[发明专利]一种脉动式双向冲击器

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探行业专用设备领域，尤其是一种脉动式双向冲击器。

背景技术

随着油气田开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，深井、超深井、大位移井、长水平段水平井、多级分支井等复杂结构井的数量与日俱增，但是深部硬地层的快速钻进仍是制约钻井提速的关键技术瓶颈之一，其中PDC钻头具有钻速高、成本低、制造工艺成熟等特点，在钻井提速中起到了一定的积极作用，在各种类型井眼的钻进过程中得到了日益广泛的应用，但由于井眼类型、地层岩石特性等因素的影响，没有完全发挥PDC钻头高钻速的技术优势。（1）在深井、超深井中，钻硬地层时易产生粘滑振动，钻头憋钻，扭矩升高，当升高到一定程度时钻齿前的岩石被切削掉，钻头和钻柱积蓄的能量快速释放，钻头瞬时加速至正常转速的数倍，粘滑振动不仅降低钻进速度，损坏钻头切削齿，减少钻头和钻柱使用寿命，还极易造成钻柱脱扣，导致钻具脱落的井下复杂事故；（2）在大位移井、长水平段水平井等复杂结构井中，钻柱平躺在井底，摩擦阻力大，钻头脱压严重，破岩效率大大降低，并且在滑动钻井时，钻柱不旋转，极易发生压差卡钻事故。

理论研究与实践应用表明，如果在钻头上施加一定频率和幅值的冲击功，则能够有效提高钻头的切削能力，对于提高钻井速度具有积极作用。专利号200910058083.9、201310014444.6、201020567011.5进行了详细说明，并设计专用冲击钻具，从中也可以看出，设计的专用冲击钻具只能产生扭转冲击，不具有轴向冲击的功能；而具有轴向冲击功能的钻具又不能产生扭转冲击。如果在钻井过程中能够同时在钻头上施加轴向冲击与扭转冲击两种动能，则可以大幅增加钻头的机械钻速和使用寿命，提高钻柱的稳定性，钻出符合设计技术要求的高质量井眼，满足油气田开发的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术仅仅具备扭转冲击或轴向冲击所存在的不足，提出一种在钻头上同时产生轴向冲击和扭转冲击，且结构简单、性能可靠、控制精度高、操作方便的脉动式双向冲击器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

脉动式双向冲击器，包括壳体1、动力机构2和冲击机构，其中：壳体1内设置有上下两个环形槽，动力机构2为钻具螺杆泵并设在壳体上环形槽内；所述冲击机构是在动力机构输出轴上通过联轴器3连接中心轴7，中心轴7为下端带有单向阀14的中空结构，中心轴7靠近上、下端部分别设有与壳体1内置上下两个环形槽连通的径向旁通孔4和12，中心轴7下部通过花键组9与冲击阀8构成轴向滑动配合连接，冲击阀8连同其上方的弹簧6设在壳体1下环形槽内，冲击阀8上设有与中心轴7下旁通孔12开闭配合的滑套13，壳体1内上下两个环形槽之间的凸出部位与中心轴7构成旋转密封配合，冲击阀8上部分别与中心轴7和壳体1构成轴向滑动密封配合，冲击阀8下端与壳体1下环形槽内凸沿构成冲击配合。

上述方案进一步包括：

冲击阀8下端与壳体1下环形槽内凸沿冲击配合面为斜面。

冲击阀8与壳体1下环形槽内凸沿分别通过上冲击块15和下冲击块16构成冲击配合，并且上冲击块15和下冲击块16均采用多块，上冲击块15和下冲击块16的冲击接触面是倾斜的。

上冲击块15内预制由排液槽。

所述排液槽包括直槽和斜槽按同一旋转方向布置。

壳体1与中心轴7之间、冲击阀8与壳体1和中心轴7之间的密封面均安装密封装置11。

本发明的脉动式双向冲击器能够同时产生轴向冲击和扭转冲击双重作用，较常规冲击器只有一种冲击形式更先进，技术优势更明显，现场应用提速效果更显著。在深井、超深井中，轴向冲击与扭转冲击同时作用，既能够增加瞬时钻压提高钻头的切削力，又能够促使钻柱振动，降低卡钻风险，同时还能够防止粘滑振动；在复杂结构井中，轴向冲击与扭转冲击配合，既能形成钻柱轴向振动减小滑动钻进摩擦阻力，降低压差卡钻风险，同时增加钻头有效钻压，削弱脱压的不利影响，又能够提高钻头瞬时切削力，防止粘滑振动。脉动式双向冲击器产生的轴向冲击和扭转冲击同时作用在钻头上，不仅能够增加钻头破岩能量，而且有助于保护钻头、稳定钻柱、延长使用寿命，对于钻井工程提速提效具有重要意义。

脉动式双向冲击器还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。为进一步提高深井、超深井、复杂结构井的机械钻速，充分发挥PDC钻头的技术优势，延长钻头和钻柱使用寿命，满足国内油气田高效开发提速提效的要求，为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场提供了可靠地技术保障设备。

附图说明