开云体育股份有限公司-PDC钻头牙轮钻头金刚石取芯钻头厂家

　　本发明涉及石油钻井井下工具技术领域，是一种复合冲击钻井工具，包括管体、冲击砧、冲锤、引导件、叶轮、套筒、冲击环、下接头和偏心连杆，管体上部内侧从上至下依次设有第一台阶面和第二台阶面，管体下端内侧密封固定安装有下接头。本发明结构合理而紧凑，钻井液经管体进入引导件后对叶轮进行冲击，使得叶轮带动轮轴转动，轮轴转动后通过偏心连杆带动冲锤向下移动后撞击冲击环，继而带动安装于下接头下端的钻头冲击地层，可以将冲锤的冲击直接施加到钻头上，提高冲击力的传递效率，进而提高钻头破岩的效果，实现石油开采提速增效，具有易

　　1.一种复合冲击钻井工具，其特征在于包括管体、冲击砧、冲锤、引导件、叶轮、套筒、冲

　　击环、下接头和偏心连杆，管体上部内侧从上至下依次设有第一台阶面和第二台阶面，管体

　　下端内侧密封固定安装有下接头，下接头上端内侧密封固定安装有上端与第二台阶面相接

　　触的管状冲击砧，冲击砧下端内侧第一台阶面之间安装有中空结构的引导件，引导件上部

　　内侧设有叶轮，叶轮中央固定安装有两端均密封穿过引导件外侧的轮轴，引导件外侧设有

　　外环槽，外环槽内套装有套筒，对应轮轴两端位置的套筒外侧均设有径向贯通的转动孔，冲

　　击砧上端内侧固定安装有套装于套筒外侧的冲击环，套筒上部外侧套装有管状结构的冲

　　锤，轮轴两端和冲锤内侧对应位置之间安装有轮轴转动时能够使得冲锤向下移动与冲击环

　　2.根据权利要求1所述的复合冲击钻井工具，其特征在于偏心连杆包括导向块、限位杆

　　和连杆，轮轴两端外侧均固定安装有导向块，每个导向块远离轮轴端部的一侧均设有横向

　　的导向槽，每个导向槽内均滑动安装有与冲锤内侧固定安装在一起的连杆，对应导向槽上

　　3.根据权利要求2所述的复合冲击钻井工具，其特征在于对应每个连杆位置的冲锤外

　　4.根据权利要求1或2或3所述的复合冲击钻井工具，其特征在于引导件包括引流管和

　　芯管，芯管下端外侧与冲击砧下端内侧固定安装在一起，芯管上端和第一台阶面之间密封

　　安装有引流管，对应轮轴两端位置的引流管下端和芯管上端均设有半圆形的安装槽，轮轴

　　5.根据权利要求4所述的复合冲击钻井工具，其特征在于引流管上端内侧呈上大下小

　　6.根据权利要求4所述的复合冲击钻井工具，其特征在于芯管下部内侧可拆卸固定安

　　7.根据权利要求5所述的复合冲击钻井工具，其特征在于芯管下部内侧可拆卸固定安

　　8.根据权利要求1或2或3或5或6或7所述的复合冲击钻井工具，其特征在于下接头下端

　　外侧固定有上端与管体下端接触的限位环台，对应下接头上端位置的管体内侧设有限位环

　　槽，冲击砧下部外侧有与下接头上端相接触的第四台阶面，限位环槽内和下接头上端外侧

　　之间设有对称设置的半环，每个半环上端均与第四台阶面接触，对应半环和限位环台之间

　　9.根据权利要求4所述的复合冲击钻井工具，其特征在于下接头下端外侧固定有上端

　　与管体下端接触的限位环台，对应下接头上端位置的管体内侧设有限位环槽，冲击砧下部

　　外侧有与下接头上端相接触的第四台阶面，限位环槽内和下接头上端外侧之间设有对称设

　　置的半环，每个半环上端均与第四台阶面接触，对应半环和限位环台之间位置的下接头外

　　[0001]本发明涉及石油钻井井下工具技术领域，是一种复合冲击钻井工具。

　　[0002]随着能源开发及科学钻探领域的不断拓宽，陆地深井超深井钻井、深水海洋钻井、

　　页岩油/气开采、干热岩地热资源开发、大陆科学钻探以及极地勘察等钻井工作量日益增

　　加，井深不断加深，钻遇地层更加古老，岩石可钻性差，高温、高压、高密度和高腐蚀等钻井

　　工况日趋复杂。传统钻井方式在遇到硬岩层时，钻进效率很低，钻头寿命短，施工周期长，因

　　[0003]冲击破岩作为一种高效破岩技术一直是人们重点关注的提速、降本、增效石油钻

　　井技术。井深增加导致钻遇地层跨越的地质时代较多、地层变化较大、层系错综复杂；同时

