CN221256665U - 一种复合冲击钻井提速工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合冲击钻井提速工具，包括：套筒；静阀，其内套在套筒上部且顶部设有第二流道槽；动阀，其转动设置在静阀顶部且设有第一流道槽，其与第二流道槽对应连通；连接组件，其固定在静阀的底部；冲击锤，其内套在连接组件的上部，外环面两侧设有与连接组件上的冲击舱对应的锤头，内环面两侧设有内键；换向套，其下部的外环面两侧设有与内键对应的换向舱并套设在冲击锤内部，换向套的上部套设在静阀内部并与动阀底部连接；流道***，其驱动换向舱、锤头做往复旋转运动。本实用新型利用换向套自激往复旋转的工作特性实现轴向冲击和扭向冲击两种功能，工具结构简单、长度短、加工方便，在保证提速效率的基础上优化了工作结构。

Description

一种复合冲击钻井提速工具

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种复合冲击钻井提速工具。

背景技术

复合冲击钻井提速工具应用于石油天然气钻井工程领域，该工具产生轴向和扭向冲击，扭向冲击消除钻头“粘滑”现象，轴向冲击增加钻头牙齿吃深，两种冲击相互配合，提高钻头破岩效率和进尺。

目前，复合冲击钻井提速工具主要包括自激振荡式、涡轮驱动式和双锤冲击式等，这些工具均有各自的优势和不足。其中，自激振荡式钻井提速工具是利用高压钻井液流经自激振荡腔时产生水力脉冲，并通过内部螺旋面将水力脉冲力分解为轴向冲击力和扭向冲击力，该类工具结构简单，但存在冲击频率过高(300-600Hz)，超过岩石冲击破碎适用频率(10-25Hz)的问题，且工具长度较长，与其它通用钻具(如螺杆钻具)的匹配性不足；涡轮驱动式钻井提速工具是利用高压钻井液流经涡轮组时驱动芯轴旋转，带动锤体产生轴向冲击力和扭向冲击力，存在涡轮组结构复杂、工具长、冲击接触部位磨损快的问题；双锤击式是在冲锤扭向冲击的基础上，增加轴向活塞式冲锤冲击，该类工具同样存在结构复杂、磨损快的问题。

为解决上述问题，需要设计一种新型的复合冲击钻井提速工具，优化钻井提速工具的结构，提高其与钻具的适配性并降低加工难度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种复合冲击钻井提速工具，在扭向冲击钻井提速工具的基础上，利用换向套自激往复旋转的工作特性实现轴向冲击和扭向冲击两种功能，工具结构简单、长度短、加工方便，在保证提速效率的基础上优化了工作结构，提高了工具与钻具的适配性并降低了加工难度。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种复合冲击钻井提速工具，包括：

套筒，其设置在钻柱底部且上端开口与钻柱连通；

静阀，其为固定内套在所述套筒上部的轴向贯通结构，其顶部沿周向间隔设有第二流道槽；

动阀，其转动设置在所述静阀的顶部并通过上喷嘴与所述静阀的内部连通，所述动阀上沿周向间隔设有第一流道槽，其沿轴向贯通并与所述第二流道槽对应连通；

连接组件，其固定在所述静阀的底部且上、下部间通过下喷嘴连通，所述连接组件的上部为配合套设在所述套筒内部的环形结构，其内环面左右两侧对称设有冲击舱，所述连接组件的下部与钻头顶部连接并连通；

冲击锤，其为环形结构，其外环面左右两侧对称设有与所述冲击舱对应的锤头并配合内套在所述连接组件的上部，所述冲击锤的内环面前后两侧对称设有内键；

换向套，其为环形结构，其下部的外环面前后两侧对称设有与所述内键对应的换向舱并配合套设在所述冲击锤内部，所述换向套的上部配合套设在所述静阀内部并与所述动阀的底部固定连接，所述换向套的内部两端分别与所述上喷嘴、所述下喷嘴连通；

流道***，其设置在所述套筒内部并通过不同的流道连通所述上喷嘴和所述下喷嘴，钻井液在流经所述下喷嘴时产生压降，驱动所述换向套的换向舱在所述内键的限制下做往复旋转运动，所述冲击锤的锤头在所述冲击舱内做往复旋转运动。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，所述静阀的上端面和所述动阀的下端面上相对设置有滚珠槽，其沿所述动阀的周向连续设置并形成环形空间，其内部设有多个滚珠，所述动阀通过所述多个滚珠与所述静阀同轴设置并转动连接。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，所述连接组件为分体式结构，其上、下部分别设置为锤套和下接头，所述下接头固定内套在所述套筒的下部并通过中心孔与钻头连通，所述锤套卡设在所述下接头与所述静阀之间；所述锤套与所述下接头间还设有下端盖，其中部设有轴向穿孔，所述下喷嘴设置在所述轴向穿孔处并连通所述换向套与所述中心孔，所述静阀、所述锤套、所述下端盖和所述下接头通过连接装置沿轴向锁紧固定。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，所述下接头通过锁紧装置与所述套筒可拆卸连接，所述锁紧装置包括两个锁紧槽，其相对设置在所述下接头的外环面与所述套筒的内侧壁上并沿其周向形成环形空槽；多个锁紧元件，其沿所述环形空槽的周向连续设置在其内部，任一锁紧元件与所述环形空槽配合卡接。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，所述冲击舱和所述锤头、所述内键和所述换向舱均为相互匹配扇环形结构，所述冲击舱的圆心角大于所述锤头的圆心角，所述换向舱的圆心角大于所述内键的圆心角。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，所述静阀为哑铃型结构，其中部向内收缩并与所述套筒内侧壁形成环形空腔，所述流道***包括：

