[發明專利]一種復合沖擊鉆井提速工具

有效

• 申請號: 201910932196.0
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN112576186B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 曾義金;張進雙;張洪寧;孫明光;馬廣軍;孫連忠;張海平;王甲昌;玄令超;張仁龍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B6/00
• 分類號: E21B6/00;E21B12/00;E21B17/10
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉華聯

本發明提供了一種復合沖擊鉆井提速工具，包括：用于轉換總成，其包括存在轉速差的第一外筒和傳遞軸；用于產生沖擊力的沖擊總成，其包括與第一外筒固定連接的第二外筒、設置在第二外筒內的中心軸和沖擊體，中心軸與傳遞軸固定連接；套設在中心軸上的扭力蓄能體，扭力蓄能體能夠壓縮蓄能并釋放能量以形成沖擊；其中，扭力蓄能體的上端與中心軸固定連接，沖擊體與第二外筒周向固定連接，從而使扭力蓄能體與沖擊體在轉速差的作用下相對轉動，以對沖擊體產生徑向扭轉沖擊，扭力蓄能體和沖擊體構造成能夠在相對轉動作用下，使扭力蓄能體對沖擊體形成周期性的軸向沖擊，從而使扭力蓄能體能夠對沖擊體產生周期性的軸向和徑向復合沖擊，并傳遞給鉆頭。

技術領域

本發明屬于油氣鉆井工程技術領域，具體地涉及油氣鉆井工程中的井下工具，尤其是一種復合沖擊鉆井提速工具。

背景技術

鉆井提速技術是油氣井工程中的重要話題。隨著油氣田的開采，油氣勘探逐步向深層邁進，油氣井工程對鉆井提速技術及工具的需求更加迫切。油氣鉆井過程中，導致鉆井的機械鉆速低的因素復雜而多樣，其中鉆進過程中破巖能量不足及出現粘滑振動是導致機械鉆速低的重要原因。當PDC鉆頭鉆遇堅硬地層時，由于破巖能量不足，鉆頭瞬間停止轉動，此時，鉆柱內發生能量聚集，當能量聚集到一定程度時，破巖能量瞬間釋放，鉆頭超速轉動，導致鉆頭周期性地發生粘滑振動，從而損害鉆頭壽命，嚴重影響了機械鉆速。

為了提高鉆具鉆速，出現了許多旋轉沖擊工具和扭力沖擊工具以實現鉆井提速。例如，沖擊旋轉工具有液動射流式沖擊器、水力脈沖沖擊器、機械式沖擊器等。其中，液動射流式沖擊器利用射流元件通過改變井下鉆井流體的方向，驅動沖擊錘而產生沖擊載荷。水力脈沖沖擊器利用閥盤截流或水力振蕩腔在工具內產生水力脈沖振蕩，利用水力沖擊載荷驅動沖擊機構產生沖擊載荷。機械式沖擊器以螺桿或渦輪等為旋轉動力源，利用定轉子間的轉速差，驅動沖錘產生沖擊載荷。而扭矩沖擊工具主要利用射流元件，驅動擺錘產生徑向沖擊，從而實現扭力沖擊。

然而，目前的用于井下鉆井的提速工具仍然存在一些問題。例如，現有的鉆井提速工具的功能相對單一，提速效果不明顯，這些鉆井提速工具只能產生軸向沖擊或徑向沖擊中的某一種功能，在難鉆堅硬硬地層中提速效果受限。此外，現有的鉆井提速工具故障率較高，使用壽命較短，可靠性差。

發明內容

針對如上所述的技術問題，本發明旨在提出一種復合沖擊鉆井提速工具，該提速工具能夠在旋轉動力源的帶動下產生轉速差，并能夠產生徑向扭轉沖擊，以對鉆頭產生周向沖擊。同時，該提速工具能夠進行蓄能并釋放能量，以產生軸向沖擊力，從而對鉆頭形成軸向沖擊。并且，該提速工具能夠對鉆頭產生周期性的軸向與周向復合沖擊，顯著提高了鉆井的機械轉速，并且能夠顯著延長鉆頭的使用壽命。

為此，根據本發明提供了一種復合沖擊鉆井提速工具，包括：用于與鉆具的旋轉動力源連接以提供旋轉動力的轉換總成，其包括第一外筒，在所述第一外筒內同心布置有用于傳遞扭矩的傳遞軸，所述第一外筒和所述傳遞軸之間存在轉速差；用于產生沖擊力的沖擊總成，其包括與所述第一外筒固定連接的第二外筒、同心設置在所述第二外筒內且與所述傳遞軸固定連接的中心軸和沖擊體，所述中心軸的下端部分與所述沖擊體形成動密封連接；以及套設在所述中心軸上的扭力蓄能體，所述扭力蓄能體能夠壓縮蓄能并釋放能量以形成沖擊；其中，所述扭力蓄能體的上端與所述中心軸固定連接，所述沖擊體與所述第二外筒周向固定連接，使得所述扭力蓄能體與所述沖擊體能夠在所述轉速差的作用下相對轉動，以對所述沖擊體產生徑向扭轉沖擊，所述扭力蓄能體和所述沖擊體構造成能夠在相對轉動作用下，使所述扭力蓄能體周期性地壓縮蓄能與釋放能量以對所述沖擊體形成軸向沖擊，從而使所述扭力蓄能體能夠對所述沖擊體產生周期性的軸向和徑向復合沖擊，并傳遞給鉆頭。

在一個優選的實施例中，所述扭力蓄能體的上端部分通過止旋銷釘與所述中心軸形成周向固定連接。