九游娱乐-（中国大陆）最受欢迎的游戏官方平台

　　本发明涉及钻井技术领域，特别是涉及一种钻井提速工具，用于石油天然气勘探开发中钻井提速领域，亦可用于矿山、采石、地质勘探、水井、地热等领域的钻井提速。

　　随着油气资源勘探开发向深部地层的发展，深井和超深井钻井提速越来越成为现场亟待解决的技术难题。为了提高深井和超深井机械钻速，国内研发了各类的旋冲钻井工具，取得了良好的提速效果，但技术普遍不成熟，目前各类冲击钻井提速工具在石油钻井应用中的寿命问题始终是制约该技术发展的瓶颈问题。

　　实践证明，复合双驱钻进技术与冲击回转钻进技术相结合，提速效果显著。复合双驱钻井技术通过优选大功率马达钻具，从而提高旋转速度和切削强度；旋冲钻井过程中，钻压保持切削齿与岩石紧密接触，冲击载荷瞬间提高岩石的破碎比功；冲击形成的裂隙，在螺杆的高转速下，进一步促进岩石压碎和旋转剪切破碎，从而提高破岩效率。

　　针对上述问题的部分或者全部，本发明提出了一种钻井提速工具，其结合复合双驱钻井技术、旋冲钻井技术和弹性储能原理的优点，实现了大功率旋转扭矩、可调冲击能量、高速旋转切削一体的功能，具有显著的提速效果与应用前景。

　　根据本发明提出了一种钻井提速工具，包括：上游钻具，所述上游钻具包括驱动马达和与所述驱动马达相接合的第一驱动杆，所述第一驱动杆沿轴向方向延伸，所述驱动马达构造为能驱动所述第一驱动杆进行转动；下游钻头；以及冲击器，所述冲击器连接在所述上游钻具和所述下游钻头之间，所述冲击器构造为能对所述下游钻头产生沿轴向方向的冲击，所述冲击器包括旋转驱动部，所述旋转驱动部构造为能进行围绕其轴线的旋转，所述旋转驱动部的上端与所述第一驱动杆相接合，能随所述第一驱动杆一起转动；旋转工作部，所述旋转工作部的上端与所述旋转驱动部的下端相接合，所述旋转工作部的下端与所述下游钻头相连，所述旋转工作部能被所述旋转驱动部驱动着进行围绕其轴线的旋转，并能相对于所述旋转驱动部沿轴向移动；以及冲击发生部，所述冲击发生部套设在所述旋转工作部之外，所述冲击发生部的上端与弹性件相抵，所述冲击发生部能相对于所述旋转工作部沿轴向方向移动，以在所述弹性件的作用下沿轴向向下冲击所述旋转工作部。

　　冲击发生部在弹性件的帮助下，在轴向上反复地冲击旋转工作部。工作部与下游钻具相连，由此，该冲击能传递给下游钻具，使得下游钻具对地层产生冲击。由此，下游钻具能在对地层进行旋转钻进的同时，对地层产生冲击。这种复合的作用有助于快速地破碎地层，从而能加快钻进效率，降低钻进成本。

　　在一个实施例中，所述旋转驱动部包括连接在所述第一驱动杆的下端处的第二驱动杆，所述第二驱动杆包括上游段和与所述上游段相连的下游段，所述上游段的外径小于所述下游段的外径，在所述上游段和所述下游段之间的连接处的所述第二驱动杆的外壁上构造有具有朝向上方的表面的下驱动齿，所述冲击发生部包括套设在所述第二驱动杆外的冲击套筒，所述冲击套筒包括第一套筒段和连接在所述第一套筒段之下的第二套筒段，所述第一套筒段的内径小于所述第二套筒段的内径，在所述第一套筒段和所述第二套筒段之间的连接处的所述冲击套筒的内壁上构造有具有朝向下方的表面的上从动齿，在所述第二驱动杆相对于所述冲击套筒旋转时，在所述下驱动齿和上从动齿的配合下，所述冲击套筒能相对于所述第二驱动杆而发生轴向的往复运动。

