[发明专利]一种高频钻井冲击器

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井提速工具，具体涉及一种可针对不同地层调节扭矩冲击力和轴向冲击力，以达到该冲击器最优化使用状态的高频钻井冲击器。

背景技术

为适应油气勘探工作发展的需要，石油钻井工作主要是向深部和硬老地层区块拓展，在深井钻井以及西部许多区块浅部钻井过程中，硬地层钻进的难题非常突出。如在苏里格地区、四川东部油田、塔里木盆地北部油田等勘探开发钻井工作中都遇到了较硬地层。而目前油气田勘探开发钻井中仍主要采用传统的牙轮钻头、PDC(Polycrystalline Diamond Composite，聚晶金刚石复合片)钻头配合动力马达及喷射钻井装置的旋转钻井技术。但这些旋转钻井技术在钻遇硬地层时，钻井效率很低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高。

从碎岩理论讲，冲击旋转钻进技术是解决硬岩钻进难题的有效方法之一。冲击旋转钻进就是在普通旋转钻进钻具的钻头上连接冲击器，冲击器是一种井底动力机械，依靠冲洗钻井用的高压钻井液介质，推动其活塞冲锤上下运动撞击钻头，钻头在冲击动载和静压回转的联合作用下破碎岩石。冲击力不同于静压力，它是一种加载速度极大的动载荷，作用时间极短，岩石中的接触应力瞬时可达最大值并引起应力集中，岩石不易产生塑性变形，表现为脆性增加，岩石易形成大体积破碎，从而提高碎岩速度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可针对不同地层调节扭矩冲击力和轴向冲击力，以达到该冲击器最优化使用状态的高频钻井冲击器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高频钻井冲击器，其特征在于，该高频钻井冲击器包括：

一短节外壳；

上接头和下接头，所述的上接头和下接头分别密封连接于所述短节外壳的上端和下端；

射流元件，所述的射流元件与所述的短节外壳采用过盈配合的方式设置在位于所述上接头下部的所述短节外壳内，所述的射流元件内设置有两个相互贯通的叉形输出道；

入口喷嘴，所述的入口喷嘴设置于所述射流元件的顶部中心并连通所述上接头处的钻井液总流入通道与所述射流元件的两输出道；

一砧子，所述砧子密封紧固连接在位于所述下接头上部的所述短节外壳内，

一具有哑铃状液压腔的活塞缸，所述活塞缸同轴地设置于所述射流元件与所述砧子之间的所述短节外壳内；以及

一哑铃状活塞，所述哑铃状活塞滑动设置于所述活塞缸内；

其中，所述活塞缸的外径小于所述短节外壳的内径，以使所述活塞缸与所述短节外壳之间留有一环空；所述活塞缸的外部沿圆周方向均匀设置有四条轴向缸体外侧筋，将所述活塞缸与所述短节外壳之间的环空分隔为四条独立的流道，分别作为做功流道、复位流道、高压旁通流道和低压旁通流道，所述射流元件为所述做功流道和所述复位流道提供交变压力，使所述活塞缸的上腔压力和下腔压力交替变化，使所述活塞在所述活塞缸中上下振动。

进一步，作为优选，所述做功流道和所述复位流道的位置相对设置，所述高压旁通流道和所述低压旁通流道的位置相对设置；所述活塞缸的顶部和底部分别与所述射流元件和所述砧子密封紧固连接，在位于所述做功流道一侧的所述活塞缸顶部开设有一用来连通所述射流元件的其中一输出道和所述活塞缸上腔的上活塞做功冲程开孔，在位于所述做功流道一侧的所述活塞缸中下部开设有一用来连通所述做功流道和所述活塞缸下腔的下活塞做功冲程开孔；同时，在位于所述复位流道一侧的所述活塞缸底部开设有一用来连通所述复位流道和所述活塞缸下腔的下活塞复位开孔，在位于所述复位流道一侧的所述活塞缸中上部开设有一用来连通所述复位流道和所述活塞缸上腔的上活塞复位开孔；在所述砧子的下部具有一吸入室，所述吸入室内设置有一环形喷嘴，所述环形喷嘴将所述吸入室分隔为两个部分；在靠近所述射流元件入口喷嘴位置处设置有一高压旁通流道入口，在位于所述环形喷嘴内部的所述吸入室内设置有一高压旁通流道出口；所述低压旁通流道连通所述射流元件的排液道和位于所述环形喷嘴外部的所述吸入室。

进一步，作为优选，在所述活塞的底端刻有45°-80°的斜面，同时在所述砧子的上端面也刻出相应的斜面，以使所述活塞底端的斜面与所述砧子上端面的斜面相互咬合。

进一步，作为优选，所述活塞包括一哑铃状的壳体，所述壳体灌注有重金属配重。

进一步，作为优选，所述的重金属配重的材料选择为铅。

进一步，作为优选，所述做功流道、复位流道、高压旁通流道和低压旁通流道均采用线切割工艺完成。

进一步，作为优选，所述活塞缸内部具有与之一体的环形限位凸台，以使所述活塞缸内腔形成哑铃状液压腔。