　　受到地层压实作用、变质作用等影响，深部地层岩石呈现高抗压强度和高研磨性等特点，从

　　而导致常规钻井方式机械钻速极低。针对深部地层钻速慢、PDC钻头齿切削深度不足和粘滑

　　振动难题，近年来国内外学者开展轴向、扭向冲击钻井工具研究，且取得了一定的提速效

　　果，但是，传统的冲击钻井工具以单向冲击为主，即冲击载荷周期性地施加在钻头的轴向或

　　者扭转方向，具有一定的局限性。针对单向冲击钻井工具的不足，国内外学者开展轴扭复合

　　冲击钻井工具的研制，虽然现场试验取得了较好的应用效果，但其结构复杂，且密封件较

　　多，不适用超深层高温环境。因此，开展结构简单、维保方便、适用超深井钻井的复合冲击钻

　　[0004]虽然现有的单向冲击工具和轴扭复合冲击工具在一定程度上可以提高机械钻速，

　　1、单向冲击钻井工具具有局限性。现有的轴向冲击钻井工具虽然能够增加PDC切

　　削齿的切削深度，但钻进硬地层时，切削深度增大，切削阻力会大幅度提高，钻头极易因切

　　削力不足而出现扭矩循环累积与释放的现象，最终导致钻井速度降低、钻头使用寿命缩短。

　　扭向冲击钻井工具虽然可以提高钻头切削力将岩石快速切削破碎，减弱或消除粘滑振动，

　　[0005]、现有轴扭复合冲击钻井工具结构复杂、成本高、寿命短。现有的轴扭复合冲击钻

　　井工具结构复杂，往往设计有碟簧、活塞密封等结构，这些易损件的寿命短，部分零部件加

　　工精度高，维保成本高，造成整体应用成本高，且活塞密封装置在超深井高温环境下容易失

　　效。现有的轴扭复合冲击钻井工具为实现轴向或扭向冲击通常包含复杂的流道设计。

　　[0006]、部分周向冲击钻井工具易发生掉井危险，进而导致钻井成本升高。

　　[0007]基于上述现状，提供一种结构简单、寿命长、安装更换方便的复合冲击钻井工具具

　　[0008]本发明提供了一种复合冲击钻井工具，克服了上述现有技术之不足，其能有效解

　　决现有单方向冲击钻井工具冲击力小、应用局限性，部分周向冲击钻井工具易发生掉井危

　　险，轴扭复合冲击钻井工具结构复杂、成本高、寿命短、密封装置不适用超深井高温钻井的

　　[0009]本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种复合冲击钻井工具，包括管体、

　　冲击砧、冲锤、引导件、叶轮、套筒、冲击环、下接头和偏心连杆，管体上部内侧从上至下依次

　　设有第一台阶面和第二台阶面，管体下端内侧密封固定安装有下接头，下接头上端内侧密

　　封固定安装有上端与第二台阶面相接触的管状冲击砧，冲击砧下端内侧第一台阶面之间安

　　装有中空结构的引导件，引导件上部内侧设有叶轮，叶轮中央固定安装有两端均密封穿过

　　引导件外侧的轮轴，引导件外侧设有外环槽，外环槽内套装有套筒，对应轮轴两端位置的套

　　筒外侧均设有径向贯通的转动孔，冲击砧上端内侧固定安装有套装于套筒外侧的冲击环，

　　套筒上部外侧套装有管状结构的冲锤，轮轴两端和冲锤内侧对应位置之间安装有轮轴转动

　　时能够使得冲锤向下移动与冲击环上端碰撞后再向上移动的往复运动的偏心连杆。

　　上述偏心连杆可包括导向块、限位杆和连杆，轮轴两端外侧均固定安装有导向块，

　　每个导向块远离轮轴端部的一侧均设有横向的导向槽，每个导向槽内均滑动安装有与冲锤

　　内侧固定安装在一起的连杆，对应导向槽上侧和下侧位置的导向块上均固定有横向的限位

　　[0011]上述对应每个连杆位置的冲锤外侧均可固定有竖向的扇环形限位板，冲击砧内侧

　　[0012]上述引导件可包括引流管和芯管，芯管下端外侧与冲击砧下端内侧固定安装在一

　　起，芯管上端和第一台阶面之间密封安装有引流管，对应轮轴两端位置的引流管下端和芯

　　管上端均设有半圆形的安装槽，轮轴两端外侧和安装槽内壁之间密封套装有密封轴承。

　　[0013]上述引流管上端内侧可呈上大下小的锥面，对应冲锤上端位置的引流管上部外侧