　　在一个实施例中，所述上从动齿和所述下驱动齿构造有沿背向旋转方向向上游倾斜的上行齿段，以及与所述上行齿段相连的沿背向旋转方向向下游倾斜的下行齿段，所述上行齿段的倾斜度小于所述下行齿段的倾斜度。

　　在一个实施例中，所述旋转工作部包括旋转杆，所述旋转杆的上端与所述第二驱动杆的下端键连接，使得所述旋转杆在周向上相对于所述第二驱动杆固定，而在轴向上能相对于所述第二驱动杆移动，所述旋转杆的下端与所述下游钻头相连。

　　在一个实施例中，在所述第二驱动杆的下端构造有沿轴向方向延伸的多个驱动键，所述多个驱动键在周向方向上彼此间隔开地布置，在所述旋转杆的上端构造有沿轴向方向延伸的多个配合键，所述多个配合键在周向上彼此间隔开地布置，所述多个驱动键和所述多个配合键在周向上交替配合。

　　在一个实施例中，在所述第二驱动杆的下游端的外侧壁上构造有沿轴向方向延伸的驱动键，在所述旋转杆的上游端的外侧壁上构造有沿轴向方向延伸的驱动槽，所述驱动键插入在所述驱动槽内并能在所述驱动槽内沿轴向方向移动。

　　在一个实施例中，所述旋转杆包括第一旋转段，和连接在所述第一旋转段之下的第二旋转段，所述第一旋转段的外径小于所述第二旋转段的外径，在所述第一旋转段和所述第二旋转段之间的连接处构造有朝向上方的台阶面，所述冲击套筒的下端面与所述台阶面相对，在所述冲击套筒的下端面与所述台阶面相接触时，所述上从动齿与所述下驱动齿在轴向方向上存在间隙。

　　在一个实施例中，在所述第二旋转段的外侧壁上构造有容纳槽，在所述容纳槽内设置有相对于所述第二旋转段的外侧壁径向向外凸出的限位块，所述冲击器还包括外壳体，所述外壳体的至少一部分包围所述第二旋转段，所述限位块夹在所述第二旋转段与所述外壳体之间，在所述外壳体的下端处连接有防磨接头，所述防磨接头的上端插入到所述外壳体的下端内，所述防磨接头的上端面与所述限位块相对，以限制所述限位块在轴向上的移动范围，其中，所述限位块包括第一配合段和连接在所述第一配合段之下的第二配合段，所述第一配合段的外径小于所述第二配合段的外径，所述第二配合段的外侧壁与所述外壳体的内壁相配合，在所述第一配合段和所述外壳体之间形成间隔空间，在所述限位块之上的所述外壳体与所述第二旋转段之间设置有安装套筒，所述安装套筒延伸到所述间隔空间内，以保持所述限位块的径向位置。

　　在一个实施例中，在所述冲击套筒的外侧壁上构造有沿轴向方向延伸的定向键，所述冲击器还包括外壳体，所述外壳体的至少一部分包围所述冲击套筒，在所述外壳体的内侧壁上构造有沿轴向方向延伸的定向槽，所述定向键插入在所述定向槽内并能在所述定向槽内沿轴向方向移动，使得所述冲击套筒在周向上相对于所述外壳体固定，而在轴向上能相对于所述外壳体移动。

　　在一个实施例中，在所述冲击套筒的上方设置有所述弹性件，在所述冲击套筒与所述弹性件之间设置有垫片，在所述垫片上构造有沿轴向方向贯穿所述垫片的通过孔，所述通过孔构造为在所述弹性件压缩和复原的过程中允许流体通过所述通过孔。

