[发明专利]一种PDC钻头脉动冲击装置与方法

说明书

本发明公开了一种PDC钻头脉动冲击装置与方法，所述冲击装置主要由旁通阀壳体、过滤板、旁通阀阀芯、旁通阀弹簧、旁通阀阀套、弹性挡圈、防掉锁母、防掉连杆、螺杆外筒、橡胶衬套定子、螺杆转子活绞、球座、锁紧套、万向轴连杆、万向轴外筒、密封套、传动球、承压球、止推轴承、传动轴、驱动球头、滑动往复轴、动力转换外筒、柱塞座、单向阀阀体、单向阀阀套、单向阀阀芯和单向阀弹簧组成，所述滑动往复轴上设有与轴向凹槽间隙配合的凸翼，驱动球头轴向位置的周期性变化使滑动往复轴也产生周期性的轴向运动在滑动往复轴周期性轴向运动过程中，进入滑动往复轴小径端内筒的钻井液被压缩并将单向阀打开，该钻井液具有周期性脉动特性，用于辅助破岩。

技术领域

本发明涉及一种冲击装置，特别是一种用于产生液力脉冲从而提高钻井效率的装置与方法，属于机械工程或钻井工程技术领域。

背景技术

在油气钻井中，钻头是破碎岩石的主要工具。经过多年的发展，聚晶金刚石复合片（PDC）钻头已广泛应用于现代钻井作业中。随着钻井逐步转向深部地层，岩石强度和硬度等逐渐增大，钻井提速始终是深部地层和硬地层中的热门话题。随着一系列钻井提速理论的提出，国内外相关研究人员在此基础上进行不断的创新设计。理论和现场实验结果表明，在常规钻井的基础上对钻头辅以额外冲击或对流入钻头的钻井液施加脉动冲击，有助于实现钻井效率的提高。

作为众多钻井提速工艺的一种，脉动冲击根据原理的不同，包括离心式井下增压器、钻柱减振式井下增压器、螺杆式井下增压器等。然而，最近年的钻井实践表明，多种因素制约这些技术的应用发展，包括增压原理、装置结构、加工精度等。例如无论地面增压或井下增压，都对设备能力要求较高。随着井深的逐渐增大，进一步限制了这些技术的发展。因此，有必要开发受井深限制小、结构简单、可靠性高的钻井提速装置，用于硬地层或深部地层的钻井效率提升。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述难点，特提出一种PDC钻头脉动冲击装置与方法，用于提高深部地层的钻井效率。

为达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：

一种PDC钻头脉动冲击装置，主要由旁通阀壳体、过滤板、旁通阀阀芯、旁通阀弹簧、旁通阀阀套、弹性挡圈、防掉锁母、防掉连杆、螺杆外筒、橡胶衬套定子、螺杆转子活绞、球座、锁紧套、万向轴连杆、万向轴外筒、密封套、传动球、承压球、止推轴承、传动轴、驱动球头、滑动往复轴、动力转换外筒、柱塞座、单向阀阀体、单向阀阀套、单向阀阀芯和单向阀弹簧组成，所述旁通阀壳体与螺杆外筒、螺杆外筒与万向轴外筒、万向轴外筒与动力转换外筒、动力转换外筒与柱塞座间均通过螺纹连接；所述万向轴外筒下端内壁设有用于轴向承重的台阶；所述动力转换外筒的内壁设有2条对称分布的轴向凹槽；所述传动轴上端与万向轴连杆螺纹连接，传动轴设有传动轴大径端、传动轴小径端和斜环槽，斜环槽是一条设在传动轴小径端上的斜向封闭环槽；所述传动轴小径端的上部与万向轴外筒下端内壁的台阶间设有止推轴承，止推轴承用于承受作用于传动轴上的轴向载荷；所述滑动往复轴上设有滑动往复轴大径端、滑动往复轴小径端、螺纹侧孔、凸翼和径向孔通；所述传动轴小径端下端插入滑动往复轴大径端内筒，螺纹侧孔与斜环槽间设有驱动球头，驱动球头通过螺纹固定于滑动往复轴大径端上且其球头部分位于斜环槽内；所述滑动往复轴小径端上的径向孔通对称分布，作为进入单向阀内流体的通道；所述滑动往复轴小径端与单向阀阀体螺纹连接。