[发明专利]一种复合冲击钻井提速工具

说明书

本发明提供了一种复合冲击钻井提速工具，包括：用于转换总成，其包括存在转速差的第一外筒和传递轴；用于产生冲击力的冲击总成，其包括与第一外筒固定连接的第二外筒、设置在第二外筒内的中心轴和冲击体，中心轴与传递轴固定连接；套设在中心轴上的扭力蓄能体，扭力蓄能体能够压缩蓄能并释放能量以形成冲击；其中，扭力蓄能体的上端与中心轴固定连接，冲击体与第二外筒周向固定连接，从而使扭力蓄能体与冲击体在转速差的作用下相对转动，以对冲击体产生径向扭转冲击，扭力蓄能体和冲击体构造成能够在相对转动作用下，使扭力蓄能体对冲击体形成周期性的轴向冲击，从而使扭力蓄能体能够对冲击体产生周期性的轴向和径向复合冲击，并传递给钻头。

技术领域

本发明属于油气钻井工程技术领域，具体地涉及油气钻井工程中的井下工具，尤其是一种复合冲击钻井提速工具。

背景技术

钻井提速技术是油气井工程中的重要话题。随着油气田的开采，油气勘探逐步向深层迈进，油气井工程对钻井提速技术及工具的需求更加迫切。油气钻井过程中，导致钻井的机械钻速低的因素复杂而多样，其中钻进过程中破岩能量不足及出现粘滑振动是导致机械钻速低的重要原因。当PDC钻头钻遇坚硬地层时，由于破岩能量不足，钻头瞬间停止转动，此时，钻柱内发生能量聚集，当能量聚集到一定程度时，破岩能量瞬间释放，钻头超速转动，导致钻头周期性地发生粘滑振动，从而损害钻头寿命，严重影响了机械钻速。

为了提高钻具钻速，出现了许多旋转冲击工具和扭力冲击工具以实现钻井提速。例如，冲击旋转工具有液动射流式冲击器、水力脉冲冲击器、机械式冲击器等。其中，液动射流式冲击器利用射流元件通过改变井下钻井流体的方向，驱动冲击锤而产生冲击载荷。水力脉冲冲击器利用阀盘截流或水力振荡腔在工具内产生水力脉冲振荡，利用水力冲击载荷驱动冲击机构产生冲击载荷。机械式冲击器以螺杆或涡轮等为旋转动力源，利用定转子间的转速差，驱动冲锤产生冲击载荷。而扭矩冲击工具主要利用射流元件，驱动摆锤产生径向冲击，从而实现扭力冲击。

然而，目前的用于井下钻井的提速工具仍然存在一些问题。例如，现有的钻井提速工具的功能相对单一，提速效果不明显，这些钻井提速工具只能产生轴向冲击或径向冲击中的某一种功能，在难钻坚硬硬地层中提速效果受限。此外，现有的钻井提速工具故障率较高，使用寿命较短，可靠性差。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种复合冲击钻井提速工具，该提速工具能够在旋转动力源的带动下产生转速差，并能够产生径向扭转冲击，以对钻头产生周向冲击。同时，该提速工具能够进行蓄能并释放能量，以产生轴向冲击力，从而对钻头形成轴向冲击。并且，该提速工具能够对钻头产生周期性的轴向与周向复合冲击，显著提高了钻井的机械转速，并且能够显著延长钻头的使用寿命。

为此，根据本发明提供了一种复合冲击钻井提速工具，包括：用于与钻具的旋转动力源连接以提供旋转动力的转换总成，其包括第一外筒，在所述第一外筒内同心布置有用于传递扭矩的传递轴，所述第一外筒和所述传递轴之间存在转速差；用于产生冲击力的冲击总成，其包括与所述第一外筒固定连接的第二外筒、同心设置在所述第二外筒内且与所述传递轴固定连接的中心轴和冲击体，所述中心轴的下端部分与所述冲击体形成动密封连接；以及套设在所述中心轴上的扭力蓄能体，所述扭力蓄能体能够压缩蓄能并释放能量以形成冲击；其中，所述扭力蓄能体的上端与所述中心轴固定连接，所述冲击体与所述第二外筒周向固定连接，使得所述扭力蓄能体与所述冲击体能够在所述转速差的作用下相对转动，以对所述冲击体产生径向扭转冲击，所述扭力蓄能体和所述冲击体构造成能够在相对转动作用下，使所述扭力蓄能体周期性地压缩蓄能与释放能量以对所述冲击体形成轴向冲击，从而使所述扭力蓄能体能够对所述冲击体产生周期性的轴向和径向复合冲击，并传递给钻头。

在一个优选的实施例中，所述扭力蓄能体的上端部分通过止旋销钉与所述中心轴形成周向固定连接。