　　与现有技术相比，本发明的优点在于：冲击发生部在弹性件的帮助下，在轴向上反复地冲击旋转工作部。工作部与下游钻具相连，由此，该冲击能传递给下游钻具，使得下游钻具对地层产生冲击。由此，下游钻具能在对地层进行旋转钻进的同时，对地层产生冲击。这种复合的作用有助于快速地破碎地层，从而能加快钻进效率，降低钻进成本。

　　图6至图8显示了图1中的钻井提速工具的第二驱动杆与旋转杆配合的一个实施例；

　　图9至图11显示了图1中的钻井提速工具的第二驱动杆与旋转杆配合的另一个实施例；

　　图1示意性地显示了根据本发明的钻井提速工具1的一个实施例。钻井提速工具1包括从上到下依次连接的上游钻具10、冲击器20和下游钻头(未显示)。

　　上游钻具10例如可以是已知的容积式螺杆钻杆，或容积式螺杆钻杆的一部分，其中包含用于驱动下游钻头进行旋转钻进的驱动马达，以及接合在驱动马达下端处的第一驱动杆15，该第一驱动杆15沿轴向方向延伸。该驱动马达可由流过上游钻具的流体驱动而使第一驱动杆15进行围绕其轴线包围在该钻具外壳11内，在第一驱动杆15与钻具外壳11之间设置有轴承串12和旋转轴承。旋转轴承包括防磨轴承静套13和防磨轴承动套14，用于允许第一驱动杆15相对于钻具外壳11自由地旋转。具体地，防磨轴承静套13的外壁上设置有朝向下的第一台阶面131以与形成在外壳11的内壁上的第二台阶面111相匹配，从而使得防磨轴承静套13的上端面轴向上顶紧轴承串12的外圈。防磨轴承动套14固定设置在第一驱动杆15的外壁上，以在外侧与与防磨轴承静套13匹配。轴向上，该防磨轴承动套14的上端面与轴承串12的内圈相对设置，下端面与设置在第一驱动杆15的外壁上的第三台阶面上151相对式设置，以起到顶紧轴承串12的内圈作用。

　　冲击器20包括旋转驱动部、旋转工作部和冲击发生部。如图1所示，旋转驱动部可包括连接在该第一驱动杆15之下的第二驱动杆22。另外，旋转工作部可包括接合在该第二驱动杆22之下的旋转杆26。冲击发生部包括套设在第二驱动杆22和旋转杆26之外的冲击套筒23。旋转杆26随着第二驱动杆22一同旋转，冲击套筒23不随着第二驱动杆22一同旋转。

　　第二驱动杆22的上端与第一驱动杆15的下端固定连接。例如，第二驱动杆22的上端构造为锥状并插入到第一驱动杆15的下端内筒中，并与第一驱动杆15的内壁螺纹连接。再例如，上述连接螺纹可以采用钻杆接头螺纹标准进行设计。尤其是，在第二驱动杆22为诸如7寸圆管工具时，还可采用钻杆接头螺纹标准中较小螺纹代号进行设计，例如可使用nc23或nc26。

　　如图2所示，第二驱动杆22包括外径较小的上游段221，以及连接在该上游段221之下的外径较大的下游段222。在上游段221与下游段222之间的连接处的第二驱动杆22的外壁上构造有下驱动齿222b。该下驱动齿222b具有大致朝上的齿面。

　　如图3所示，冲击套筒23包括内径较小的第一套筒段231，以及连接在该第一套筒段231之下的内径较大的第二套筒段232。在第一套筒段231与第二套筒段232之间的连接处的冲击套筒23的内壁上构造有上从动齿231b。该上从动齿231b具有大致朝下的齿面。

