘，9-下接头，10-低压腔，11-高压孔，12-中心流道，13-高压腔，14-销轴固定凸起，15-密封件。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，包括上套筒，该上套筒的下端内侧固定设有挡盘，上套筒内滑动设有砧子轴，砧子轴上设有沿其轴向延伸的中空的中心流道，砧子轴的下连接段穿过挡盘并螺纹连接有下接头，砧子轴的上轴段上滑动套设有可对其产生轴向冲击的冲击装置。

图1和图2共同示出了本实用新型提供的能够产生轴向冲击振动的钻井工具的结构示意图，为了便于说明，本图仅提供与本实用新型有关的结构部分。

能够产生轴向冲击振动的钻井工具，包括上套筒1，上套筒1的下端内侧固定设有挡盘8，在该实施例中，为方便该钻井工具内各部件的拆装，可将挡盘8以螺纹连接的方式固定设置在上套筒1的下端，上套筒1内滑动设有砧子轴7，砧子轴7上设有沿其轴向延伸的中空的中心流道12，砧子轴7的下连接段73穿过挡盘8并螺纹连接有下接头9，砧子轴7的上轴段71上滑动套设有可对其产生轴向冲击的冲击装置。在该实施例中，该冲击装置包括冲击锤5，冲击锤5滑动套设于砧子轴7的上轴段71上，冲击锤5的下端面面积大于其上端面面积，冲击锤5的上端设有若干可开启或闭合的节流片2；当所有所述节流片2闭合时可将砧子轴7的中心流道12的上端入口封闭，当然，人们可通过更换不同形状或尺寸的节流片2，来控制节流片2完全闭合时的节流面积，继而调节水击压力和冲击锤5对砧子6的冲击力。

在该实施例中，如图4所示，节流片2共设有三个，冲击锤5的上端沿其周向均匀设有三对销轴固定凸起14，节流片2通过销轴4对应***到销轴固定凸起14中，节流片2仅可于竖直面内进行旋转运动，销轴4上套设有扭转弹簧3，扭转弹簧3的一端固定于节流片2上，扭转弹簧3的另一端固定于销轴固定凸起14上。采用此种结构后，在扭转弹簧3的作用下，节流片2一直受到使其向该钻井工具的轴线转动的扭矩，冲击锤5上升时各节流片2闭合，冲击锤5下行时各节流片2打开。

在该实施例中，如图3所示，砧子轴7的上轴段71与下连接段73之间为中部冲击段72，上轴段71的长度大于冲击锤5的长度，上轴段71的下部沿其周向设有若干高压孔11，高压孔11沿其径向延伸，上轴段71的外壁与中部冲击段72的冲击面以及冲击锤5的下端面和上套筒1的内壁共同围成高压腔13。

使用时，高压钻井液由上套筒1流入该能够产生轴向冲击振动的钻井工具内，并通过砧子轴7上的高压孔11流入高压腔13，积聚在高压腔13内的高压钻井液作用于冲击锤5的下端面，使其产生向上的作用力，推动其上行；在冲击锤5上行过程中，各节流片2分别向下闭合，从而减小钻井液沿中心流道12的流通面积，产生节流作用，当各节流片2完全闭合时，将中心流道12封闭或部分封闭，冲击锤5运动至上限位置，中心流道12内的高压钻井液被截断，产生水击作用，导致冲击锤5在瞬时水击压力的作用下高速向下运动，冲击砧子轴7的中部冲击段72，砧子轴7通过与其螺纹连接的下接头9将该冲击振动传递给与其连接的下部钻柱或钻头。

当该能够产生轴向冲击振动的钻井工具安装在距离钻头一定距离的钻柱中时，该冲击振动带动下部钻柱产生轴向振动，消除钻进过程中的“拖压”和“粘滑”现象，从而提高机械钻速和极限延伸距离；当该能够产生轴向冲击振动的钻井工具直接安装在钻头上部时，该冲击振动直接通过钻头作用在井底岩石上，改变岩石的受力状态，提高机械钻速。

