一种扭力冲击装置

1.本发明涉及钻井装置技术领域，尤其是涉及一种扭力冲击装置。


背景技术：

2.目前，我国陆地油气勘探开发呈现出由东向西并向深井、超深井发展的趋势，与此同时，海洋油气开发由滩海与浅海逐步转向深海。随着油气勘探逐步向深部底层与深海域发展，钻井操作面临越来越复杂的底层环境及钻井工艺难题，勘探开采难度不断加大，在深井、超深井的钻井过程中,随着井深的增加，岩石硬度及塑性增大，研磨性增强，可钻性变差，下部钻具粘滑震动剧烈，机械钻速慢，钻井周期长，钻井成本高等现象。钻具的粘滑振动现象不但造成机械钻速降低，还可能造成井下事故的发生，严重影响油气勘探开发的进行(具体请参照申请号为cn201710039849.3的中国发明专利)。
3.因此，需要提供一种能够高效破碎岩石，提高机械钻速，防止卡滑等现象的冲击装置，可以满足多种地层的钻井提速要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种扭力冲击装置，用以提供一种能够高效破碎岩石，提高机械钻速，防止卡滑等现象的发生的冲击装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种扭力冲击装置，包括壳体、钻头连接套及轴向冲击机构；
6.所述壳体具有一容纳腔，所述壳体的一端用于与钻铤固定连接；
7.所述钻头连接套固定于所述壳体的另一端，所述钻头连接套的一端面上开设有若干个与所述壳体的轴线平行的第一导向孔，各个所述第一导向孔内均滑动插设有连接杆，各个所述连接杆均用于与钻头固定连接；
8.所述轴向冲击机构包括下冲击块、上冲击块、涡扇及弹性件，所述下冲击块上开设有若干个与各个所述第一导向孔相配合的第二导向孔，所述第二导向孔内用于供所述连接杆固定插设，所述下冲击块的一端面形成有曲面，所述上冲击块上连接有抵接块，所述抵接块与所述曲面抵接，所述涡扇转动设置于所述壳体内，所述涡扇与所述上冲击块连接，所述弹性件的一端与所述壳体连接，所述弹性件的另一端与所述上冲击块抵接。
9.在一些实施例中，所述轴向冲击机构还包括涡扇外套，所述涡扇转动设置于所述涡扇外套内，所述涡扇外套与所述壳体固定连接，所述弹性件的一端与所述涡扇外套抵接，所述弹性件的另一端与所述上冲击块抵接。
10.在一些实施例中，所述弹性件为碟簧。
11.在一些实施例中，所述涡扇上同轴固定有中心轴，所述轴向冲击机构还包括连接套筒，所述连接套筒滑动套设于所述中心轴上，所述连接套筒与所述上冲击块固定连接。
12.在一些实施例中，所述中心轴的横截面为正六边形，所述连接套筒的横截面也为正六边形。
定位套、421-第一储液槽、422-第二储液槽、43-锤击套、431-第一过流槽、432-第二过流槽、433-锤头、44-砧座、441-锤击腔、442-第一泄流槽、443-第二泄流槽、45-密封盖、5-钻铤接头。
具体实施方式
27.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
28.请参照图1-图5，本发明提供了一种扭力冲击装置，包括壳体1、钻头连接套2及轴向冲击机构3。
29.所述壳体1具有一容纳腔，所述壳体1的一端用于与钻铤固定连接。所述钻头连接套2固定于所述壳体1的另一端，所述钻头连接套2的一端面上开设有若干个与所述壳体1的轴线平行的第一导向孔21，各个所述第一导向孔21内均滑动插设有连接杆(未示出)，各个所述连接杆均用于与钻头固定连接，本实施例中，钻头采用螺纹与钻头连接套的内侧面配合连接。
30.所述轴向冲击机构3包括下冲击块31、上冲击块32、涡扇33及弹性件34，所述下冲击块31上开设有若干个与各个所述第一导向孔21相配合的第二导向孔311，所述第二导向孔311内用于供所述连接杆固定插设，所述下冲击块31的一端面形成有曲面312，所述上冲击块32上连接有抵接块321，所述抵接块321与所述曲面312抵接，所述涡扇33转动设置于所述壳体1内，所述涡扇33与所述上冲击块32连接，所述弹性件34的一端与所述壳体1连接，所述弹性件34的另一端与所述上冲击块32抵接。
31.在使用时，壳体1的上端与钻铤固定连接，钻头连接套2与钻头连接，钻铤转动时，带动壳体1转动，从而带动钻头转动，同时，钻铤内的钻井液流入壳体1内，再经过涡扇33后从钻头的排液口排出，在此过程中，钻井液带动涡扇33转动，涡扇33带动上冲击块32转动，上冲击块32转动时，抵接块321在曲面312上移动，从而会带动弹性件34收缩或伸长，从而提供给下冲击块31一个沿轴向上的冲击力，以便于钻头破岩，防止卡滑等现象的发生。
32.为了具体实现弹性件34的安装，请参照图3和图4，在一优选的实施例中，所述轴向冲击机构3还包括涡扇外套35，所述涡扇33转动设置于所述涡扇外套35内，所述涡扇外套35与所述壳体1固定连接，所述弹性件34的一端与所述涡扇外套35抵接，所述弹性件34的另一端与所述上冲击块32抵接。
33.为了提高弹性件34的蓄能能力，请参照图3和图4，在一优选的实施例中，所述弹性件34为碟簧。
34.为了具体实现涡扇33与上冲击块32的连接，请参照图3和图4，在一优选的实施例中，所述涡扇33上同轴固定有中心轴331，所述轴向冲击机构3还包括连接套筒36，所述连接套筒36滑动套设于所述中心轴331上，所述连接套筒36与所述上冲击块32固定连接，在使用时，涡扇33的中心轴331带动连接套筒36转动，连接套筒36带动上冲击块32，连接套筒36可沿中心轴331滑动，从而与弹性件34的伸缩相适应。
