[发明专利]一种液动冲击回转反循环钻进装置

说明书

技术领域

本发明属于钻探设备领域，尤其涉及一种反循环钻进装置。

背景技术

目前破碎复杂地层的钻进方法中效率最高的是运用冲击回转与反循环相结合的钻进技术，其破碎复杂地层的机理：冲击器将冲击能量和回转能量经过动力头、反循环水龙头传递给反循环钻头，反循环钻头对岩石进行高频率的冲击，使岩石破碎，高压循环水经过反循环钻头进入反循环钻头底部，高压循环水夹带着岩渣利用反循环排渣方式从岩浆上返中心通道排出。反循环钻头、反循环水龙头、液动冲击器是冲击回转反循环钻进装置中不可缺少的部件。

现有的反循环钻头在硬岩层钻孔时，不需要考虑循环水漏失问题，钻孔能顺利进行；而在含有粘土、流砂、卵石、砾石、漂石等形成的复杂地层进行钻孔时，由于碎块状岩石具有大小不均、胶结性差、结构松散、换层频繁、软硬悬殊等特点，所以在钻进过程中碎块不能稳定受力，容易发生滚动，产生多个切削面，使得钻孔效率低，容易出现垮孔、掉块和卡钻等事故；由于破碎地层渗透性强，容易使冲洗液漏失，造成循环水中断，钻孔无法进行，甚至出现涌水等事故；现有结构中循环水通道和岩浆上返中心通道直接连通，无法在钻头区域形成负压，造成岩渣排出困难、施工效率低。

钻进装置所用的反循环水龙头，是将循环水和岩渣从井底经钻具、水龙头的中心通道吸出底面，目前钻机水龙头存在以下问题：密封装置不好存在漏气漏浆的问题，经常导致循环水中断；结构设计不合理，不能同时将冲击能量和回转能量传递给钻具，导致钻井效率低。

钻进所应用的液动冲击器根据动力源的不同分为以下两种：一种是利用钻井冲洗液作为动力源，用阀门加回位弹簧或阀滑惯性产生振动，控制液压冲击缸的活塞产生振动，活塞杆带动冲击锤冲击钻头进行冲击回转钻井作业，这种结构的冲击频率不能实现连续可调，而且弹簧高频振动容易损坏，滑阀容易被高磨砺度的钻井冲洗液磨损而失去控制作用；另一种是利用液压油作为动力源，该驱动系统与钻井冲洗液隔离，冲击频率一般由液控换向阀及液压系统压力决定，这种结构冲击频率调整结构复杂，加工难度高，冲击频率调节范围小，并且只能实现固定频率的调节，但是钻孔地层千变万化，不同的地层所需的冲击力和频率不同，这种液动冲击系统适用范围小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种液动冲击回转反循环钻进装置，包括反循环钻头、反循环水龙头、动力头、液动冲击器，所述反循环钻头和反循环水龙头下端连接，所述反循环水龙头上端与动力头下端连接，所述动力头上端与液动冲击器连接，所述反循环钻头包括钻头体、套管靴，所述钻头体设有通孔，所述套管靴套在钻头体外，所述反循环水龙头包括进水口、排渣口、钻杆接头、套管接头、冲击回转接头，所述钻杆接头内腔为岩浆上返中心通道的一部分，所述套管接头和钻杆接头之间的空腔为高压循环水通道的一部分，所述冲击回转接头与钻杆接头上端、套管接头上端固定连接，所述液动冲击器包括前壳体、后壳体、蓄能器、冲击活塞、油管接头，所述前壳体与后壳体固定连接，所述前壳体和后壳体依次套在冲击活塞上，所述油管接头固定在后壳体上部的外表面，所述蓄能器固定在后壳体下部的外表面，其特征在于：所述反循环钻头还包括密封环、导流套、过渡接头、导流接头，所述钻头体下端和套管靴下端通过密封环密封，所述导流套固定连接在钻头体下端内侧，所述导流套上表面高于通孔，所述过渡接头与套管靴上端丝扣连接，所述导流接头与钻头体上端丝扣连接，所述反循环水龙头还包括水套、卡簧、密封圈，所述进水口设置在水套一侧并穿过套管接头与高压循环水通道相通，所述水套套在套管接头外并通过卡簧固定，所述密封圈设在套管接头和水套之间，所述排渣口设置在冲击回转接头一侧并与岩浆上返中心通道相通，所述液动冲击器还包括换向阀芯、换向阀套、液压马达、安装座，所述液压马达固定在安装座上并与换向阀芯连接，所述安装座固定在后壳体和换向阀套的上端，所述换向阀套位于后壳体内部并套在换向阀芯外。

所述钻头体、套管靴下端热压连接有球指合金。

所述岩浆上返中心通道的直径为50mm。