一种辅助破岩的扭力冲击器的制作方法

本发明涉及石油钻井工程，具体涉及一种辅助破岩的扭力冲击器。

背景技术：

1、在石油、天然气资源勘探开发的钻井工程中，钻杆很长，井眼是曲线，弯曲度很大，钻杆和井壁之间的摩擦很大，钻杆加在钻头上的钻压减小，尤其是大斜度井和水平井，托压现象很严重，严重地制约了钻井速度。国内外学者针对粘滑振动进行了深入研究，研究表明，扭转冲击钻井技术是解决深部地层粘滑振动的有效方法之一。其中，扭力冲击器是一种高频振动冲击工具，位于钻头上部，随钻具一起入井；在钻进过程中，当高能钻井液流经扭力冲击器时，扭力冲击器内部独特的流道结构将钻井液的流体能量转换成高频的、周期性的机械冲击力，并直接传递给钻头，以此提升钻头钻探速度。

2、现有技术中涉及到扭力冲击器的相关文献较多，如公开号为cn112922527a的专利文献就公开了一种石油钻井用涡轮高频冲击钻具，该冲击钻具在泥浆冲击下使得多级涡轮产生旋转，进而使偏心主轴产生圆周偏心冲击力，该冲击力通过第一轴承和第二轴承间接传递给上钻铤和下钻铤，下钻铤再将冲击力传递给钻头，使其产生高频径向冲击力，有助于提升钻井的破岩效率。但在钻进过程中，会有部分体积较大的岩块混入钻井液中，一方面，岩块尺寸大会影响泵压，进而影响钻进效果；另一方面，体积较大的岩块会增加设备的磨损，进而影响设备的使用寿命；再一方面，大岩块碰撞会导致坍塌压力当量密度增加，进而导致井壁失稳风险增大。

3、为此，有必要提供一种可辅助破碎钻井液中体积较大的岩块并保证钻进速度的新技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种辅助破岩的扭力冲击器，旨在解决现有扭力冲击器不能辅助破碎钻井液中体积较大的岩块而影响钻进效果、影响设备使用寿命和导致井壁失稳风险增大的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种辅助破岩的扭力冲击器，包括冲击器外壳和钻井液动力部件，所述钻井液动力部件包括冲击泵、轴杆、涡流腔室、安装座、叶轮和用于与钻头连接的破碎锤，冲击泵、涡流腔室和安装座从上至下依次螺纹固定在冲击器外壳内，涡流腔室上设有轴心孔和多条流道，安装座上开设有供钻井液流通的中心导流通孔，冲击泵与中心导流通孔之间通过轴心孔和流道连通；轴杆通过轴承可转动地设置在冲击器外壳内，叶轮的数量为多组，多组叶轮呈环形等距排列布置在轴杆上，且多组叶轮位于轴心孔内并与流道相对应，破碎锤固定在轴杆下端并位于中心导流通孔内；冲击泵工作时，钻井液依次经中心导流通孔和流道进入轴心孔并驱动叶轮和轴杆转动，进而带动破碎锤辅助破碎通过中心导流通孔的岩块。

4、所述破碎锤的周向表面设有若干破碎齿，所述破碎锤的底部一体成型有伸出中心导流通孔和冲击器外壳的钻头对接部。

5、所述涡流腔室呈环状结构，多条流道均匀开设在涡流腔室的外侧壁上。

6、所述涡流腔室的顶部开设有泄压阀。

7、所述冲击器外壳的底部一体成型有连接座，连接座的内径小于冲击器外壳的内径，所述冲击器外壳内通过连接座安装有缓冲部件。

8、所述缓冲部件包括连接套、定位环、伸缩套杆和缓冲弹簧，连接套固定套设在冲击泵上，定位环固定套设在连接套的下部，缓冲弹簧套设在钻井液动力部件外，并抵接在定位环与连接座之间，伸缩套杆位于钻井液动力部件之间，伸缩套杆的上端与连接套螺纹固定，伸缩套杆的下端与伸缩弹簧的下端固定连接。

9、所述伸缩套杆包括上定位杆和下伸缩杆，上定位杆固定在连接套上，下伸缩杆的上端滑动连接于上定位杆内，下端固定在伸缩弹簧上。

10、所述定位环一体成型在连接套上。

11、所述安装座的外侧固定有安装架，安装架上嵌固有控制电路板，控制电路板上设有多个用于监测扭力冲击器动作状态的应变片组。

12、所述应变片组包括微处理器、三轴加速度计、角速度传感器、温度传感器和存储器，三轴加速度计、角速度传感器、温度传感器和存储器均与微处理器连接。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

