[发明专利]一种井下降摩低频冲击钻具

说明书

本发明涉及一种用于水平井水平段降低摩擦阻力，有效传递钻压，提高钻进效率的井下降摩低频冲击钻具。其技术方案是：所述钻具由外壳、隔液帽、轴承Ⅰ、连接轴Ⅰ、轴承Ⅱ、密封垫片、端盖、旋芯、支撑套、连接轴Ⅱ、螺旋转子和下接头组成。旋芯、支撑套和外壳构成液压腔室。旋芯、支撑套和外壳构成液压腔室。高压钻井液流经液压腔室后，冲击作用在螺旋转子上并驱动螺旋转子转动。同时，由液力的反向传递以及流体的粘性作用会带动旋芯转动。转动的旋芯会周期性的改变液压腔室的出口的大小以及液压腔室的开闭，使得作用在钻柱内部的压力产生周期性的脉动。最终改变水平段钻柱的受力状态，提高破岩效率。冲击钻具能产生轴向的低频脉动压力，尺寸较短，无冲击元件，更有利于水平钻井作业的钻压传递。

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻采开发过程中的液力冲击器，尤指一种钻井过程中用于降低摩擦阻力低频冲击钻具。

背景技术

当前水平井在我国的油气钻探中使用比例越来越高，主要原因是这种油气开发方式大大的提高了开发设备与地下油气的接触面积、有效地提高了流体的抽取效率。然而在水平井的钻进过程中,随着水平段的增加,井下摩阻大,钻压传递困难,作业效率低等问题凸显出来。因此滑动钻进过程的摩阻释放问题已经成为制约现代钻井快速安全钻井的技术瓶颈,摩阻释放问题已成为石油钻井领域重要的基础科学理论课题。

目前解决上述问题的一种方法是使用液力冲击器，即使用特定的工具给水平钻柱施加周期性的压力波动，使水平钻柱的受力状态由静摩擦变为动摩擦，从而提高使得钻压有效传递。已有的液力冲击器大多具有液压活塞缸和换向阀，利用液压推动其中的冲击元件做周期性的冲击振动。但是，这种液力冲击器中的冲击元件很容易失效。同时，这种液力冲击器产生的冲击载荷具有极大的不均匀性，不利于提高破岩效率。

此外，已有的液力冲击器成本较高而且整体的尺寸过于庞大，无法得到广泛的运用。这在一定程度上制约着水平井的钻进速率和油气藏的开发效率。

发明内容

基于以上工程背景,本发明提供了一种井下降摩低频冲击钻具。冲击钻具利用内部的旋芯、支撑套和外壳构成液压腔室。高压钻井液流经液压腔室后，冲击作用在螺旋转子上并驱动螺旋转子转动。同时，由液力的反向传递以及流体的粘性作用会带动旋芯转动。转动的旋芯会周期性的改变液压腔室的出口的大小以及液压腔室的开闭，使得作用在钻柱内部的压力产生周期性的脉动。最终改变水平段钻柱的受力状态，提高破岩效率。

本发明所采用的其技术方案是：一种井下降摩低频冲击钻具，包括：外壳、隔液帽、轴承Ⅰ、连接轴Ⅰ、轴承Ⅱ、密封垫片、端盖、旋芯、支撑套、连接轴Ⅱ、螺旋转子和下接头组成；外壳上部与钻杆采用螺纹连接，下部与支撑套螺纹连接；隔液帽与支撑套螺纹连接、螺钉连接或焊接；轴承Ⅰ装于支撑套的上端上孔内部，外圈与支撑套过盈配合，其通过支撑套的台阶和隔液帽的台阶轴向定位；连接轴Ⅰ装在轴承Ⅰ和轴承Ⅱ内部，上端通过自身的台阶与轴承Ⅰ内圈台阶轴向定位；连接轴Ⅰ与轴承Ⅰ和轴承Ⅱ内圈过盈配合；轴承Ⅱ装在支撑套的上端下孔内部，外圈与支撑套过盈配合，其通过支撑套的台阶和端盖的台阶轴向定位；密封垫片套在连接轴Ⅰ上，并装在端盖的内台阶孔与轴承Ⅱ之间；端盖与支撑套螺纹连接；旋芯装于支撑套的中部内腔中，旋芯外壁与支撑套中部内壁间隙配合；旋芯上端与连接轴Ⅰ螺纹连接或焊接；支撑套下端上部与外壳螺纹连接；连接轴Ⅱ用于连接旋芯与螺旋转子，上端与旋芯螺纹连接或焊接，下端与螺旋转子自由连接；连接轴Ⅱ下端有用于防止螺旋转子掉落的台阶；下接头上部与支撑套下端下部螺纹连接或焊接；下接头下部与钻杆螺纹连接。

连接轴Ⅰ上端有用于与轴承Ⅰ内圈接触而轴向限位的凸台阶，隔液帽内部有用于放置连接轴Ⅰ上端凸台阶的凹台阶孔。

密封垫片中心孔与接轴Ⅰ间隙配合，密封垫片可选择2~4层。

端盖内部有用于安装密封垫片的凹台阶孔，端部有用于通过连接轴Ⅰ的较小内孔。