两组旁通孔，其分别设置在所述换向套的上部和所述静阀的中部，所述两组旁通孔相互对应设置并连通所述换向套的内部和所述环形空腔；

四个换向流道孔，其沿周向间隔设置在所述环形空腔的底面上；

两组内键流道槽，其分别与两个内键对应，任一组内键流道槽包括两个内键流道槽，其分别紧贴设置在对应的内键的两侧，任一内键流道槽连通所述冲击锤的内、外环面；

两组锤头流道槽，其分别与两个锤头对应，任一组锤头流道槽包括两个锤头流道槽，其分别紧贴设置在对应的锤头的两侧，任一锤头流道槽连通所述冲击锤的内、外环面；

两组第一换向流道槽，其与所述两组锤头流道槽对应设置在所述换向套的下部，任一组第一换向流道槽包括两个第一换向流道槽，其与同组的两个锤头流道槽对应设置，任一第一换向流道槽连通所述换向套的内、外环面；

两组第二换向流道槽，其与所述两组内键流道槽对应设置在所述连接组件的上部的内环面上，任一组第二换向流道槽包括两个第二换向流道槽，其与同组的两个内键流道槽对应设置，四个第二换向流道槽与所述四个换向流道孔一一对应连通；

两个换向舱低压流道，其与所述两组内键流道槽对应设置在所述连接组件的上部的内环面上，任一换向舱低压流道位于对应的两个第二换向流道槽之间并连通所述连接组件的上、下部；

两组冲击舱低压流道，其与所述两组锤头流道槽对应设置在所述换向套的下部，任一组冲击舱低压流道包括两个冲击舱低压流道，其位于对应的一组第一换向流道槽两侧且与同组的两个锤头流道槽对应设置，任一冲击舱低压流道连通所述连接组件的上、下部；

其中，当锤头的两侧交替转动至与冲击舱的两侧抵接时，同一组锤头流道槽交替与对应的冲击舱连通，同一内键流道槽交替与对应的第一低压流道槽、第二换向流道槽连通；当换向舱的两侧交替转动至与内键的两侧抵接时，同一组第一换向流道槽交替与对应锤头流道槽连通，同一组冲击舱低压流道交替与对应的锤头流道槽连通，同一组内键流道槽交替与对应的换向舱连通。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，还包括密封组件，其包括：径向密封圈，其沿所述套筒的周向设置在所述连接组件的下部与所述套筒之间；轴向密封圈，其沿所述套筒的周向设置在所述静阀的下端面与所述连接组件的上端面之间。

优选的是，所述复合冲击钻井提速工具，所述换向套的下部外直径大于上部外直径，所述换向舱与所述换向套的上部外侧空间连通，所述换向套的下部高度低于所述连接组件的上部高度，静阀的底部通过密封环与所述换向套上、下部间的定位台阶配合卡接。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、本实用新型在扭向冲击钻井提速工具的基础上，利用换向套自激往复旋转的工作特性实现轴向冲击和扭向冲击两种功能，工具结构简单、长度短、加工方便，轴向冲击和扭向冲击频率相同，在保证提速效率的基础上优化了工作结构，提高了工具与钻具的适配性并降低了加工难度；

2、本实用新型在动阀和静阀间增设滚珠，减少了动阀旋转时的摩擦阻力，有利于进一步提高工具的冲击频率，从而提高钻井提速效果；

3、本实用新型将连接组件拆分设置为锤套和下接头两个零件，两者间设置下端盖作为过渡机构，并通过连接装置将上述三个零件与静阀连接为整体，使复杂零件加工变得简单。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的一种复合冲击钻井提速工具的剖立面结构示意图；

图2为上述实施例中所述动阀的结构示意图；

图3为上述实施例中所述静阀的结构示意图；

图4为上述实施例中所述锤套的结构示意图；

图5为上述实施例中所述冲击锤的结构示意图；

图6为上述实施例中所述换向套的结构示意图；

图7为上述实施例中所述下端盖的结构示意图；

图8为上述实施例中所述下接头的结构示意图。

附图标记说明：

1、套筒；1A、套筒中心孔；1B、套筒螺纹；1C、第二锁紧槽；2、阀盖；3、动阀；31、动阀凸键；32、第一滚珠槽；33、第一流道槽；4、滚珠；5、上喷嘴；6、静阀；61、第二滚珠槽；62、第二流道槽；63、第二旁通孔；64、换向流道孔；65、静阀中心孔；66、阀盖安装孔；67、第一连接孔；7、连接螺栓；8、轴向密封圈；9、密封环；10、锤套；101、第二连接孔；102、冲击舱；103、第一低压流道槽；104、第二换向流道槽；11、冲击锤；111、锤头；112、内键；113、锤头流道槽；114、内键流道槽；12、换向套；121、键槽；122、第一旁通孔；123、定位台阶；124、卡簧槽；125、换向舱；126、第一换向流道槽；127、第二低压流道槽；13、下端盖；131、第三连接孔；132、轴向穿孔；133、第三低压流道槽；134、轴向密封槽；135、第四低压流道槽；14、下喷嘴；15、螺母；16、径向密封圈；17、锁紧元件；18、下接头；181、第四连接孔；182、第五低压流道槽；183、连接槽；184、径向密封槽；185、第一锁紧槽；186、下接头凸键。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-8所示，本实用新型提供一种复合冲击钻井提速工具，包括：

