[發明專利]脈動沖擊鉆井工具

有效

• 申請號: 201810257148.1
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108533170B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 柳貢慧;查春青;李軍
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B4/16
• 分類號: E21B4/16;E21B7/18;E21B10/46;E21B10/60
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力

本發明為一種脈動沖擊鉆井工具，包括外殼本體，外殼本體內設有沿軸向貫通的外殼中心孔，外殼本體的另一端設有鉆頭座，鉆頭座內設置有沿軸向貫通設置的鉆頭座中心孔，外殼中心孔內套設有能對鉆頭座產生周向往復沖擊的、且軸向固定的周向沖擊結構，周向沖擊結構內設有沿軸向貫通的第一鉆井液通道，鉆頭座中心孔內靠近周向沖擊結構的一端軸向固定地設置有能對鉆頭座產生軸向脈動沖擊的軸向脈動沖擊結構，軸向脈動沖擊結構內設置有沿軸向貫通的第二鉆井液通道，第二鉆井液通道與第一鉆井液通道能連通地設置。該脈動沖擊鉆井工具結合脈沖射流工具及扭力沖擊器的特點，有效地提高了硬質地層的機械鉆速，提高了破巖效率，降低了硬質地層的鉆井成本。

技術領域

本發明涉及石油開發技術領域，尤其涉及一種脈動沖擊鉆井工具。

背景技術

隨著鉆井技術的發展，鉆井逐漸向硬質地層發展，而深井硬質地層的鉆井過程中，普遍存在著機械鉆速低、PDC鉆頭(PDC，聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，是地質鉆探行業常用的一種鉆井工具)失效快等問題。目前對于該種地層普遍采用常規鉆井方式或者復合鉆井方式。常規鉆井方式是通過轉盤帶動鉆桿、鉆頭轉動，實現對巖石的破碎，形成井眼。復合鉆井方式是通過轉盤轉動帶動鉆桿轉動，同時井下動力鉆具會將一部分的液動能轉換為機械能，直接帶動鉆頭轉動，即轉盤和井下動力鉆具同時驅動鉆頭轉動來實現破巖。

硬質地層的可鉆性差，巖石抵抗軸向壓力的能力較差，其破碎難度較大，采用常規鉆井方式以及復合鉆井方式時，PDC鉆頭切入巖石的方式均采用靜壓力，鉆頭切入巖石的深度較淺，鉆頭轉動一圈破碎的巖石量較小，巖石破碎的效率較低。為了提高破巖效率，需要在鉆頭上端施加靜壓力的同時，給其施加動載荷，增加PDC鉆頭切入巖石的深度。

為了實現這種動載荷，一些學者提出了一些沖擊鉆井工具，大部分采用的機械沖擊載荷來直接破巖。但是這種直接破巖所需要的能量較大，即需要大的沖擊載荷，而一般情況下，較大的沖擊載荷對工具的使用壽命不利，限制了其使用，無法有效提高破巖效率，同時一般的工具設計時，在可應用的能量相等時，較大的沖擊載荷的頻率相對較低。

同時，在硬質地層的鉆井過程中，容易出現PDC鉆頭的粘滑振動情況，出現該種情況的一個主要原因是PDC鉆頭鉆遇硬質地層時，鉆頭處的扭矩波動較大。當在常規鉆進的過程中采用沖擊鉆進時，容易出現鉆頭處的軸向壓力的變化，改變鉆頭處的阻力扭矩，產生PDC鉆頭轉速的波動。

由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種脈動沖擊鉆井工具，以克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種脈動沖擊鉆井工具，克服現有技術中存在的巖石破碎的效率較低等問題，該脈動沖擊鉆井工具結合脈沖射流工具及扭力沖擊器的特點，有效地提高了硬質地層的機械鉆速，提高了破巖效率，降低了硬質地層的鉆井成本。

本發明的另一目的在于提供一種脈動沖擊鉆井工具，有效地抑制PDC鉆頭的粘滑振動，提高鉆井工具的穩定性，延長使用壽命。

本發明的目的是這樣實現的，一種脈動沖擊鉆井工具，包括一端能與鉆鋌密封連接的外殼本體，所述外殼本體內設有沿軸向貫通的外殼中心孔，所述外殼本體的另一端設有自外向內地同軸固定套設于所述外殼中心孔內的鉆頭座，所述鉆頭座內設置有沿軸向貫通設置的鉆頭座中心孔，所述鉆頭座中心孔遠離所述外殼本體的一端能同軸密封套設鉆頭；所述外殼中心孔內套設有能對所述鉆頭座產生周向往復沖擊的、且軸向固定的周向沖擊結構，所述周向沖擊結構內設有沿軸向貫通的第一鉆井液通道，所述鉆頭座中心孔內靠近所述周向沖擊結構的一端軸向固定地設置有能對所述鉆頭座產生軸向脈動沖擊的軸向脈動沖擊結構，所述軸向脈動沖擊結構內設置有沿軸向貫通的第二鉆井液通道，所述第二鉆井液通道與所述第一鉆井液通道能連通地設置。