　　在钻井提速工具1进行钻进工作时，冲击套筒23套在第二驱动杆22之外，使得上从动齿231b的齿面与下驱动齿222b的齿面相对，并能匹配式相互接合。如图2和3所示，下驱动齿222b和上从动齿231b可相应地构造为沿着周向方向延伸的波浪式形状。如图2所示，下驱动齿222b构造有沿着与旋转方向相反的方向而向上倾斜的上行齿段，以及沿着与旋转方向相反的方向而向下倾斜的下行齿段。上行齿段与下行齿段圆滑地连接。上从动齿231b与下驱动齿222b相匹配地构造。由此，在第二驱动杆22相对于冲击套筒23发生转动时，下驱动齿222b的上行齿段与上从动齿231b的相应的上行齿段相贴合。由此，下驱动齿222b可向上推动上从动齿231b，并由此推动冲击套筒23相对于第二驱动杆22而向上移动。该过程直到下驱动齿222b的波峰与上从动齿231b的波谷相接触为止。随着第二驱动杆22继续转动，下驱动齿222b的下行齿段与上从动齿231b的相应的下行齿段相配合。由此，冲击套筒23可相对于第二驱动杆22下落，使得冲击套筒23能对连接在第二驱动杆22下端处的旋转杆26产生沿轴向向下的冲击。

　　在一个优选的实施例中，上述上行齿段的倾斜度小于下行齿段的倾斜度。进一步优选地，上行齿段的齿面的倾斜度约在0度至15度之间，比如8度。下行齿段的齿面的倾斜度约在75度至90度之间，比如83度。由此，冲击套筒23上行时所消耗的摩擦扭矩能小于第一旋转杆15和第二旋转杆22的实际输出扭矩的约20％。同时，允许冲击套筒23以较快的速度下落而对旋转杆26产生强烈的冲击。另外，在上行齿段与下行齿段之间光滑过渡连接，用于避免或者降低应力集中。

　　如图4所示，冲击器20包括套设在第二旋转杆22、冲击套筒23和旋转杆26之外的外壳体21。在冲击套筒23的外侧壁上构造有沿轴向方向延伸的定向键231a。在外壳体21的内侧壁上构造有沿轴向方向延伸的、与定向键231a相匹配的定向槽。在定向键231a插入定向槽内时，冲击套筒23可相对于外壳体21而沿轴向方向移动，但不能相对于外壳体21旋转。这种设置有利于确保第二驱动杆22与冲击套筒23之间的相对转动。外壳体21设置在壳体11的下端，且其上端与壳体11的下端固定连接。例如，壳体11的下端插入到外壳体21的内腔中，两者通过钻杆接头螺纹的方式进行连接。

　　另外，还如图4所示，在冲击套筒23的上方设置有弹性件24。具体来说，该弹性件24套设在外壳体21与第二驱动杆22的上游段221之间。例如，弹性件24的下端可与冲击套筒23的上端相抵；弹性件24的上端可与支撑套25的下端相抵。该支撑套25沿轴向方向延伸，其上端抵在插入到外壳体21的上端内的钻具壳体11的下端处。由此，可将弹性件24的上端固定在适当的位置。然而应当理解的是，也可通过其他的方式来固定弹性件24的上端。在冲击套筒23相对于第二驱动杆22向上移动时，弹性件24可受到压缩。随后，弹性件24可推动冲击套筒23向下移动而对旋转杆26施加冲击。弹性件24例如可以为螺旋弹簧或碟簧等。考虑到弹性件24的承载力和使用寿命，弹性件24优选为碟簧。

　　在一个优选的实施例中，在弹性件24的上端与支撑套25之间和在弹性件24的下端与冲击套筒23之间设置有垫片31、32。垫片例如可由合金钢表面冶金结合s201材料或由合金钢表面结合dt30材料制成。通过设置垫片31、32可避免弹性件24与其他部件之间的磨损。