　　[0015]上述下接头下端外侧固定有上端与管体下端接触的限位环台，对应下接头上端位

　　置的管体内侧设有限位环槽，冲击砧下部外侧有与下接头上端相接触的第四台阶面，限位

　　环槽内和下接头上端外侧之间设有对称设置的半环，每个半环上端均与第四台阶面接触，

　　对应半环和限位环台之间位置的下接头外侧和管体内侧之间上下间隔设置有至少一个密

　　[0016]本发明结构合理而紧凑，钻井液经管体进入引导件后对叶轮进行冲击，使得叶轮

　　带动轮轴转动，轮轴转动后通过偏心连杆带动冲锤向下移动后撞击冲击环，继而带动安装

　　于下接头下端的钻头冲击地层，可以将冲锤的冲击直接施加到钻头上，提高冲击力的传递

　　效率，进而提高钻头破岩的效果，实现石油开采提速增效，具有易于加工装配、维护成本低、

　　[0021]附图中的编码分别为：1为管体，2为冲击砧，3为叶轮，4为套筒，5为冲击环，6为第

　　一台阶面，7为第二台阶面，8为下接头，9为轮轴，10为冲锤，11为导向块，12为限位杆，13为

　　连杆，14为导向槽，15为转动孔，16为限位块，17为限位板，18为引流管，19为芯管，20为密封

　　轴承，21为第三台阶面，22为节流喷嘴，23为限位环台，24为第四台阶面，25为半环，26为密

　　[0022]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体

　　[0023]在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1

　　的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图

　　如附图1、2、3、4所示，该复合冲击钻井工具包括管体1、冲击砧2、冲锤10、引导件、

　　叶轮3、套筒4、冲击环5、下接头8和偏心连杆，管体1上部内侧从上至下依次设有第一台阶面

　　6和第二台阶面7，管体1下端内侧密封固定安装有下接头8，下接头8上端内侧密封固定安装

　　有上端与第二台阶面7相接触的管状冲击砧2，冲击砧2下端内侧第一台阶面6之间安装有中

　　空结构的引导件，引导件上部内侧设有叶轮3，叶轮3中央固定安装有两端均密封穿过引导

　　件外侧的轮轴9，引导件外侧设有外环槽，外环槽内套装有套筒4，对应轮轴9两端位置的套

　　筒4外侧均设有径向贯通的转动孔15，冲击砧2上端内侧固定安装有套装于套筒4外侧的冲

　　击环5，套筒4上部外侧套装有管状结构的冲锤10，轮轴9两端和冲锤10内侧对应位置之间安

　　装有轮轴9转动时能够使得冲锤10向下移动与冲击环5上端碰撞后再向上移动的往复运动

　　的偏心连杆。根据需求，冲击砧2上部内侧有上台阶面，冲击环5固定在上台阶面上，转动孔

　　15可为矩形孔。在使用过程中，钻井液经管体1进入引导件后对叶轮3进行冲击，使得叶轮3

　　带动轮轴9转动，轮轴9转动后通过偏心连杆带动冲锤10向下移动后撞击冲击环5，继而带动

　　安装于下接头8下端的钻头冲击地层，可以将冲锤10的冲击直接施加到钻头上，提高冲击力

　　的传递效率，进而提高钻头破岩的效果，实现石油开采提速增效，本发明结构合理而紧凑，

　　[0025]可根据实际需要，对上述复合冲击钻井工具作进一步优化或/和改进：

　　如附图2、3、4所示，偏心连杆包括导向块11、限位杆12和连杆13，轮轴9两端外侧均

　　固定安装有导向块11，每个导向块11远离轮轴9端部的一侧均设有横向的导向槽14，每个导

　　向槽14内均滑动安装有与冲锤10内侧固定安装在一起的连杆13，对应导向槽14上侧和下侧

　　位置的导向块11上均固定有横向的限位杆12。根据需求，轮轴9转动后，所述的两个连杆13

　　中心轴线的中心轴线之间均有间距，且两个连杆13均在轮轴9的同一侧，连杆13在

　　冲锤10的重力作用和叶轮3的作用下，连杆13在导向槽14内做上下往复运动。在使用过程

