一种高转速轴向冲击钻井方法及装置

摘要

本发明属于石油、天然气钻井技术领域，涉及一种高转速轴向冲击钻井方法及装置，所述装置包括冲击单元和高速旋转单元两个单元，冲击单元和高速旋转单元之间通过螺纹直接连接，或通过钻具间接连接，高速旋转单元在工作过程中同时产生向上和向下传播的水力压力脉动，水力压力脉动传递到冲击单元，加强冲击单元内部的自激振荡效应，从而产生更大的冲击力幅值；通过高转速单元和冲击单元安装位置的不同实现复合冲击钻井和振动减摩阻钻井两种钻井方法，所采用的装置结构简单，使用方便，安全可靠，压耗低，不影响钻具结构，适用于多种钻井平台，加工制造和使用维护的成本较低，对于深井、超深井和复杂结构井的安全快速钻进具有重要的实际意义。

主权项

一种高转速轴向冲击钻井装置，其特征在于包括冲击单元和高速旋转单元两个单元，冲击单元和高速旋转单元之间通过螺纹直接连接，或通过钻具间接连接，高速旋转单元在工作过程中同时产生向上和向下传播的水力压力脉动，水力压力脉动传递到冲击单元，加强冲击单元内部的自激振荡效应，从而产生更大的冲击力幅值；其中冲击单元包括第一上接头、水力元件、第一套筒、密封圈、砧子杆和第一下接头；套筒与内部设置有中心流道的上接头通过螺纹连接，套筒内部从上到下依次安装有水力元件和砧子杆，砧子杆下端径向尺寸小于上端径向尺寸并且穿出套筒与下接头通过螺纹连接；套筒和砧子杆下端配合部分为多边形结构用以传递扭矩；砧子杆上端外径大于套筒下端内径，防止砧子杆从套筒中穿出；砧子杆上端外周面上设置有密封圈，冲击单元采用现有的自激振荡水力结构调制脉冲和冲击振动；高速旋转单元包括第二上接头、防掉螺母、防掉杆、防掉套筒、第二套筒、转子、定子、万向联轴节、导流短节、推力轴承和高速旋转接头；上接头、防掉套筒和第二套筒三者之间两两通过螺纹连接；第二套筒内部从上到下依次设有防掉螺母、防掉杆、转子、定子、万向联轴节、导流短节、推力轴承和高速旋转接头；防掉螺母安装在防掉杆的顶端，防掉杆安装在防掉套筒内，防掉螺母、防掉杆和防掉套筒组成防掉结构用以防止转子、定子、万向联轴节、导流短节、推力轴承和高速旋转接头从第二套筒中脱落；防掉杆的下端嵌入式安装在转子的顶端，转子的外周设有与其配合使用的定子，转子和定子组成密封腔室用以驱动与转子连接的万向联轴节产生高速旋转，密封腔室的个数根据所需的扭矩大小设置；导流短节设置在万向联轴节的下端，导流短节的侧面开有导流孔，导流短节的下端设有推力轴承，万向联轴节通过导流短节和推力轴承与高速旋转接头连接，万向联轴节将转子下端的偏心转动转化为下接头的绕轴线转动。