　　图5显示了垫片31的一个实施例。垫片31构造为环状，也就是中部构造有沿轴向方向贯穿的中心孔31a。由此，垫片31可套设在第二驱动杆22外。另外，垫片31的边缘部分还构造有沿轴向方向贯穿的通过孔31b。优选地，该通过孔31b的中心可以构造在距离垫片31的内壁面和外壁面相等的圆上。进一步优选地，该通过孔31b可以构造为多个，并在周向上彼此间隔开地均匀分布。例如，在垫片31上构造有八个均匀分布的通过孔31b。通过这种带有通过孔31b的垫片31，可有效避免因弹簧的压缩、伸展过程中的流体压力的快速变化而产生的气蚀等有害作用。这有利于确保弹性件24及其周围部件的结构完整性，从而有利于延长钻井提速工具1的使用寿命。应当理解的是，垫片32也可具有相同的构造。

　　如图1所示，旋转杆26包括从上到下依次连接的第一旋转段261、第二旋转段262和第三旋转段263。第一旋转段261的外径小于第二旋转段262的外径。第二旋转段262的外径小于第三旋转段的外径263。第一旋转段261和第二旋转段262包围在外壳体21内。第三旋转段263处于外壳体21的下方。第三旋转段263与下游钻头相连，以能带动下游钻头进行转动。第一旋转段261和第二旋转段262之间的连接处形成朝向上方的台阶面262d(参见图7和图10)。台阶面262d与冲击套筒23的下端面相对。在冲击套筒23向下移动时，冲击套筒23的下端面与台阶面262d相抵，以对旋转杆26施加冲击。另外，优选地，在冲击套筒23的下端面与台阶面262d相接触时，下驱动齿222b和上从动齿231b在轴向上存在有间隙。也就是说，下驱动齿222b的波峰与上从动齿231b的波峰在轴向上间隔开；下驱动齿222b的波谷与上从动齿231b的波谷在轴向上间隔开。通过这种设置可避免在上从动齿231b与下驱动齿222b之间发生直接冲击，由此能避免上从动齿231b与下驱动齿222b的损坏。

　　第二驱动杆22与旋转杆26例如可通过键连接的方式而彼此接合，以确保第二驱动杆22能带动旋转杆26一起转动，并且旋转杆26能相对于第二驱动杆22而在轴向方向上移动。

　　在图6至图8所示的实施例中，在第二驱动杆22的下端处构造有多个沿轴向方向延伸的驱动键222c；在旋转杆26的上端处构造有多个沿轴向方向延伸的配合键261c。如图8所示，多个驱动键222c与多个配合键261c彼此交替地插接在一起。由此，旋转杆26可随着第二驱动杆22一起转动，并能相对于第二驱动杆22在轴向方向上移动。优选地，各配合键261c的端面与周向的两壁面之间均设置有例如15度的倒角，以便于配合键261c插入到相邻的驱动键222c所形成的空隙之间。同时，驱动键222c也具有相同或类似的倒角(如图6和7中的虚线)设置，用于方便驱动键222c与配合键261c的插接操作。

　　在图9至图11所示的实施例中，在第二驱动杆22的下端处的外侧壁上构造有沿轴向方向延伸的驱动键222e；在旋转杆26的上端处的内侧壁上构造有沿轴向方向延伸的驱动槽261e。如图11所示，驱动键222e插入到驱动槽261e中。由此，旋转杆26可随着第二驱动杆22一起转动，并能相对于第二驱动杆22在轴向方向上移动。当然，为了便于安装，如图9和10中所示的，驱动键222e的键端面通过倒角分别与两侧壁面连接，同理地，相邻的驱动槽261e之间所形成的键其端面也通过倒角分别与两侧壁面连接。

　　另外，如图1所示，在外壳体21的下端处连接有防磨接头29。防磨接头29的上端插入到所述外壳体21的下端内，例如，两者可以通过钻杆接头螺纹的方式进行连接。在旋转杆26的第二旋转段262的外侧面上构造有容纳槽，在容纳槽内设置有相对于第二旋转段262的外侧壁径向向外凸出的限位块27、27’。限位块27、27’位于防磨接头29之上，并且与防磨接头29的上端面相对。在起下钻过程中，旋转杆26带动限位块27、27’相对于外壳体21下落，直至限位块27、27’坐在防磨接头29的上端面上。由此，限位块27、27’可用于限制旋转杆26相对于防磨接头29和外壳体21在轴向方向上的移动范围。

