[发明专利]液压高频正反冲击钻头能量发生器及应用方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种液压高频正反冲击钻头能量发生器及应用方法，具有消除PDC钻头和钻具的弹跳、粘滑和回转。主要用于硬地层和研磨性地层在深井、超深井，水平井、定向井和大斜度井等特殊工艺井领域。

背景技术

随着油气勘探逐步向深部地层及深海海域发展，钻井操作面临越来越复杂的地质环境及钻井工艺难题，勘探开采难度不断加大。在深井超深井的钻进过程中，地层起伏变化较大，岩性多变，非均质严重。随着井深的增加，井身结构变复杂且井眼尺寸变小，地层软硬交错，岩石硬度及塑性加大，研磨性增强，导致地层可钻性变差，下部钻具粘滑振动剧烈。钻头在钻进过程中有横向、纵向和扭向的振动，具体表现为钻头回转、钻头弹跳和粘滑运动。回转是一种非常麻烦的不规则的运动，缺点是钻头围绕一个非钻头几何中心的点运动。反回转运动中钻头旋转中心绕井眼运动的方向与钻头旋转方向相反。反回转运动将降低钻头性能、损害 PDC切削齿和产生叶瓣状井底。稳定钻头进行同心圆切削。粘滑是一种钻头速度降慢或停止、扭矩上升和当恢复自由旋转后产生加速的趋势。当钻头上下接触井 底时会产生弹跳，这些是我们最不愿意看到的。

PDC钻头的粘滑振动导致PDC钻头由于破岩扭矩不足而停止运转，转盘的持续转动使钻柱扭曲而积蓄能量；钻柱积蓄的能量使PDC钻头足以打破岩石的阻碍，PDC钻头突然释放而高速绕钻柱轴线振动。在驱动力及阻尼作用下上述过程将不断循环。钻具的粘滑振动现象不但造成钻井机械钻速降低，还可能造成井下事故的发生，严重影响油气勘探开发的进行。

由于PDC钻头复合片属于超硬材料，抗冲击能力差，钻具的弹跳、粘滑和回转这三种运动形式会使复合片承受较大的冲击载荷。因此，复合片易出现不正常磨损，导致PDC钻头先期破坏，同时损伤钻具，增加了钻井施工成本。

发明内容

本发明的目的是提供了一种液压高频正反冲击钻头能量发生器及应用方法，克服上述已有技术存在的缺陷。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明的液压高频正反冲击钻头能量发生器包括连接体1、壳体2、旋流管6、循环推力轴承7、节流喷嘴8、换向器9、冲击器10、密封推力轴承11、密封圈4、5、12、13和流量分配器14，其特征在于：壳体设为圆柱形，上端部设有钻杆公螺纹，在壳体内腔上部设有与壳体螺纹连接的流量分配器，在壳体的下部设有插入壳体内的且与壳体下部通过悬挂滚珠滑动连接的连接体，连接体上端面与流量分配器下端面相对，在流量分配器中部内端面至连接体中部内端面设有旋流管，在流量分配器下端中端面与旋流管之间设有密封推力轴承，在旋流管下上部外周设有循环推力轴承，在密封推力轴承与循环推力轴承之间的旋流管外周设有换向器，在密封推力轴承与循环推力轴承之间的换向器外周设有冲击器，在旋流管下上部内周设有螺纹连接的节流水嘴。

所述壳体上部内周设有从内向外设有两个扩径端面，内周设有母螺纹，下部设有夹角120⁰或90⁰的开口，在开口之间的内壁上设有滚珠槽，外壁上设有与滚珠槽对应的丝堵孔和丝堵。

所述连接体设为圆柱形，在下部内周设有钻杆母螺纹，在下上部外周设有夹角120⁰或90⁰的开口槽，在开口槽底中部设有滚珠槽，在中至上顶部外周设有对称的四个高压流道槽，对称夹角45⁰-60⁰ 或135⁰-120⁰，在夹角45⁰-60⁰的内壁中部设有两个对称的低压流道槽，在夹角135⁰-120⁰之间的内壁上设有冲击器的冲击块槽，与冲击器的外冲击块摆动配合。

所述所述冲击器设为圆柱形，在两条外径和内径相互垂直的外径壁上对称设有两块冲击块，内径壁上设有对称的两块冲击块，在外冲击块的两侧壁上设有与冲击器液压通道连通的液压通道，在内冲击块的两侧壁上各自设有与连接体的高压流道槽和低压流道槽的液压流道。

所述换向器设为圆柱形，在外周设有对称的与冲击器内冲击块配合的齿槽，在齿槽的两边壁上对称设有与冲击器的液压通道连通的液压通道和对称设有与旋流管连通的液压通道。

所述旋流管上部设为直管形，下部设为锥管形，在直观端上端设有公螺纹，在直管端中部壁上设有螺旋孔，在直管段下端设有节流喷嘴，在锥管段上部壁上设有与换向器和冲击器的液压流道连通孔。