套筒1，其设置在钻柱底部且上端开口与钻柱连通；

静阀6，其为固定内套在所述套筒1上部的轴向贯通结构，其顶部沿周向间隔设有第二流道槽62；

动阀3，其转动设置在所述静阀6的顶部并通过上喷嘴5与所述静阀6的内部连通，所述动阀3上沿周向间隔设有第一流道槽33，其沿轴向贯通并与所述第二流道槽62对应连通；

连接组件，其固定在所述静阀6的底部且上、下部间通过下喷嘴14连通，所述连接组件的上部为配合套设在所述套筒1内部的环形结构，其内环面左右两侧对称设有冲击舱102，所述连接组件的下部与钻头顶部连接并连通；

冲击锤11，其为环形结构，其外环面左右两侧对称设有与所述冲击舱102对应的锤头111并配合内套在所述连接组件的上部，所述冲击锤11的内环面前后两侧对称设有内键112；

换向套12，其为环形结构，其下部的外环面前后两侧对称设有与所述内键112对应的换向舱125并配合套设在所述冲击锤11内部，所述换向套12的上部配合套设在所述静阀6内部并与所述动阀3的底部固定连接，所述换向套12的内部两端分别与所述上喷嘴5、所述下喷嘴14连通；

流道***，其设置在所述套筒1内部并通过不同的流道连通所述上喷嘴5和所述下喷嘴14，钻井液在流经所述下喷嘴14时产生压降，驱动所述换向套的换向舱125在所述内键112的限制下做往复旋转运动，所述冲击锤的锤头111在所述冲击舱102内做往复旋转运动。

上述技术方案中，所述套筒1为中空圆柱状结构，其上端开口外侧设有套筒螺纹1B，用于连接上部钻柱；套筒中部设有沿轴向贯通的套筒中心孔1A，用于与钻柱内部连通并使上方钻井液顺利流入。所述套筒内从上到下依次设有动阀、静阀、连接组件，其中连接组件的下端与钻头连接并连通，连接组件的上部为环形圆柱结构，其内环面设有两个对称的冲击舱102，用于承受冲击锤11的锤头111撞击产生的扭向冲击力，并经连接组件的下部传递给钻头；冲击锤11设置于连接组件的上部的内腔，冲击锤外侧设有两个对称的锤头111，安装时其对应设置在两个冲击舱内，冲击锤内侧设有两个对称的内键112；换向套12的下部设置于冲击锤内，换向套的下部外侧有两个对称的换向舱125，组装时冲击锤的两个内键112分别放置在换向舱125内。静阀安装在连接组件的顶部，静阀6通过设置在中部的静阀中心孔65沿轴向贯通，动阀3通过设置在中部的动阀中心孔沿轴向贯通，所述上喷嘴5安装在动阀中心孔内并连通套筒中心孔1A与静阀中心孔，动阀底部沿周向间隔设有动阀凸键31，其伸入静阀中心孔65内并与其内侧壁贴合连接，换向套的上部配合套入所述静阀中心孔内并向上延伸，换向套12的顶部还设有键槽121，其结构尺寸与所述动阀凸键相匹配，换向套12顶部的键槽121延伸至静阀中心孔顶端后与动阀凸键31配合卡接，从而，在换向套旋转换向时可带动动阀同步旋转。静阀与动阀间对应设有第一流道槽和第二流道槽，其分别设置在静阀、动阀中心孔的外侧，钻井液从套筒中心孔1A经第二流道槽流入第一流道槽内，在本实施例中，第一流道槽、第二流道槽为长度相同的弧形节段槽。同时，钻井液还从套筒中心孔1A经上喷嘴流入换向套内，除换向套中心孔外，在流道***的作用下，钻井液还通过不同的流道与下喷嘴/连接组件的下部连通，使钻井液在流经下喷嘴时产生压降，并在冲击锤、换向套周围形成压差，以驱动换向套的换向舱在内键的限制下做往复旋转运动，一方面可通过流道的切换形成不同方向的压差使冲击锤的锤头在冲击舱内做往复旋转运动，从而，通过冲击锤的锤头撞击冲击舱对钻头产生扭向冲击力；另一方面可通过换向套带动动阀绕其轴线转动，使第二流道槽相对第一流道槽发生转动，两者间的轴向过流面积产生周期性变化，使流经此处的钻井液产生水力脉冲压力，形成轴向冲击载荷，并经动阀3、静阀6、连接组件将产生的轴向冲击力传递给钻头。