　　如图12所示，限位块27、27’构造为大体上呈半圆形的限位块。限位块27、27’可扣在容纳槽内，以基本上覆盖第二旋转段262的整个圆周。在一个优选的实施例中，限位块27包括外径较小的第一配合段271，以及连接在第一配合段271之下的外径较大的第二配合段272。限位块27被夹在外壳体21与第二旋转段262之间。第二配合段272的外侧壁与外壳体21相配合，在它们之间可设置有密封件，用于初步密封注入在外壳体2与旋转杆26之间的钻井液，防止钻井液向环空泄露。该密封件例如可以是rodi旋转密封圈。在第一配合段271与外壳体21之间形成有间隔空间，在该间隔空间内填充有安装套筒28。安装套筒28向上延伸至第二旋转段262与外壳体21之间。该安装套筒28能够与第一配合段271过渡配合，以通过安装套筒28将限位块27稳定地保持在容纳槽内。在钻井提速工具1工作期间，限位块27不会相对于外壳体21和第二旋转段262发生不稳定的振动。由此，能避免在限位块27与外壳体21和第二旋转段262之间发生非预期的磨损，并且能避免限位块27非预期地卡住而无法相对于外壳体21顺利地移动。限位块27’也可具有相同的构造。通过这种设置，能够确保钻井提速工具1的钻进过程顺利进行。

　　另外，防磨接头29相对于外壳体21径向向内延伸而与第二旋转段262的下端部分密封配合。该密封例如可通过洪格尔rodi旋转密封圈来实现。这种密封方式起到了第二道密封的作用，密封了注入在外壳体2与旋转杆26之间的钻井液，进一步防止钻井液向环空泄露。在防磨接头29与第二旋转段262彼此接触的位置处，在防磨接头29的内侧壁上和/或在第二旋转段262的外侧壁上镶嵌有金刚石或pdc的防磨带，用于提高防磨接头29与第二旋转段262之间的耐磨性，进而延长两者的使用寿命。

　　首先，将上述钻井提速工具1下入到要被钻进的井内。在此过程中，旋转杆26相对于第二驱动杆22和外壳体21向下移动至限位块27、27’与防磨接头29的上端面相抵的位置。

　　在钻井提速工具1的下游钻头接触到井底时，继续下放钻井提速工具1，使得旋转杆26相对于第二驱动杆22和外壳体21向上移动直到旋转杆26的上端面抵住支撑套25为止。

　　然后，可进行钻井。在钻井过程中，下游钻头抵着地层。旋转杆26和下游钻头随着第一驱动杆15和第二驱动杆22一同转动。同时，冲击套筒23在弹性件24和第二驱动杆22的作用下相对于旋转杆26上下往复移动。在冲击套筒23向下移动时，其对旋转杆26产生沿轴向方向的冲击，并由此使得下游钻头冲击向地层。

　　“九游娱乐会员有什么福利？”

　　上述钻井提速工具1能产生高频、强力的冲击，从而能有效增大破碎地层岩石的速率和强度，并由此大幅提高钻井的效率。

　　另外，上述钻井提速工具1的结构不存在薄弱部分，由此有利于提高钻井提速工具1的结构稳定性，延长钻井提速工具1的使用寿命。

　　虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

　　技术研发人员：张海平;刘晓丹;王甲昌;孙明光;陶兴华;臧艳彬;玄令超;张仁龙

　　技术所有人：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院

　　“九游娱乐会员有什么福利？”

　　1.生态环境材料与污染治理 2.新能源材料、矿物材料的教学和无机非金属矿物新材料 3.新技术的开发研究

　　1.深基坑与深基础工程理论、设计方法与关键施工技术 2.地下结构共同工作集约化分析理论和设计方法