復合沖擊鉆井工具的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型是關于石油開發領域中一種井下鉆具，尤其涉及一種復合沖擊鉆井工具。
【背景技術】
[0002]隨著石油勘探開發的發展，深井、水平井等復雜井所占的比例逐漸增加。這些復雜井對鉆井提出了很多新的挑戰，其中提高鉆井的機械鉆速是目前急需解決的問題。在這些復雜井中，井下的工況比較復雜，其中包括巖石的上覆壓力的增大、井壁對鉆井工具摩阻的增加等，這些都對現有鉆井工藝提出了很大的挑戰，不僅會造成機械鉆速的降低，還會造成卡鉆等鉆井事故，從而大大的增加了鉆井的成本。
[0003]現有的鉆井方式主要是通過鉆頭的旋轉對巖石剪切、沖擊來實現破巖。鉆頭主要包括roc鉆頭和牙輪鉆頭。牙輪鉆頭主要通過對地層巖石產生沖擊、壓碎作用、研磨的方式來破巖，這種鉆進方式是目前鉆硬質地層的一種有效方式，但是機械鉆速較低。PDC鉆頭主要以切削、剪切和擠壓方式破碎地層，這種鉆頭在鉆遇硬質地層時由于切入深度較淺，因此破巖效率降低，當鉆壓增大時會出現“粘滑”現象，這在鉆井過程中對鉆井產生很嚴重的不利影響，如減少鉆井工具的使用壽命、鉆桿連接處的螺紋的脫扣等。目前鉆井作業中使用的扭轉沖擊鉆井工具可以較好的解決鉆頭的粘滑振動問題，其中包括加拿大的torkbuster扭轉沖擊器、勝利石油管理局鉆井工藝研宄所的扭轉沖擊鉆井工具等。但是這種工具只是被動的解決了鉆頭的“粘滑”現象，沒有改變鉆頭的破巖方式，還是利用鉆頭的切削齒的刮削來破巖，由于這種破巖方式本身的特性限制，其破巖效率的提高也有一定的局限性，例如不能增加切削齒的切削深度等。
[0004]在鉆井過程中也有使用各種軸向沖擊鉆井工具來提高機械鉆速，即通過在鉆頭處提供一個高頻的軸向沖擊力來破碎巖石。這種工具一般是通過液壓驅動一個沖錘軸向撞擊鉆頭，形成較大的軸向沖擊載荷，使得巖石形成體積破碎，或者形成裂縫，從而來增加巖石的破碎效率。基于這種破巖原理，國內外研制出了多種軸向沖擊器，種類很多，按工作原理可以分為兩大類:閥式沖擊器和射流式沖擊器。這些工具在鉆井現場已經得到應用，有一定的應用效果，但是也存在較多的問題。其中閥式沖擊器的結構比較復雜，沖擊錘體的質量較大，沖擊功較大，對工具中的薄弱部分的壽命提出了很高的要求，尤其會造成密封和閥體的部件壽命的降低，從而使得工具提前失效。而射流式沖擊器在現場應用的效果較好，但是受其射流原理本身的限制，目前所使用的射流式沖擊器的軸向沖擊功較小。而較小的沖擊功(低于300J)不能有效的破碎巖石，這樣就不能發揮這種沖擊破巖方式的優勢，因此這種工具在硬質地層鉆進時的效果一般。
[0005]結合上述兩種鉆頭鉆井方式的優缺點，總結如下:由于巖石的抗剪切能力較低，使得巖石更易于被刮削，因此從理論上說PDC鉆頭的破巖效率要高于牙輪鉆頭的破巖效率。只要能提高PDC鉆頭的切入深度同時不導致鉆頭的粘滑振動，就能大大提高鉆進機械鉆速。但是受現有技術的限制，沒有能增加PDC鉆頭在鉆遇硬質地層時切入深度的工具。
[0006]由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種復合沖擊鉆井工具，以克服現有技術的缺陷。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的在于提供一種復合沖擊鉆井工具，以提高硬質地層的破巖效率，降低硬質地層的鉆井成本。
[0008]本實用新型的另一目的在于提供一種復合沖擊鉆井工具，鉆頭具有“立體破巖”效果，消除或降低“粘滑”效應，提高鉆井工具的穩定性，延長使用壽命。
[0009]本實用新型的目的是這樣實現的，一種復合沖擊鉆井工具，該鉆井工具包括固定連接的上短節和中部外殼體，該中部外殼體底部掛設有鉆頭座；