　　中，通过设置导向槽14和连杆13，当钻井液流过叶轮3后，能够驱动轮轴9转动，轮轴9带动导

　　向块11转动，导向块11转动后，连杆13在导向槽14内上下往复运动，向下移动后能够带动冲

　　锤10撞击冲击环5，继而带动管体1对和下接头8连接的钻头进行冲击，提高钻进效果，限位

　　杆12的设置，能够连杆13从下端向上移动的过程中和导向槽14脱离，这样也便于连杆13和

　　[0026]如附图2、4所示，对应每个连杆13位置的冲锤10外侧均固定有竖向的扇环形限位

　　板17，冲击砧2内侧固定有与限位板17相对应的限位块16。根据需求，两个限位板17位于轮

　　轴9两侧且呈中心对称分布。在使用过程中，设置限位板17和限位块16，能够对冲锤10起到

　　限位作用，冲锤10向下移动至冲击环5上端时由于偏心连杆的作用，冲锤10发生转动后再向

　　上移动，而冲锤10撞击冲击环5后向上移动的过程中发生转动，这样可以使得限位块16和限

　　[0027]如附图1、2所示，引导件包括引流管18和芯管19，芯管19下端外侧与冲击砧2下端

　　内侧固定安装在一起，芯管19上端和第一台阶面6之间密封安装有引流管18，对应轮轴9两

　　端位置的引流管18下端和芯管19上端均设有半圆形的安装槽，轮轴9两端外侧和安装槽内

　　壁之间密封套装有密封轴承20。根据需求，引流管18上端和第一台阶面6密封接触，引流管

　　18下端和芯管19上端密封接触，引流管18下端的安装槽和芯管19上端的安装槽能够形成圆

　　孔，外环槽包括设置于引流管18下端外侧的上凹槽和设置于芯管19上端外侧的下凹槽形

　　成。在使用过程中，密封轴承20既可以防止轮轴9、引流管18、芯管19之间的磨损，还可以防

　　止钻井液发生泄露现象，通过这样的设置，便于拆装和维护叶轮3，降低维护成本。

　　[0028]如附图1所示，引流管18上端内侧呈上大下小的锥面，对应冲锤10上端位置的引流

　　管18上部外侧有第三台阶面21。在使用过程中，引流管18上端内侧呈上大下小的锥面，可以

　　增加引流管18内钻井液的流速，进而加速叶轮3的转速，可以提高冲锤10撞击冲击环5的能

　　量，继而提高和下接头8连接的钻头破岩的效果，第三台阶面21可以对冲锤10进行限位。

　　[0029]如附图1所示，芯管19下部内侧可拆卸固定安装有节流喷嘴22。根据需求，芯管19

　　下部内侧设有内环槽，对应内环槽上方位置的芯管19内侧有下台阶面，节流喷嘴22上端与

　　下台阶面相接触，节流喷嘴22下端外侧与芯管19内侧螺接在一起，内环槽内卡设有上端与

　　节流喷嘴22下端相接触的卡簧。在使用过程中，通过设置节流喷嘴22，钻井液从芯管19和节

　　[0030]如附图1、2所示，下接头8下端外侧固定有上端与管体1下端接触的限位环台23，对

　　应下接头8上端位置的管体1内侧设有限位环槽，冲击砧2下部外侧有与下接头8上端相接触

　　的第四台阶面24，限位环槽内和下接头8上端外侧之间设有对称设置的半环25，每个半环25

　　上端均与第四台阶面24接触，对应半环25和限位环台23之间位置的下接头8外侧和管体1内

　　侧之间上下间隔设置有至少一个密封件26。根据需求，密封件26为现有公知的金属密封，芯

　　管19下端外侧和冲击砧2下端内侧之间螺纹连接，冲击砧2下端外侧和下接头8上端内侧之

　　间螺纹连接，节流喷嘴22下端内侧、芯管19下端内侧以及冲击砧2下端内侧均有六边形拆装

　　环槽，以便于对节流喷嘴22、芯管19以及冲击砧2进行拆装。在使用过程中，通过设置密封件

　　26，能够使本发明适用于超深井的高温环境，通过设置半环25和第四台阶面24，便于冲击砧

　　[0031]以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据

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