35.为了便于通过中心轴331带动连接套筒36转动，请参照图3和图4，在一优选的实施例中，所述中心轴331的横截面为正六边形，所述连接套筒36的横截面也为正六边形，在其他实施例中，中心轴331及连接套筒36的横截面的形状可以为除圆形以外的其他任意形状，
从而连接套筒36仅能沿中心轴331滑动，二者不能相对转动。
36.为了减小抵接块321与曲面312之间的摩擦力的大小，请参照图3和图4，在一优选的实施例中，所述抵接块321为若干个滑轮，所述滑轮转动设置于所述上冲击块32上，所述滑轮与所述曲面312抵接。
37.为了实现周向冲击破岩，请参照图3、图6和图7，在一优选的实施例中，所述扭力冲击装置还包括周向冲击机构4，所述周向冲击机构4包括筛管41、定位套42、锤击套43及砧座44，所述筛管41同轴固定于所述壳体1内，所述筛管41的侧壁上开设有第一出液孔411，所述定位套42套设于所述筛管41上，所述定位套42上开设有与所述第一出液孔411连通的第一储液槽421及第二储液槽422，所述锤击套43套设于所述定位套42上，所述锤击套43上开设有用于与所述第一储液槽421连通的第一过流槽431，所述锤击套43上还开设有用于与所述第二储液槽422连通的第二过流槽432，所述锤击套43上还形成有至少一锤头433，所述砧座44套设于所述锤击套43上，所述砧座44与所述壳体1固定连接，所述砧座44的内侧壁上开设有用于收容所述锤头433的锤击腔441，所述砧座44上还开设有第一泄流槽442及第二泄流槽443，所述第一泄流槽442的一端用于与所述第一过流槽431连通，所述第一泄流槽442的另一端用于与所述涡扇外套35的内腔连通，所述第二泄流槽443的一端用于与所述第二过流槽432连通，所述第二泄流槽443的另一端用于与所述涡扇外套35的内腔连通，当所述锤头433到达所述锤击腔441的两端时，所述锤击套可分别堵塞所述第一泄流槽442及所述第二泄流槽443。
38.本实施例中，钻井液进入壳体1内后，首先进入筛管41内，再经由筛管41的侧壁上的第一出液孔411排出到定位套42上的第一储液槽421及第二储液槽422内，当锤头433位于锤击腔441的一端时，假定此时锤击套44堵塞第二泄流槽443，则第一储液槽421内的钻井液会经由第一过流槽431和第一泄流槽442排出到涡扇外套35的内腔内，供后续的轴向冲击机构3使用，而第二储液槽422内的钻井液则无法排出并被压缩，从而第二储液槽422内的钻井液推动定位套42及锤击套43反向转动，从而使锤头433到达锤击腔441的另一端、锤击套44堵塞第一泄流槽442，之后第一储液槽421内的钻井液推动定位套42及锤击套43转动，如此循环往复，从而可实现通过锤头433反复锤击所述锤击腔441的两端，进而带动壳体1及钻头沿周向振动，以利于周向破岩。
39.为了便于安装，请参照图3和图7，在一优选的实施例中，所述扭力冲击装置还包括钻铤接头5，所述钻铤接头5固定于所述壳体1的一端，所述钻铤接头5用于连接所述钻铤，所述钻铤接头5的一端与所述钻铤的内腔连通，所述钻铤接头5的另一端与所述筛管41连通。
40.为了提高密封效果，请参照图3和图7，在一优选的实施例中，所述周向冲击机构4还包括密封盖45，所述密封盖45的一端与所述钻铤接头5的另一端固定连接，所述密封盖45的另一端与所述筛管41固定连接。
41.为了具体实现第一泄流槽442及第二泄流槽443与涡扇外套35的内腔的连通，请参照图3和图7，在一优选的实施例中，所述涡扇外套35上开设有进流孔351，所述进流孔351与所述第一泄流槽442的另一端及所述第二泄流槽443的另一端均连通。
42.为了更好地理解本发明，以下结合图1-图7来对本发明提供的扭力冲击装置的工作过程进行详细说明：在使用时，钻铤接头5与钻铤固定连接，钻头连接套2与钻头连接，钻铤转动时，带动壳体1转动，从而带动钻头转动，同时，钻铤内的钻井液流入钻铤接头5内，再
进入筛管41内，再经由筛管41的侧壁上的第一出液孔411排出到定位套42上的第一储液槽421及第二储液槽422内，再从第一过流槽431流入第一泄流槽442，或从第二过流槽432流入第二泄流槽443，并带动锤头433反复锤击所述锤击腔441的两端，进而带动壳体1及钻头沿周向振动，以利于周向破岩，钻井液再经过进流孔351进入涡扇外套35内，再经过涡扇33后从钻头的排液口排出，在此过程中，钻井液带动涡扇33转动，涡扇33带动上冲击块32转动，上冲击块32转动时，抵接块321在曲面312上移动，从而会带动弹性件34收缩或伸长，从而提供给下冲击块31一个沿轴向上的冲击力，以便于钻头破岩，防止卡滑等现象的发生。
43.需要指出的是，涡扇33有金属材料制成，其运转性能不受温度的制约，能够在高温硬地层高效破碎岩石提高机械钻速，防止卡滑等现象，与pdc钻头配合使用,形成一种安全、经济、高效的钻井工具提速配套技术，可以较好解决当前硬地层钻井过程中出现的复杂工况，高效安全的缩短钻井周期。同时，碟簧的设置，可使得整个装置运行更加平稳，减小机械运动的摩擦，延长使用寿命。
44.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。