本实用新型在扭向冲击钻井提速工具的基础上，利用换向套自激往复旋转的工作特性实现轴向冲击和扭向冲击两种功能，且工具产生的轴向和扭向冲击的频率相同，通过扭向冲击消除钻头“粘滑”现象，减少钻头磨损，通过高频轴向冲击增加钻头吃深，促进地层裂纹扩展，进一步提高钻头破岩效率，从而，在保证提速效果的条件下有效缩短了工具的总长度；同时，套筒内零件结构简单、加工方便、易于组装，提高了工具与钻具的适配性并降低了加工难度。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，所述静阀6的上端面和所述动阀3的下端面上相对设置有滚珠槽，其沿所述动阀的周向连续设置并形成环形空间，其内部设有多个滚珠4，所述动阀3通过所述多个滚珠4与所述静阀6同轴设置并转动连接。具体的，所述滚珠槽包括设置在静阀6上的第二滚珠槽61和设置在动阀3上的第一滚珠槽32。所述动阀3为圆盘形结构，其中部设有沿轴向贯通的动阀中心孔，用于安装上喷嘴；静阀6上端面设有供动阀嵌入的安装槽，其中部设有沿轴向贯通的静阀中心孔65，第二流道槽62和第二滚珠槽61均设置在安装槽底部平面上，第二滚珠槽61位于第二流道槽62与静阀中心孔65之间。任一滚珠的尺寸与两个滚珠槽形成的环形空间的截面相匹配，动阀放置在滚珠上，当动阀相对静阀转动时，滚珠在环形空间内滚动以减少动阀旋转时的摩擦阻力。在动阀3配合嵌入静阀6顶部的安装槽后，还可以在安装槽顶部加装阀盖2，静阀顶部沿周向间隔设有阀盖安装孔66(螺钉孔)，阀盖2通过螺钉固定在阀盖安装孔66上且底面与动阀顶面抵接，从而，在不影响动阀转动的情况下，对动阀与静阀的轴向位置进行进一步限位，防止动阀3在工作过程中上浮，影响流道槽密封性。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，所述连接组件为分体式结构，其上、下部分别设置为锤套10和下接头18，所述下接头18固定内套在所述套筒1的下部并通过中心孔与钻头连通，所述锤套10卡设在所述下接头18与所述静阀6之间；所述锤套与所述下接头间还设有下端盖13，其中部设有轴向穿孔132，所述下喷嘴设置在所述轴向穿孔处并连通所述换向套内部与所述中心孔，所述静阀、所述锤套、所述下端盖和所述下接头通过连接装置沿轴向锁紧固定。

常规的钻井提速工具的连接组件为一体式结构，存在零件结构复杂，加工、组装难度大的问题。在上述技术方案中，连接组件采用分体式结构，通过下端盖13将连接组件分隔为两个零件进行安装，下端盖13的顶面对锤套10、冲击锤11、换向套12进行轴向限位，下端盖13的底面对下接头18进行轴向限位，简化了连接组件的内部结构，有利于各零件的快速、精确加工和便捷对接、安装。下接头18的中心孔为轴向贯穿孔，其下端设有内螺纹，用于与下方钻头连接，下接头的中心孔上端伸至套筒1内部并与下喷嘴连通。锤套10通过下端盖13支撑在下接头18顶部，锤套10内部依次套设安装冲击锤11和换向套12。静阀6、锤套10、下端盖13、下接头18上沿周向间隔设有多组连接孔，每组连接孔包括第一连接孔67、第二连接孔101、第三连接孔131、第四连接孔181，其分别设置在静阀、锤套、下端盖、下接头上，同组的四个连接孔沿轴向对应连通；第一连接孔67为螺栓沉孔，其设置在静阀6的端面上，第二连接孔101、第三连接孔131均为通孔，第四连接孔181设置在下接头18的顶面上，下接头的外侧壁上还设有连接槽183，其与各第四连接孔181对应连通。所述连接装置包括多个连接螺栓7，其与所述多组连接孔一一对应，任一连接螺栓7依次穿过对应的四个连接孔，连接螺栓7的顶端螺帽卡设在第一连接孔67内(螺帽沉入螺栓沉孔内并封闭第一连接孔，不会影响静阀与其他结构的装配)，底端穿出第四连接孔181后伸入连接槽183内，在连接槽内对应安装螺母15即可将所述连接螺栓的底端沿轴向向上锁紧，从而，实现静阀、锤套、下端盖和下接头的轴向锁紧固定，防止工作中各零件的相互转动，并提高其相对轴向定位的精确度。在本实施例中，多组连接孔设置为四组连接孔，对应的，连接装置包括四根连接螺栓。

