[发明专利]一种扭转冲击钻井提速工具

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发中的钻井提速工具，具体地讲是一种通过减缓下部钻具粘滑振动以提高破岩能量利用率并减少钻具失效从而提高机械钻速的扭转冲击钻井提速工具。

背景技术

随着国家对油气需求量的大幅增加，石油天然气的勘探开发力度不断加大。深井超深井的钻井数量日益增多，钻井难度也在不断加大。粘滑振动是钻深井超深井过程中常见的易造成钻具失效并导致机械钻速下降的重要因素，在钻进深部硬地层时尤为明显。现有的轴向旋冲钻井无法有效缓解下部钻具的粘滑振动（下部钻具扭矩周期性地积聚与释放），甚至由于增大钻头的吃入量而可能加剧粘滑振动。最近的理论和试验研究表明，施加于下部钻具的高频扭转冲击可用于抑制其粘滑振动。

现有专利US6742609B2采用涡轮驱动冲击机构，形成高频扭转冲击直接传至钻头，专利CN101463709B采用螺杆马达驱动冲击机构，这两种工具均能达到形成高频扭转冲击的目的，但其缺点是几何结构为棘轮的冲击件的磨损较快。

专利201010511421.1采用另一种结构形成高频扭转冲击，其不足之处主要包括：（1）钻井液中含有多种添加剂和重晶石等，该工具未设置除砂装置，易导致因砂粒沉积而使冲击单元无法正常运转；（2）单冲击锤冲击座体容易加剧下部钻具的涡动行为，进而影响井身质量；（3）根据所批露的结构，无法实现对连接锤座和壳体的球形连接体的安装与拆卸；钻井作业过程中可能存在钻头卡钻的情况，联接体需承受钻柱数十吨甚至更大的上提力，其安全性较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种扭转冲击钻井提速工具，用以产生低幅高频扭转冲击。通过借助砂粒与液体密度不同的特点，设置除砂套使上返至导流盖侧向通道的钻井液为除去砂粒的钻井液；通过结合钻柱动力学理论，提出设置对称分布的双冲击锤的结构，以避免加剧下部钻具的涡动，同时使得在产生同等冲击功的条件下降低冲击元件的磨损；通过分析防掉单元结构操作可行性并对其进行力学分析，设置易于装配且安全性高的防掉单元。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种扭转冲击钻井提速工具，包括壳体、座体、导流单元、冲击单元和防掉单元，其特征在于：所述壳体上端设有连接钻铤的公扣，下端设有与座体花键配合的壳体花键，壳体内部包含导流单元、冲击单元和防掉单元；所述座体上端设有用于与冲击锤配合的内腔，下端设有用于连接钻头的母扣和用于与壳体花键作用的座体花键；所述导流单元包括除砂套、密封盖和筛管；所述冲击单元包括定位套、冲击锤、上滚针轴承、上深沟球轴承、下深沟球轴承和下滚针轴承，冲击锤设有启动锤头和冲击锤头，启动锤头与定位套形成启动腔，启动锤头作用于启动腔内冲击锤头作用于座体的冲击腔内，冲击锤的上下两端分别通过上深沟球轴承和下滚针轴承与座体连接，定位套上下两端分别通过上滚针轴承和下深沟球轴承与筛管连接；防掉单元包括防掉块、螺栓、弹簧、壳体防掉槽和座体防掉槽。

所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于壳体下端周向均布4个45o的壳体花键，座体下端外侧均布4个50o的花键槽，壳体花键与座体花键槽存在间隙用于将冲击能量完全传至钻头。

所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于壳体设有2个壳体防掉槽和2个螺栓孔，螺栓孔作为防掉装置拆卸的通道，螺栓用于密封螺栓孔；座体设有2个座体防掉槽，防掉块的径向厚度小于座体防掉槽深度，防掉块压缩于座体防掉槽内；座体防掉槽移动到壳体防掉槽处形成腔体时，弹簧释放并将防掉块推向壳体防掉槽，紧贴壳体防掉槽壁面。

所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于：所述座体冲击腔的数量为2个，座体泄流槽的数量为2个，座体和密封盖上均设有4条导流槽；冲击锤上的启动锤头、冲击锤头、启动腔正击排液槽、启动腔反击排液槽、冲击腔反击排液槽和冲击腔正击排液槽的数量全部为2个；定位套上的定位套正击流道和定位套反击流道的数量全部为2个。

所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于：所述导流单元的密封盖用于密封冲击单元的上端面，密封盖上端设有流体上返的侧向通道以及用于放置除砂套的台阶，筛管固定于座体内部。

所述的扭转冲击钻井提速工具，其特征在于筛管中部设有沿周向均匀分布的侧流槽，筛管下部设有排液孔。