14、1、本发明提供的辅助破岩的扭力冲击器，在实际使用时，能够在冲击泵的作用下将钻井液供给至涡流腔室的流道内，再经流道将钻井液动能作用在叶轮外侧，从而作为辅助破碎动力源带动破碎锤动作对通过中心导流通孔的岩块进行破碎。充分利用了钻井液的液柱压力，起到辅助破碎岩块的作用，不仅有效地提升了钻头钻探速度，还能减少岩块对设备的磨损，以及减少井壁失稳风险，保障了稳定可靠的钻进。

15、2、本发明通过在破碎锤的周向表面设置若干破碎齿，有利于提高破碎效果。需要说明的是，钻井液中的岩块被钻头钻出来后，其本身的强度已经被破坏掉了，因此破碎锤转动时，通过破碎齿的接触挤压就能够有效破碎岩块。

16、3、本发明采用多条均匀设置的流道结构，有利于保证破碎锤的恒定转动，从而提高稳定的辅助破碎效果。

17、4、本发明通过泄压阀能够根据需要泄掉压力，保证使用安全性。

18、5、本发明通过缓冲部件能够在冲击器工作时提供一定的缓冲作用，有利于减缓钻井液动力部件受到的刚性冲击力。

19、6、本发明通过设置的应变片组能够将监测的数据信息输送至控制电路板，有利于实时监测扭力冲击器的动作状态，并及时上传信息，从而保障安全可靠的钻井工作。

1.一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：包括冲击器外壳（100）和钻井液动力部件（200），所述钻井液动力部件（200）包括冲击泵（210）、轴杆（230）、涡流腔室（220）、安装座（250）、叶轮（231）和用于与钻头连接的破碎锤（240），冲击泵（210）、涡流腔室（220）和安装座（250）从上至下依次螺纹固定在冲击器外壳（100）内，涡流腔室（220）上设有轴心孔和多条流道（221），安装座（250）上开设有供钻井液流通的中心导流通孔（251），冲击泵（210）与中心导流通孔（251）之间通过轴心孔和流道（221）连通；轴杆（230）通过轴承可转动地设置在冲击器外壳（100）内，叶轮（231）的数量为多组，多组叶轮（231）呈环形等距排列布置在轴杆（230）上，且多组叶轮（231）位于轴心孔内并与流道（221）相对应，破碎锤（240）固定在轴杆（230）下端并位于中心导流通孔（251）内；冲击泵（210）工作时，钻井液依次经中心导流通孔（251）和流道（221）进入轴心孔并驱动叶轮（231）和轴杆（230）转动，进而带动破碎锤（240）辅助破碎通过中心导流通孔（251）的岩块。

2.根据权利要求1所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述破碎锤（240）的周向表面设有若干破碎齿，所述破碎锤（240）的底部一体成型有伸出中心导流通孔（251）和冲击器外壳（100）的钻头对接部。

3.根据权利要求1所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述涡流腔室（220）呈环状结构，多条流道（221）均匀开设在涡流腔室（220）的外侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述涡流腔室（220）的顶部开设有泄压阀（222）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述冲击器外壳（100）的底部一体成型有连接座（110），连接座（110）的内径小于冲击器外壳（100）的内径，所述冲击器外壳（100）内通过连接座（110）安装有缓冲部件（400）。

6.根据权利要求5所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述缓冲部件（400）包括连接套（410）、定位环（411）、伸缩套杆（420）和缓冲弹簧（421），连接套（410）固定套设在冲击泵（210）上，定位环（411） 固定套设在连接套（410）的下部，缓冲弹簧（421）套设在钻井液动力部件（200）外，并抵接在定位环（411）与连接座（110）之间，伸缩套杆（420）位于钻井液动力部件（200）之间，伸缩套杆（420）的上端与连接套（410）螺纹固定，伸缩套杆（420）的下端与伸缩弹簧的下端固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述伸缩套杆（420）包括上定位杆和下伸缩杆，上定位杆固定在连接套（410）上，下伸缩杆的上端滑动连接于上定位杆内，下端固定在伸缩弹簧上。

8.根据权利要求6所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述定位环（411）一体成型在连接套（410）上。

9.根据权利要求1所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述安装座（250）的外侧固定有安装架（310），安装架（310）上嵌固有控制电路板（320），控制电路板（320）上设有多个用于监测扭力冲击器动作状态的应变片组（321）。

10.根据权利要求9所述的一种辅助破岩的扭力冲击器，其特征在于：所述应变片组（321）包括微处理器、三轴加速度计、角速度传感器、温度传感器和存储器，三轴加速度计、角速度传感器、温度传感器和存储器均与微处理器连接。