[发明专利]一种高频轴向冲击钻井方法及装置

说明书

本发明公开了一种高频轴向冲击钻井方法及装置，涉及井下钻井提速工具技术领域。包括：上接头和下接头；传动部件，包括与定子配合连接的转子和万向轴，定子固定安装在传动壳体内腔上部，传动壳体顶部螺纹连接上接头，转子底部下方螺纹连接万向轴，万向轴驱动上传动轴转动，上传动轴螺纹连接下传动轴，下传动轴连接有下接头；冲击装置，包括第一冲击装置和第二冲击装置，第一冲击装置在下传动轴转动的过程中，形成冲击下传动轴和第二冲击装置的轴向作用力；第二冲击装置在第一冲击装置的作用下，形成冲击下传动轴的轴向作用力。本发明可以产生高频轴向冲击振动及二次轴向冲击力，提高钻头破岩效率和机械钻速；还可实现扭转冲击，有效防止粘滑卡钻。

技术领域

本发明涉及井下钻井提速工具技术领域，具体涉及一种高频轴向冲击钻井方法及装置。

背景技术

随着我国石油勘探开发的发展，许多新的勘探领域逐步开发和扩大，钻井深度不断增加，钻井过程所接触到的地层环境越来越复杂，深井和超深井得到越来越多的应用，井下输送过程中钻井动力的损失越来越大，钻井难度越来越大，钻具进尺速度大大减慢，加重了钻具损坏的速度。

然而，目前在深井和超深井开发过程中，常常伴随着横向涡动、重力堆积以及粘滑现象的产生，大大降低了钻井效率，破坏了井身质量，并且对钻头和钻杆的磨损伤害也非常严重。由于上述因素，钻井周期大大增加，油井开发成本明显增加，限制了油气藏的开发利用。

发明内容

本发明提供的一种高频轴向冲击钻井方法及装置，将旋转冲击钻井技术应用于深井和超深井钻井进行提速，该技术在旋转钻井的基础上对钻头施加高频轴向冲击力，可以更加高效地破碎岩石，提高机械钻速。另外在旋转钻井的同时，对钻头施加高频微幅的周向摆动可以有效抑制粘滑现象的发生，防止钻头崩齿破坏，也可以一定程度上提高钻头破岩效率，完善井身质量，解决了目前钻井施工中钻头在钻进过程中产生的粘滑、托压、卡钻等现象导致的钻头寿命低、钻头失效、钻井周期长及钻井效率低等问题，解决了现有技术在该领域的不足，减小钻头失效，提高机械钻速及钻井效率。

为了实现上述发明目的，本发明主要采用如下技术方案：

一种高频轴向冲击钻井装置，包括：

分布在钻井装置上下两端的上接头和下接头，所述上接头用于连接钻柱，所述下接头用于连接钻头；以及，

连接所述上接头和下接头的传动部件，包括与定子配合连接的转子和万向轴，所述定子固定安装在传动壳体内腔上部，所述传动壳体顶部螺纹连接所述上接头，所述转子底部下方螺纹连接所述万向轴，所述万向轴驱动上传动轴转动，所述上传动轴螺纹连接有下传动轴，所述下传动轴下部连接有下接头；

冲击装置，包括位于上传动轴、下传动轴与所述传动壳体内腔之间的第一冲击装置和位于传动轴外腔下部的第二冲击装置，所述第一冲击装置在下传动轴转动的过程中，形成冲击所述下传动轴和第二冲击装置的轴向作用力；所述第二冲击装置在第一冲击装置的作用下，形成冲击所述下传动轴的轴向作用力。

其中，本发明中，所述传动壳体自上而下依次包括转子壳体、万向轴壳体和传动轴壳体，所述转子壳体与万向轴壳体之间螺纹连接，所述万向轴壳体和传动轴壳体之间螺纹连接。

进一步的，所述第一冲击装置包括上碟簧组，上凸轮和下凸轮，所述上碟簧组位于所述传动轴壳体与上传动轴的内腔之间，并通过传动轴壳体内部台阶进行定位，所述上碟簧组的底部和上凸轮连接，所述上凸轮的底部与下凸轮上部通过斜面齿合相连接，且上凸轮和下凸轮连接结构处的剖面呈花键形。

更进一步的，所述下凸轮下部还设置有一环形花键槽，所述环形花键槽内过渡配合连接有花键筒，所述花键筒内外分别连接下传动轴和下凸轮。

作为本发明的进一步改进，所述万向轴底部下方还丝扣连接有万向轴水帽，所述万向轴水帽下端螺纹连接上传动轴，且万向轴水帽的中部周向均匀设置四个通孔，万向轴水帽下部周向均匀设置两个腰形通孔，所述通孔连通内外空间。