[发明专利]能够对钻头产生周期性的周向振动的钻具

说明书

本发明公开了一种能够对钻头产生周期性的周向振动的钻具，包括套管形的钻具本体、下接头以及安装于钻具本体的竖向中心通孔内的引流件、压帽、心轴、驱动阀、冲击锤、冲击套筒和喷嘴，下接头的上端与钻具本体的下端通过非固定连接装置连接，所述非固定连接装置使所述下接头与所述钻具本体之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间；钻具本体、引流件、压帽、心轴、驱动阀、冲击锤、冲击套筒、喷嘴和下接头有效组装整合为钻井液引流结构以及驱动阀和冲击锤的旋转传动结构，并最终产生周期性的周向振动功能。本发明在不影响旋转传动的前提下对钻头形成的周期性的周向振动，提高了钻进速度和效率，提高了井眼质量，保护了钻头，延长了钻头寿命。

技术领域

本发明涉及一种用于与钻头连接的辅助钻具，尤其涉及一种能够对钻头产生周期性的周向振动的钻具。

背景技术

随着石油钻井行业的发展，钻井提速的重要性日益呈现。在实际钻井过程中，不存在理想的钻进状态，钻头的运动是无序的，杂乱无章的。井下的振动包括横向、纵向和扭向的振动以及这几种振动的组合，井下无规律的不良振动会损坏钻头切削齿，导致钻头寿命降低；另一方面，在坚硬和塑性地层，采用正常钻进钻压则钻头切削齿无法有效吃入地层，采用过高钻压又会导致切削齿崩损。

综上，传统钻头依靠钻杆带动旋转钻入地层，因为没有对钻头的振动方向和频率进行约束，所以钻头的振动方向和频率都是杂乱无章的，一方面导致钻进地层困难、效率低下，另一方面容易损坏钻头的切削齿，降低钻头寿命。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够对钻头产生周期性的周向振动的钻具。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种能够对钻头产生周期性的周向振动的钻具，包括套管形的钻具本体和用于与钻头连接的下接头，所述下接头的上端与所述钻具本体的下端连接，所述下接头设有竖向中心通孔，所述下接头与所述钻具本体的下端通过非固定连接装置连接，所述非固定连接装置使所述下接头与所述钻具本体之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间；所述钻具还包括安装于所述钻具本体的竖向中心通孔内的引流件、压帽、心轴、驱动阀、冲击锤、冲击套筒和喷嘴，所述压帽设有竖向中心通孔且套装于所述钻具本体的竖向中心通孔的上段内，所述压帽的中上段厚度逐渐减小且在内外两侧均形成内凹弧形过渡面，所述压帽的上端通过所述引流件与所述钻具本体的内壁连接，所述引流件设有竖向中心通孔且所述引流件的内壁比所述压帽的下段内壁更靠近所述钻具本体的内壁，所述压帽的中上段外壁与所述钻具本体的内壁之间形成环形的导流内腔，所述引流件的下端与所述压帽的中段内壁之间设有间隙且该间隙与所述导流内腔相通，所述心轴设有竖向中心通孔，所述心轴的上端与所述压帽的下端连接，所述驱动阀设有竖向中心通孔且通过该竖向中心通孔套装于所述心轴外且能够旋转，所述冲击锤设有竖向中心通孔且通过该竖向中心通孔套装于所述驱动阀外且能够旋转，所述冲击套筒的中上段通过自身的竖向中心通孔套装于所述冲击锤外，所述冲击套筒套装于所述钻具本体的中段内，所述心轴的下端向外弯曲后与所述冲击套筒的下端连接，所述冲击套筒的下端同时与所述下接头的上端连接，所述驱动阀的上端和所述冲击锤的上端分别与所述压帽的下端旋转连接，所述驱动阀的下端与所述心轴的下段外壁旋转连接，所述冲击锤的下端与所述冲击套筒的下段内壁旋转连接，所述压帽的下端与所述冲击套筒的上端连接，所述心轴上与所述驱动阀对应的圆周壁上设有多个横向的心轴过流孔，所述驱动阀上与所述心轴过流孔对应的位置设有横向的驱动通孔，竖向同一高度的两个所述驱动通孔对称分布于所述驱动阀的竖向中心轴线两侧，所述驱动阀的外周表面设有横向的止推凹槽，竖向同一高度的两个所述止推凹槽对称分布于所述驱动阀的竖向中心轴线两侧，所述止推凹槽的轴向两侧槽壁表面为圆弧形过渡面，两个所述驱动通孔与两个所述止推凹槽均匀分布于所述驱动阀的圆周上，所述冲击锤的外周壁上设有两个外凸的锤头，竖向同一高度的两个所述锤头对称分布于所述冲击锤的竖向中心轴线两侧，所述冲击锤的外周壁上位于所述锤头周向两侧的位置分别设有横向的第一冲击锤通孔，同一个所述锤头两侧的两个所述第一冲击锤通孔的内端之间的周向距离与对应的所述驱动通孔的周向宽度相同，所述冲击套筒的内壁上设有横向内凹的套筒凹槽，两个所述套筒凹槽对称分布于所述冲击套筒的竖向中心轴线两侧，两个所述锤头分别置于两个所述套筒凹槽内且能够周向摆动，同一个所述锤头两侧的两个所述第一冲击锤通孔能够同时置于对应的所述套筒凹槽内，所述冲击锤的内周壁上设有两个内凸的止推凸块，竖向同一高度的两个所述止推凸块对称分布于所述冲击锤的竖向中心轴线两侧，两个所述止推凸块分别置于对应的两个所述止推凹槽内，所述冲击锤的外周壁上位于所述止推凸块周向两侧的位置分别设有横向的第二冲击锤通孔，同一个所述止推凸块两侧的两个所述第二冲击锤通孔的外端之间的周向距离不大于对应的所述止推凹槽的周向宽度，所述冲击套筒的外周表面设有竖向的引流凹槽，竖向同一高度的四个所述引流凹槽对称分布于所述冲击套筒的竖向中心轴线两侧，每两个所述引流凹槽分别位于两个所述套筒凹槽的同一侧，所述引流凹槽的上端与所述导流内腔相通且下端封闭，所述冲击套筒的外周壁上与所述引流凹槽对应且与所述第二冲击锤通孔相通高度的位置设有引流通孔，所述引流通孔与所述引流凹槽相通，所述喷嘴安装于所述心轴的下段内壁上，所述喷嘴的竖向中心通孔为上大下小的锥形孔且其最小孔径小于所述心轴的竖向中心通孔的孔径，所述喷嘴的竖向中心通孔的上端和下端分别与所述心轴的竖向中心通孔的下端和所述下接头的竖向中心通孔的上端相通。