在所述复合冲击钻井提速工具组装时，可先将冲击锤11和换向套12套入锤套10内，在其底部安装下端盖13和下接头18，在锤套10顶部安装静阀6和动阀3，即完成对冲击锤和换向套的相对定位安装，然后将静阀6、锤套10、下端盖13和下接头18通过连接装置连接为整体，再将其整体套入套筒内，通过下接头与套筒的固定连接即可实现套筒内的各零件进行整体轴向定位，也避免了工作中静阀、锤套、下端盖和下接头形成的整体结构相对套筒发生转动，有利于提高工具的整体工作稳定性。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，所述下接头18通过锁紧装置与所述套筒1可拆卸连接，所述锁紧装置包括两个锁紧槽，其相对设置在所述下接头18的外环面与所述套筒1的内侧壁上并沿其周向形成环形空槽；多个锁紧元件17，其沿所述环形空槽的周向连续设置在其内部，任一锁紧元件17与所述环形空槽配合卡接。其中，两个锁紧槽包括设置在下接头外环面上的第一锁紧槽185和设置在套筒内侧壁上的第二锁紧槽1C，两个锁紧槽的安装高度位置相对应。第一锁紧槽185位于连接槽183下方，方便进行下接头与套筒的安装。套筒外侧壁上设有与所述环形空槽连通的安装口，安装口尺寸略大于单个锁紧元件的尺寸，锁紧元件可通过安装口装入所述环形空槽内，下一锁紧元件装入时推动上一锁紧元件沿环形空槽的周向滑动，直至全部环形空槽被锁紧元件填充满。锁紧块的截面可设置为圆形或方形结构，在本实施例中，锁紧元件为与所述环形空槽的截面尺寸相匹配的扇环形锁紧块，每个锁紧块的圆心角为9°，采用40个锁紧块即可填满所述环形空槽。同时，在全部锁紧元件安装完成后，在安装口处安装丝堵，丝堵外环面带有公螺纹，套筒安装口处设有母螺纹，将丝堵拧入套筒安装口内直至与锁紧元件外表面抵接，即可保证锁紧稳定性，避免所述复合冲击钻井提速工具在钻井作业时将锁紧元件甩出。从而，对下接头与套筒的连接进行多方向(径向、轴向)同时限位，保证连接稳定性，为套筒内部结构的安装提供稳定的支撑和限位基础，也有利于快速、方便的对套筒与下接头进行安装或拆卸。

另外，下接头18的底部外侧沿周向间隔设有多个下接头凸键186，任一下接头凸键向上凸起，套筒1的底部外侧沿周向间隔设有多个凹键，其与所述多个下接头凸键一一对应，组装时套筒的凹键与对应的下接头凸键沿轴向配合卡接，下接头凸键186的上端面与凹键的顶端面接触，用于传递钻压，下接头凸键186的侧面与凹键的侧面接触，用于传递扭矩，进一步提高了下接头与套筒的定位准确性和连接稳定性。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，所述冲击舱和所述锤头、所述内键和所述换向舱均为相互匹配扇环形结构，所述冲击舱的圆心角大于所述锤头的圆心角，所述换向舱的圆心角大于所述内键的圆心角。从而，在冲击锤做往复旋转运动时，锤头两侧能够适应性与冲击舱两侧交替配合抵接，在冲击舱另一侧形成流道空间并有效传递扭向冲击力；同理，在换向套做往复旋转运动时，换向舱两侧能够适应性与内键两侧交替配合抵接，在换向舱另一侧形成流道空间。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，所述静阀6为哑铃型结构，其中部向内收缩并与所述套筒1内侧壁形成环形空腔，所述流道***包括：

两组旁通孔，其分别设置在所述换向套12的上部和所述静阀6的中部，所述两组旁通孔相互对应设置并连通所述换向套12的内部和所述环形空腔；

四个换向流道孔64，其沿周向间隔设置在所述环形空腔的底面上；

两组内键流道槽114，其分别与两个内键112对应，任一组内键流道槽114包括两个内键流道槽，其分别紧贴设置在对应的内键112的两侧，任一内键流道槽114连通所述冲击锤11的内、外环面；

两组锤头流道槽113，其分别与两个锤头111对应，任一组锤头流道槽包括两个锤头流道槽113，其分别紧贴设置在对应的锤头111的两侧，任一锤头流道槽113连通所述冲击锤11的内、外环面；

两组第一换向流道槽126，其与所述两组锤头流道槽113对应设置在所述换向套12的下部，任一组第一换向流道槽126包括两个第一换向流道槽，其与同组的两个锤头流道槽113对应设置，任一第一换向流道槽126连通所述换向套12的内、外环面；

两组第二换向流道槽104，其与所述两组内键流道槽114对应设置在所述连接组件的上部的内环面上，任一组第二换向流道槽104包括两个第二换向流道槽，其与同组的两个内键流道槽114对应设置，四个第二换向流道槽104与所述四个换向流道孔64一一对应连通；

两个换向舱低压流道，其与所述两组内键流道槽114对应设置在所述连接组件的上部的内环面上，任一换向舱低压流道位于对应的两个第二换向流道槽104之间并连通所述连接组件的上、下部；

两组冲击舱低压流道，其与所述两组锤头流道槽对应设置在所述换向套12的下部，任一组冲击舱低压流道包括两个冲击舱低压流道，其位于对应的一组第一换向流道槽两侧且与同组的两个锤头流道槽113对应设置，任一冲击舱低压流道连通所述连接组件的上、下部；

