[发明专利]一种激发多维冲击的钻柱联接短节

说明书

本发明属于石油天然气钻井设备技术领域，涉及一种激发多维冲击的钻柱联接短节，上冲击杆与外部的上部钻柱连接；上冲击杆的外壁上设置有上冲击杆梯形键，密封圈设置在上冲击杆和下冲击杆之间；上冲击杆的下端自上而下依次设置有下冲击杆、限位盘和下接头，下冲击杆套设在上冲击杆上，上冲击杆穿入下冲击杆内部并与置于下冲击杆内部的限位盘连接，下冲击杆的上端设置有与上冲击杆梯形键相啮合的下冲击杆梯形键，限位盘的下端面中间设置有六方凹槽，下接头下端设置有下接头下端螺纹；其结构简单，使用方便，安全可靠，基本无额外压耗，不影响钻具结构，适用于多种钻井平台，加工制造和使用维护成本低。

技术领域：

本发明属于石油天然气钻井设备技术领域，涉及一种激发多维冲击的钻柱联接短节，特别是一种深井硬地层提高机械钻速的钻井工具。

背景技术：

在油气勘探开发过程中，随着井深的增加，地层变得坚硬，非均质性变强，可钻性变差，导致机械钻速降低，延长了钻井周期，增加了资金的投入。为解决钻进过程中机械钻速低的问题，石油钻井工作者提出并发展了垂直钻井技术、水力加压器、水力振荡器、井下动力钻具、高效PDC钻头和新型复合钻头、分流负压钻头、水力脉动钻井工具和自激空化射流钻井工具、旋转冲击工具、扭力冲击器等多种提速技术及钻井工具。上述各类技术中除了新型钻头外，其余均是利用钻井液能量驱动井下工具来实现破岩效率的提高，但同时也额外的消耗了钻井液能量(如螺杆钻具增加压降大于5～8Mpa)，增加了地面机泵负荷及安全事故发生的几率，尤其是随着井深的增加，井底水力能量急剧下降，任何消耗钻井液能量的因素都无疑会对机械钻速造成不利影响。因此，寻求井下工具新的能量来源对提高深井机械钻速至关重要。

研究表明，钻井过程中钻柱高速旋转，钻头与井底的接触以及钻柱与井壁之间的摩擦碰撞会引起钻柱剧烈的纵向、横向和扭转振动，造成钻柱的疲劳破坏，由此看出，钻柱振动包含着巨大的能量，但是由于没有对该能量进行有效的利用，使其对钻井过程产生了不利的影响。另外，大量的现场试验表明，对于深部坚硬地层，旋冲钻井和扭转冲击钻井取得了更好的提速效果，其主要原因是，随着井深的增加，地层压实程度更高、变得更加坚硬，同时井底水力能量减弱，机械钻速对转速和水力能量的敏感程度降低，而旋冲钻井能够产生作用于井底岩石的高频轴向冲击，不仅能够使井底岩石产生初始裂纹并扩展形成体积破碎提高破岩效率，同时能够使钻头周期性的吃入地层，从而提高钻头每转一圈的岩石破碎量；另一方面，扭转冲击工具能够产生作用于井底岩石的扭转冲击振动，将PDC钻头对井底岩石的剪切破碎变为冲击剪切破碎，补充钻头破岩扭矩的不足，消除钻头的粘滑效应，提高机械钻速和PDC钻头使用寿命。因此，如果能够将钻柱振动能量利用起来作为能量来源，诱发钻头对井底岩石的轴向和扭转冲击振动，，从而提高深井硬地层的机械钻速，对提高我国油气资源开发效率及应对世界石油钻探市场激烈竞争的能力具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于解决深井钻井机械钻速低的问题、克服现有技术存在的不足，提供一种激发多维冲击的钻柱联接短节，该短节通过利用钻柱的周期性纵向和扭转振动，使钻头同时产生对井底岩石的轴向和扭转冲击，提高破岩效率、钻头寿命，消除钻头泥包，从而提高机械钻速，降低钻井资金投入。