[发明专利]复合冲击钻井工具

说明书

技术领域

本发明是关于石油开发领域中一种井下钻具，尤其涉及一种复合冲击钻井工具。

背景技术

在现代常规钻井中，通常使用PDC钻头和牙轮钻头。PDC钻头在钻遇硬地层或研磨性地层时，钻头通常会发生“粘滑”振动，造成很大的钻头转速的波动、钻柱中扭矩的大波动，进而会造成钻柱系统的不稳定、降低钻柱部件的寿命。当使用牙轮钻头钻硬地层时，受其工作原理的限制，导致其机械钻速不会很高，从而大大增加了钻井成本。在钻水平井或者大位移井时，由于摩阻等因素会造成钻压不能传递到钻头处，易造成机械钻速降低，也会增加钻井成本。

目前在钻井过程中使用的各类冲击钻井工具可以解决上述问题，这些工具主要包括扭转冲击器和轴向冲击钻具，其中扭转冲击器是通过钻井液驱动工具来产生高频扭转冲击力，这种工具能较好的解决PDC钻头的“粘滑”振动，但当钻遇中硬及高研磨性地层时，对钻头与工具的匹配性提出了较高的要求，这种工具只能用于PDC钻头，且不能解决钻水平井或大位移井时钻压的传递问题。轴向冲击钻具是通过钻井液驱动工具来产生较大的轴向冲击力来破碎岩石，这种工具需要结合特定的冲击钻头一起使用，轴向冲击钻具的机械钻速较低，同时现有的轴向冲击钻具的易损件较多，寿命较短，不能满足钻井现场的应用。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种复合冲击钻井工具，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合冲击钻井工具，钻头具有“立体破岩”效果，消除或降低“粘滑”效应，以提高破岩效率和机械钻速。

本发明的另一目的在于提供一种复合冲击钻井工具，发挥现有两种冲击破岩方式各自的优势、弥补不足，提高钻井工具的稳定性，延长使用寿命。

本发明的目的是这样实现的，一种复合冲击钻井工具，该钻井工具包括固定连接的管状上外壳体和下外壳体，在上、下外壳体构成的圆筒内由上向下顺序设有轴向和周向均固定的导向套筒、上端盖、冲击筒和下端盖，上、下端盖上均设有贯通的导流孔；一周向摆锤组件往复摆动地同轴设置在冲击筒内侧，所述冲击筒内壁面沿周向对称设有两个横截面呈扇形的轴向贯通腔体，所述周向摆锤组件包括一圆环体和沿该圆环体外缘周向对称设置的两个横截面呈扇形的摆动柱体，两个扇形的摆动柱体对应摆动地设置在两个扇形贯通腔体内；一圆筒形换向器往复摆动地同轴设置在所述周向摆锤组件内侧；换向器内同轴设有一缸体，所述缸体与冲击筒呈相对固定设置；一轴向冲锤组件上下移动地滑设在上、下外壳体构成的圆筒内，所述轴向冲锤组件包括有滑设于缸体内的活塞及其上、下活塞杆，所述上活塞杆向上穿过缸体顶部和上端盖延伸至导向套筒内，上活塞杆顶端设有一配重体，所述下活塞杆向下穿过缸体底部和下端盖延伸至下外壳体下部，下活塞杆底端设有一冲头体；一管状钻头座周向固定地挂设在下外壳体的底端，由所述移动的冲头体撞击该钻头座的顶部；所述上活塞杆与换向器上端设有驱使换向器沿其转轴朝正向摆动的第一端面凸轮机构，所述下活塞杆与换向器下端设有驱使换向器沿其转轴朝反向摆动的第二端面凸轮机构；所述冲击筒和缸体上设有导通缸体上腔和下腔的液体配流通道，所述换向器的筒壁上设有接通相应配流通道的配流孔，由换向器的正、反向摆动使进入缸体内的液体流向间歇地变化，由此，驱动轴向冲锤组件上下往复移动，同时，由从缸体流出的液体间歇地作用在周向摆锤组件的扇形摆动柱体的两侧，驱动周向摆锤组件正、反向往复摆动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述下端盖底部抵顶在下外壳体内壁上部设置的阶梯孔孔肩上，以实现轴向定位；所述下端盖侧壁设有缺槽，该缺槽与下外壳体内壁设置的凸块卡设，以实现下端盖周向定位；所述导向套筒、上端盖、冲击筒和下端盖各相对接触的连接面之间分别设有定位块和对应的定位槽，由此实现导向套筒、上端盖、冲击筒的周向定位。

在本发明的一较佳实施方式中，所述缸体、换向器和周向摆锤组件由上、下端盖轴向定位；所述缸体底端向下设有一定位销，该定位销穿过换向器底部的一圆弧形透孔，并插设在下端盖上的对应定位销孔中，由此实现缸体的周向定位。

在本发明的一较佳实施方式中，所述轴向冲锤组件的配重体，其周向均设有六个平行其轴向的直筋；所述导向套筒内壁周向均布有六个沿轴向上下贯通的导槽；所述六个直筋分别对应滑设于六个导槽内。