其中，当锤头111的两侧交替转动至与冲击舱102的两侧抵接时，同一组锤头流道槽113交替与对应的冲击舱102连通，同一内键流道槽114交替与对应的第一低压流道槽103、第二换向流道槽104连通；当换向舱125的两侧交替转动至与内键112的两侧抵接时，同一组第一换向流道槽126交替与对应锤头流道槽113连通，同一组冲击舱低压流道交替与对应的锤头流道槽113连通，同一组内键流道槽114交替与对应的换向舱125连通。

上述技术方案中，位于换向套12上的旁通孔为第一旁通孔122，位于静阀上的旁通孔为第二旁通孔63；任一组旁通孔包括沿换向套/静阀周向间隔设置的多个旁通孔，在本实施例中，一组旁通孔为两个旁通孔，其对称设置在换向套/静阀的两侧。

初始状态下，冲击锤的锤头111与冲击舱102一侧抵接，此时位于该侧且相对应的第一换向流道槽126与锤头流道槽113连通并通入高压钻井液，另一侧的第一换向流道槽与锤头流道槽不连通，冲击舱102的另一侧通过另一侧的锤头流道槽113与对应的冲击舱低压流道连通，从而，在锤头(冲击舱)两侧形成压差，驱动锤头111向冲击舱的另一侧顺时针转动，同时通过内键带动换向套也顺时针转动，转动过程中冲击舱另一侧的空间逐渐被压缩，其内部钻井液通过对应的冲击舱低压流道排出；当锤头111转动至与冲击舱102另一侧抵接后，内键112也与靠近顺时针方向的换向舱125一侧抵接，此时，该侧(内键与换向舱抵接的一侧)的内键流道槽114与对应的第二换向流道槽104连通，另一侧的内键流道槽114同时与对应的换向舱低压流道和换向舱125的另一侧连通，从而在内键114两侧形成压差，内部的换向套12在惯性和流道压差作用下继续沿顺时针方向(相对冲击锤)转动至内键112与靠近逆时针方向的换向舱125一侧抵接(换向套转动过程中，换向舱、内键流道槽和第二换向流道槽内的钻井液可通过换向舱低压流道向下持续排出)，换向套12的转动使第一换向流道槽126、冲击舱低压流道同步转动，此时，原侧(靠近逆时针方向)的锤头流道槽113与第一换向流道槽126的连接断开，转而与同侧的冲击舱低压流道连通，使高压侧变为低压侧，另一侧(靠近顺时针方向)的第一换向流道槽126与对应的锤头流道槽113连通并通入高压钻井液，形成反向压差，同理，驱动锤头111逆时针转动并带动换向套12回到初始状态，即锤头先转动至与冲击舱原侧抵接，然后换向套在惯性和压差作用下持续逆时针转动至内键与换向舱的另一侧抵接。上述过程在钻井液的持续流通下自动循环，即实现所述换向套的换向舱在所述内键的限制下做往复旋转运动、所述冲击锤的锤头在所述冲击舱内做往复旋转运动，进而实现工具的扭向冲击功能。

另外，当连接组件采用锤套、下接头和下端盖组成的分体式结构时，同一换向舱低压流道包括设置在锤套10上的第一低压流道槽103、设置在下端盖上的第三低压流道槽133和设置在下接头上的第五低压流道槽182，其位于中心孔两侧的内环面上，三者沿轴向相互连通，所述第一低压流道槽103、第三低压流道槽133和第五低压流道槽182的截面均为半圆形结构，第一低压流道槽103、第三低压流道槽133与第五低压流道槽182在连接装置的锁紧作用下沿轴向相对固定连通，以顺利将第二换向流道槽104、内键流道槽114和换向舱125在转动过程中流通的钻井液向下排入下接头18中心孔内。同一组冲击舱低压流道包括设置在换向套本体上的两个第二低压流道槽127和设置在下端盖13上的第四低压流道槽135，两者沿轴向相互连通，在本实施例中，第四低压流道槽135为设置在下端盖13的轴向穿孔132外侧的弧形槽，以适应换向套上第二低压流道槽127的相对转动，保证第四低压流道槽135始终与上方对应的第二低压流道槽127连通；同时，下接头18的中心孔尺寸覆盖所述第四低压流道槽135的范围，在锤头111旋转时，冲击舱102内的低压钻井液通过锤头流道槽113导向第二低压流道槽127，经第四低压流道槽135连通后可直接排入下接头18的中心孔内。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，还包括密封组件，其包括：径向密封圈16，其沿所述套筒1的周向设置在所述连接组件的下部与所述套筒1之间；轴向密封圈8，其沿所述套筒1的周向设置在所述静阀6的下端面与所述连接组件的上端面之间。其中，连接组件的下部外周与套筒间设有径向密封槽184，用于定位安装径向密封圈16，防止内部钻井液渗漏。连接组件的上端面与静阀的下端面间设有轴向密封圈8，用于防止静阀与换向套之间的钻井液沿静阀的径向流入其与套筒的间隙。