[0010]所述上短節設有中心孔，該中心孔內側下端設有一圓筒形分流器，分流器側壁設有分流通道；所述分流器下端依次固定連接有上噴嘴、上腔體和下腔體，所述鉆頭座上部固定套設有下噴嘴，下噴嘴滑動地設置在下腔體內；
[0011]在中部外殼體內側且位于上短節下方由上向下順序設有軸向和周向均固定的套筒、端蓋和沖擊筒，套筒的頂部頂靠在上短節底部，沖擊筒底部頂靠在中部外殼體內側的一臺階部；所述端蓋上設有中心孔，分流器和上噴嘴穿設于該中心孔中并與該中心孔孔壁具有第一間隙，在端蓋上方與上短節底部之間的套筒內側形成有與分流通道導通的環形空間；在端蓋下方且位于上噴嘴、上腔體和下腔體的外側套設有一篩管，篩管底端抵靠在下腔體外側的一臺階部，所述篩管內壁與上噴嘴、上腔體和下腔體的外壁之間具有第二間隙，所述第二間隙與第一間隙連通；在篩管外側同軸設有換向筒，換向筒由篩管下部外側一臺階部軸向定位，換向筒外側同軸設有圓筒形擺錘，圓筒形擺錘由沖擊筒下部內側軸向定位；
[0012]所述沖擊筒底部構成與鉆頭座連接的底座，所述沖擊筒內壁上呈十字交叉地對稱設有一對軸向延伸并接近底座的第一扇形槽和一對軸向延伸至底座的第二扇形槽，所述第一扇形槽的扇形角度大于第二扇形槽的扇形角度；位于第一扇形槽與第二扇形槽之間的沖擊筒外壁上分別設有一導流槽，四個導流槽軸向向下延伸接近沖擊體底部，各導流槽中設有貫通沖擊筒筒壁的導流孔；四個導流槽中其中一對對稱分布的導流槽為第一導流槽，另一對對稱分布的導流槽為第二導流槽；所述沖擊筒的底座上設有與鉆頭座連接的多邊形通孔，該多邊形通孔的各側壁分別設有與底座上表面連通的第一射流孔；所述鉆頭座的外壁上分別設有與第一射流孔導通的第二射流孔；所述端蓋的側壁上周向設有四個與所述導流槽對應的連通槽，所述套筒底部周向也設有四個與連通槽相對的缺槽；由此，順序由環形空間、缺槽、連通槽、導流槽和導流孔構成一路高壓液體進入流道；順序由環形空間、第一間隙、第二間隙以及篩管上的篩孔構成另一路高壓液體進入流道；
[0013]所述圓筒形擺錘的外筒壁對稱設有一對軸向設置的第一扇形凸柱，緊鄰第一扇形凸柱兩側的筒壁上分別設有第一配流孔和第二配流孔；擺錘內筒壁對稱設有一對軸向設置的第二扇形凸柱，緊鄰第二扇形凸柱兩側的筒壁上分別設有第三配流孔和第四配流孔；所述第一扇形凸柱與第二扇形凸柱呈十字交叉設置，且第一扇形凸柱的扇形角度大于第二扇形凸柱的扇形角度；所述第一扇形凸柱擺動地設置在沖擊筒的第一扇形槽內；
[0014]所述換向筒的外筒壁呈十字交叉式對稱設有一對軸向設置的第三扇形凸柱和一對軸向設置的第四扇形凸柱；在各第三扇形凸柱上且鄰近第三扇形凸柱兩側分別設有第一換向孔和第二換向孔；在各第四扇形凸柱的外壁上分別設有一軸向延伸并接近其底部的第三扇形槽；所述擺錘上的第二扇形凸柱擺動地設置在換向筒的第三扇形槽中。
[0015]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述圓筒形分流器的頂部周向設有外凸緣，所述分流通道周向設有多個；分流器底部設有與上噴嘴連接的內螺紋。
[0016]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述上噴嘴為圓柱形，上、下端均設有外螺紋，中心設有由上向下口徑漸縮的噴射流道。
[0017]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述上腔體為頂部開口、底部設有上凸形底面的圓筒狀結構，該上凸形底面的中心設有貫通的第一噴口，上腔體的頂部設有內螺紋，底部設有外螺紋；所述下腔體為上下貫通的圓筒形結構，下腔體的頂部設有內螺紋；所述下噴嘴為底部開口、頂部設有上凸頂面的圓筒形結構，該上凸形頂面的中心設有貫通的第二噴口 ；所述下噴嘴內壁設有螺