[实用新型]一种振动加压钻井工具

说明书

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，尤其涉及一种振动加压钻井工具。

背景技术

PDC钻头（即Polycrystalline Diamond Compact的英文缩写，聚晶金刚石复合片钻头）是一种钻井速度快、使用寿命长、工作稳定性好的高效破岩工具，但随着石油勘探开发向深部地层的推进，硬地层、复杂地层的增多和钻具结构的复杂度增加，加速了PDC钻头的破坏和失效，钻柱的“粘滑”振动（即钻柱扭矩的持续积累和瞬间释放现象）是导致PDC钻头失效的最主要原因；常规消除PDC钻头“粘滑”振动的措施主要包括：增大钻柱转速、优化钻具结构、增大钻井液阻尼和顶部扭矩负反馈等，但是上述技术措施均存在一定的局限性，难以从根本上解决问题。

研究表明：在钻进过程中，通过对岩石施加动载冲击力，结合钻头齿静载切向压力，动静载联合作用，可以改变岩石的破碎机理，在提高破岩效率的同时，能显著消除PDC钻头的“粘滑”振动现象。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种振动加压钻井工具，用于消除PDC钻头在钻进过程中的“粘滑振动”现象，改善岩石的应力状况，提高破岩效率。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种振动加压钻井工具，包括套筒，所述套筒的上端安装有上接头，所述套筒内位于所述上接头的下端安装有喷嘴；所述套筒的下端滑动安装有驱动杆，所述驱动杆的下端伸出所述套筒的下端，所述驱动杆的下端固定连接有下接头，所述驱动杆沿其轴向设有中空的驱动杆流道；所述套筒内位于所述喷嘴与所述驱动杆之间设置有至少一级活塞分隔环结构，每级所述活塞分隔环结构包括一个滑动设置的活塞，所述活塞沿其轴向设有中空的活塞流道，所述活塞呈T形结构，所述活塞具有上端面、下端面以及自所述下端面向下延伸的导向杆部，所述导向杆部的下端设有沿其径向设置的活塞传压孔，所述活塞传压孔与所述活塞流道相通，一个固定安装于所述套筒内的分隔环，所述分隔环套装在所述活塞的导向杆部，所述分隔环上设有分隔环径向孔及与所述分隔环径向孔相通的分隔环轴向孔，所述套筒上对应于所述分隔环径向孔的位置设有套筒导流孔。

作为优选，所述套筒内位于所述喷嘴与所述驱动杆之间设置有多级活塞分隔环结构；第一级活塞分隔环结构的活塞的上端面、所述喷嘴的下端面与所述套筒的内壁之间围成一个压力波动腔。

作为优选，所述套筒的下端还安装有驱动短节，所述驱动杆与所述驱动短节的内壁之间为多边形轮廓配合。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：由于本实用新型的一种振动加压钻井工具在套筒的上端安装有上接头及喷嘴，在下端滑动安装有驱动杆，驱动杆的下端固定连接有下接头，套筒内位于喷嘴与驱动杆之间设置有至少一级活塞分隔环结构，每级活塞分隔环结构包括一个滑动设置大致呈T形结构的活塞，该活塞具有上端面、下端面以及导向杆部，导向杆部的下端设有沿其径向设置且与活塞流道相通的活塞传压孔，一个固定安装于套筒内且套装在活塞的导向杆部的分隔环，该分隔环上设有相通的分隔环径向孔及分隔环轴向孔，套筒上对应于分隔环径向孔的位置设有套筒导流孔；工作时，定常流动的钻井液通过上接头的中心孔流经喷嘴后变为高速紊流流动，并在喷嘴后产生剧烈的紊流压力波动，直接作用于第一级活塞的上端面，第一级活塞的下端面受到分隔环轴向孔、分隔环径向孔和套筒导流孔连通后引入的井筒环空低压钻井液的作用，这样，在第一级活塞的上下端面之间形成压力差，并且该压力差值随着紊流流动高频变化，形成作用于第一级活塞的向下的高频变化的作用力，使第一级活塞向下滑动；同时，该紊流压力波动沿着第一级活塞中心的活塞流道向下传播，并通过第一级活塞下端的活塞传压孔最终作用于于驱动杆，驱动杆沿轴向向下滑动，将该高频变化的合力通过下接头传递给与下接头直接连接的PDC钻头，从而使PDC钻头对其下部岩石产生高频低幅的冲击作用，消除PDC钻头钻进过程中的“粘滑”现象，改善岩石的应力状况，提高破岩效率。