另外，当连接组件采用锤套、下接头和下端盖组成的分体式结构时，径向密封槽184设置在连接槽183与第一锁紧槽185之间，径向密封圈16对应卡设在径向密封槽184内，防止钻井液进入套筒与下接头间的缝隙产生冲蚀现象，也避免钻井液渗入锁紧元件处影响连接有效性；下端盖的上、下端面分别沿周向设有轴向密封槽134，其位于第四低压流道槽135和第三低压流道槽133的外侧，从而，在下端盖与下接头之间、下端盖与锤套之间也设有轴向密封圈8，其对应卡设在两个轴向密封槽134内，防止经下端盖过渡连通的低压钻井液渗入下端盖与套筒的缝隙内。

在另一技术方案中，所述的复合冲击钻井提速工具，所述换向套12的下部外直径大于上部外直径，所述换向舱102与所述换向套12的上部外侧空间连通，所述换向套的下部高度低于所述连接组件的上部高度，静阀6的底部通过密封环9与所述换向套12上、下部间的定位台阶123配合卡接。由于冲击锤内侧设有凸起的内键，在换向套的下部需配合套设在冲击锤内部(即换向套的下部外环面与冲击锤内环面贴合)的情况下，常规的结构难以实现换向套与冲击锤的配合安装，因此，将换向套设置为下端粗上端细的结构，且换向舱与换向套的上部外侧空间连通，从而，在安装时可将换向套从下向上套入冲击锤内部，使内键沿轴向顺利卡入换向舱内并对其进行单向限位(限制换向套沿轴向向上的移动)，方便换向套与冲击锤的配合安装，换向套的底端支撑在连接组件的上部底面处(限制换向套沿轴向向下的移动)，进一步提高了换向套的轴向限位稳定性。同时，换向套的下部高度低于连接组件的上部高度，在连接组件与静阀的连接端面处形成高度差，在定位台阶123处对应设置卡簧槽124，然后将密封环9通过卡簧槽124定位安装至换向套12上、下部间的定位台阶123上，即可在不影响静阀与连接组件对接安装的同时实现换向套上旁通孔与换向舱间的轴向密封，提高不同流道间的密封性能。

在本实施例中，所述复合冲击钻井提速工具包括：套筒1、阀盖2、动阀3、滚珠4、上喷嘴5、静阀6、连接螺栓7、轴向密封圈8、密封环9、锤套10、冲击锤11、换向套12、下端盖13、下喷嘴14、螺母15、径向密封圈16、锁紧元件17和下接头18。其中，套筒1下端与下接头18通过锁紧元件17实现轴向固定；下端盖13设置于下接头18顶端；锤套10、冲击锤11和换向套12从外到里依次设置于下端盖13顶端；静阀6设置于锤套10之上，动阀3与静阀6之间有若干滚珠4；动阀3与换向套12在圆周方向固定，且随换向套12转动；连接螺栓7将静阀6、锤套10、下端盖13和下接头18轴向固定。

在实际工作中，钻井液从套筒上端中心孔1A流入，流经下喷嘴14后，形成高压和低压钻井液，将高压钻井液经第一换向流道槽126和锤头流道槽113导通到锤头111的一侧，同时锤头111另一侧与低压钻井液导通，在高压和低压钻井液作用下，冲击锤11绕工具轴线顺时针高速旋转。同时，冲击锤111通过内键112带动换向套12同步旋转，锤头111撞击冲击舱102侧面产生扭向冲击力，并经连接螺栓7、下接头18传递给钻头，消除钻头“粘滑”现象。冲击锤11撞击停止后，换向套12在惯性和钻井液压差共同作用下，继续顺时针旋转，至换向套的换向舱125的另一侧与冲击锤的内键112的另一侧接触，将高压钻井液经第一换向流道槽126和锤头流道槽113导通到锤头111的另一侧(原先为低压)，锤头111原先为低压一侧则与低压钻井液导通，由此实现锤头111两侧钻井液高低压通道互换。冲击锤11在钻井液高低压作用下开始绕工具轴线逆时针旋转，并撞击冲击舱102的另一个侧面，撞击停止后，再次实现锤头111两侧钻井液高低压互换。如此循环，通过换向套12的自激往复旋转，工具持续产生高频扭向冲击力，并传递给钻头。

同时，通过键槽121带动动阀3同步往复旋转，动阀3上的第一流道槽33与静阀6上的第二流道槽62所共同形成的轴向过流面积也随着变化，由此产生钻井液水力脉冲压力，形成轴向冲击力，并经动阀3、静阀6、锤座10、下端盖13和下接头18传递给钻头。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种复合冲击钻井提速工具，其特征在于，包括：

套筒，其设置在钻柱底部且上端开口与钻柱连通；

静阀，其为固定内套在所述套筒上部的轴向贯通结构，其顶部沿周向间隔设有第二流道槽；

动阀，其转动设置在所述静阀的顶部并通过上喷嘴与所述静阀的内部连通，所述动阀上沿周向间隔设有第一流道槽，其沿轴向贯通并与所述第二流道槽对应连通；

连接组件，其固定在所述静阀的底部且上、下部间通过下喷嘴连通，所述连接组件的上部为配合套设在所述套筒内部的环形结构，其内环面左右两侧对称设有冲击舱，所述连接组件的下部与钻头顶部连接并连通；