在该实施例中，在冲击锤5的外壁开设有环形槽，该环形槽与上套筒1的内壁共同围成低压腔10，与低压腔10相对应的上套筒1的筒壁上开设有放空孔6。采用此种结构后，上套筒1上的放空孔6可将低压钻井液引入到低压腔10，起到缓冲的作用，防止冲击锤5在向上运动时冲击上套筒1，同时在冲击锤5完成冲击动作后使其迅速与砧子轴7的中部冲击段72脱离，加速其上升。

在该实施例中，如图5所示，使挡盘8和砧子轴7的下连接段73之间为多边形滑动配合，则可将钻柱的扭矩有效地传递给钻头。

在该实施例中，冲击锤5和砧子轴7以及上套筒1两两之间的配合处均设有密封件15，则可使其两两之间保持滑动密封，防止钻井液在其配合处泄露，既保证了冲击锤5的下行冲击力，又能保其上行速度。

本实用新型提供的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，由于其在上调套筒内滑动设置了冲击装置，并在冲击装置的下端螺纹连接下接头；将该钻井工具安装在距离钻头一定距离的钻柱中时，当钻井液流经该钻井工具时，钻井工具产生轴向冲击振动，该轴向冲击振动带动下部钻柱产生轴向振动，消除钻进过程中的“拖压”和“粘滑”现象，从而提高机械钻速和极限延伸距离；当该钻井工具直接安装在钻头上部时，该轴向冲击振动直接通过钻头作用在井底岩石上，改变岩石的受力状态，提高机械钻速。

本实用新型针对高摩阻井段钻进过程中存在的“拖压”及“粘滑”现象，利用振动能够对摩擦副之间的摩擦系数产生影响的特性，将轴向振动减阻技术引入钻井工程中，突破常规减阻措施的局限性，可有效减小钻柱与井壁之间的摩阻和扭矩，具有有效、可控的特点，具有广泛的应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于：包括上套筒，所述上套筒的下端内侧固定设有挡盘，所述上套筒内滑动设有砧子轴，所述砧子轴上设有沿其轴向延伸的中空的中心流道，所述砧子轴的下连接段穿过所述挡盘并螺纹连接有下接头，所述砧子轴的上轴段上滑动套设有可对其产生轴向冲击的冲击装置。

2.如权利要求1所述的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于，所述冲击装置包括冲击锤，所述冲击锤滑动套设于所述砧子轴的上轴段上，所述冲击锤的下端面面积大于其上端面面积，所述冲击锤的上端设有若干可开启或闭合的节流片；当所有所述节流片闭合时可将所述砧子轴的中心流道的上端入口封闭。

3.如权利要求2所述的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于：所述节流片共设有三个，所述冲击锤的上端沿其周向均匀设有三对销轴固定凸起，所述节流片通过销轴对应***到所述销轴固定凸起中，所述节流片仅可于竖直面内进行旋转运动，所述销轴上套设有扭转弹簧，所述扭转弹簧的一端固定于所述节流片上，所述扭转弹簧的另一端固定于所述销轴固定凸起上。

4.如权利要求2所述的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于：所述砧子轴的上轴段与下连接段之间为中部冲击段，所述上轴段的长度大于所述冲击锤的长度，所述上轴段的下部沿其周向设有若干高压孔，所述高压孔沿其径向延伸，所述上轴段的外壁与所述中部冲击段的冲击面以及所述冲击锤的下端面和所述上套筒的内壁共同围成高压腔。

5.如权利要求2、3或4所述的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于：所述冲击锤的外壁开设有环形槽，所述环形槽与所述上套筒的内壁共同围成低压腔，与所述低压腔相对应的所述上套筒的筒壁上开设有放空孔。

6.如权利要求1所述的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于：所述挡盘和所述砧子轴的下连接段之间为多边形滑动配合。

7.如权利要求5所述的能够产生轴向冲击振动的钻井工具，其特征在于：所述冲击锤和所述砧子轴以及所述上套筒两两之间的配合处均设有密封件。

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