冲击锤，其为环形结构，其外环面左右两侧对称设有与所述冲击舱对应的锤头并配合内套在所述连接组件的上部，所述冲击锤的内环面前后两侧对称设有内键；

换向套，其为环形结构，其下部的外环面前后两侧对称设有与所述内键对应的换向舱并配合套设在所述冲击锤内部，所述换向套的上部配合套设在所述静阀内部并与所述动阀的底部固定连接，所述换向套的内部两端分别与所述上喷嘴、所述下喷嘴连通；

流道***，其设置在所述套筒内部并通过不同的流道连通所述上喷嘴和所述下喷嘴，钻井液在流经所述下喷嘴时产生压降，驱动所述换向套的换向舱在所述内键的限制下做往复旋转运动，所述冲击锤的锤头在所述冲击舱内做往复旋转运动。

2.如权利要求1所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，所述静阀的上端面和所述动阀的下端面上相对设置有滚珠槽，其沿所述动阀的周向连续设置并形成环形空间，其内部设有多个滚珠，所述动阀通过所述多个滚珠与所述静阀同轴设置并转动连接。

3.如权利要求1所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，所述连接组件为分体式结构，其上、下部分别设置为锤套和下接头，所述下接头固定内套在所述套筒的下部并通过中心孔与钻头连通，所述锤套卡设在所述下接头与所述静阀之间；所述锤套与所述下接头间还设有下端盖，其中部设有轴向穿孔，所述下喷嘴设置在所述轴向穿孔处并连通所述换向套与所述中心孔，所述静阀、所述锤套、所述下端盖和所述下接头通过连接装置沿轴向锁紧固定。

4.如权利要求3所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，所述下接头通过锁紧装置与所述套筒可拆卸连接，所述锁紧装置包括两个锁紧槽，其相对设置在所述下接头的外环面与所述套筒的内侧壁上并沿其周向形成环形空槽；多个锁紧元件，其沿所述环形空槽的周向连续设置在其内部，任一锁紧元件与所述环形空槽配合卡接。

5.如权利要求1所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，所述冲击舱和所述锤头、所述内键和所述换向舱均为相互匹配扇环形结构，所述冲击舱的圆心角大于所述锤头的圆心角，所述换向舱的圆心角大于所述内键的圆心角。

6.如权利要求1所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，所述静阀为哑铃型结构，其中部向内收缩并与所述套筒内侧壁形成环形空腔，所述流道***包括：

两组旁通孔，其分别设置在所述换向套的上部和所述静阀的中部，所述两组旁通孔相互对应设置并连通所述换向套的内部和所述环形空腔；

四个换向流道孔，其沿周向间隔设置在所述环形空腔的底面上；

两组内键流道槽，其分别与两个内键对应，任一组内键流道槽包括两个内键流道槽，其分别紧贴设置在对应的内键的两侧，任一内键流道槽连通所述冲击锤的内、外环面；

两组锤头流道槽，其分别与两个锤头对应，任一组锤头流道槽包括两个锤头流道槽，其分别紧贴设置在对应的锤头的两侧，任一锤头流道槽连通所述冲击锤的内、外环面；

两组第一换向流道槽，其与所述两组锤头流道槽对应设置在所述换向套的下部，任一组第一换向流道槽包括两个第一换向流道槽，其与同组的两个锤头流道槽对应设置，任一第一换向流道槽连通所述换向套的内、外环面；

两组第二换向流道槽，其与所述两组内键流道槽对应设置在所述连接组件的上部的内环面上，任一组第二换向流道槽包括两个第二换向流道槽，其与同组的两个内键流道槽对应设置，四个第二换向流道槽与所述四个换向流道孔一一对应连通；

两个换向舱低压流道，其与所述两组内键流道槽对应设置在所述连接组件的上部的内环面上，任一换向舱低压流道位于对应的两个第二换向流道槽之间并连通所述连接组件的上、下部；

两组冲击舱低压流道，其与所述两组锤头流道槽对应设置在所述换向套的下部，任一组冲击舱低压流道包括两个冲击舱低压流道，其位于对应的一组第一换向流道槽两侧且与同组的两个锤头流道槽对应设置，任一冲击舱低压流道连通所述连接组件的上、下部；

其中，当锤头的两侧交替转动至与冲击舱的两侧抵接时，同一组锤头流道槽交替与对应的冲击舱连通，同一内键流道槽交替与对应的第一低压流道槽、第二换向流道槽连通；当换向舱的两侧交替转动至与内键的两侧抵接时，同一组第一换向流道槽交替与对应锤头流道槽连通，同一组冲击舱低压流道交替与对应的锤头流道槽连通，同一组内键流道槽交替与对应的换向舱连通。

7.如权利要求6所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，还包括密封组件，其包括：径向密封圈，其沿所述套筒的周向设置在所述连接组件的下部与所述套筒之间；轴向密封圈，其沿所述套筒的周向设置在所述静阀的下端面与所述连接组件的上端面之间。

8.如权利要求6所述的复合冲击钻井提速工具，其特征在于，所述换向套的下部外直径大于上部外直径，所述换向舱与所述换向套的上部外侧空间连通，所述换向套的下部高度低于所述连接组件的上部高度，静阀的底部通过密封环与所述换向套上、下部间的定位台阶配合卡接。