本實用新型涉及石油天然氣鉆井設(shè)備及其相關(guān)零部件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鉆井用旋鈕沖擊鉆頭。

背景技術(shù)：

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷發(fā)展，油氣田中深井、超深井的比例占整個油氣井的比例不斷增加。由于深井的地層巖石強度大、研磨性高、可鉆性差，所以會使鉆具出現(xiàn)跳動嚴(yán)重的情況，并最終導(dǎo)致鉆速遲緩、鉆井周期延長以及鉆井成本增加。一旦鉆頭破巖能力不足，那么吃入巖石的鉆頭瞬間停止轉(zhuǎn)動，鉆柱則持續(xù)旋轉(zhuǎn)直至鉆頭處積蓄的能量達(dá)到剪切破碎地層的臨界值，此時鉆頭瞬間高速轉(zhuǎn)動并釋放鉆柱能量，隨后整個鉆柱進入“卡-滑”循環(huán)?！翱?滑”現(xiàn)象的出現(xiàn)，直接引起無規(guī)律的震動，在PDC(Polycrystalline Diamond Compact bit)鉆頭齒上施加比平時高很多的沖擊載荷，導(dǎo)致鉆頭過早失效，也會縮短BHA(Bottom Hole Assembly)的使用壽命，并會影響井身質(zhì)量造成負(fù)面影響。

由此可見，如何研究出一種鉆井用旋鈕沖擊鉆頭，具有產(chǎn)生高頻低幅扭轉(zhuǎn)沖擊力的功能，以達(dá)到提升旋鈕沖擊鉆頭破巖效率的目的，從而顯著降低鉆頭“卡-滑”現(xiàn)象的發(fā)生概率，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種鉆井用旋鈕沖擊鉆頭。

本實用新型一種鉆井用旋鈕沖擊鉆頭，包括鉆頭基體，所述鉆頭基體上端鍵接鉆頭接頭，所述鉆頭基體與所述鉆頭接頭中央為空腔結(jié)構(gòu)，所述空腔結(jié)構(gòu)側(cè)壁開設(shè)有安裝槽，所述安裝槽內(nèi)插接沖擊撞錘座，所述沖擊撞錘座的中心通孔內(nèi)插接沖擊撞錘，所述沖擊撞錘的中心通孔內(nèi)插接轉(zhuǎn)向分流器，所述沖擊撞錘座的上端面和下端面分別可拆卸連接上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋和下旋轉(zhuǎn)壓蓋，所述上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋中心開設(shè)有分流孔。

所述沖擊撞錘座外側(cè)周向?qū)ΨQ設(shè)有偶數(shù)道圓弧形凹槽，所述凹槽側(cè)壁上開設(shè)有徑向進液孔，與每個所述凹槽位置相對的所述沖擊撞錘座內(nèi)側(cè)設(shè)有弧形凸起，所述進液孔貫穿所述凸起，相鄰所述凸起之間構(gòu)成滑槽和泄流孔，所述沖擊撞錘外側(cè)周向設(shè)有圓弧狀側(cè)耳，所述側(cè)耳與所述滑槽周向滑動連接，所述沖擊撞錘側(cè)壁開設(shè)有徑向通孔，所述沖擊撞錘內(nèi)側(cè)設(shè)有凸棱，所述凸棱與所述轉(zhuǎn)向分流器外側(cè)的連接槽周向滑動連接，所述轉(zhuǎn)向分流器外側(cè)周向設(shè)有多道弧形泄流孔，所述轉(zhuǎn)向分流器側(cè)壁設(shè)有徑向進液孔。

鉆井液通過所述分流孔、進液孔和泄流孔實現(xiàn)周期性輸入輸出，鉆井液周期性輸入輸出所轉(zhuǎn)化的動力驅(qū)動所述轉(zhuǎn)向分流器和所述沖擊撞錘完成高頻低幅的周期性周向扭轉(zhuǎn)動作。

進一步地，所述沖擊撞錘座外側(cè)周向?qū)ΨQ設(shè)有四道所述凹槽，四道所述凹槽上的進液孔分別為第一進液孔、第二進液孔、第三進液孔和第四進液孔，與所述第一進液孔、第二進液孔、第三進液孔和第四進液孔對應(yīng)的泄流孔為所述沖擊撞錘座中的第一泄流孔和第二泄流孔；所述轉(zhuǎn)向分流器中的進液孔為貫穿所述轉(zhuǎn)向分流器本身主進液孔，與所述主進液孔對應(yīng)的泄流孔為所述轉(zhuǎn)向分流器外側(cè)的第三泄流孔、第四泄流孔、第五泄流孔和第六泄流孔。

進一步地，所述沖擊撞錘中的側(cè)耳數(shù)量為兩個，所述凸棱的數(shù)量為兩道，兩個所述側(cè)耳所處直線與兩道所述凸棱所處直線相互垂直。

進一步地，所述轉(zhuǎn)向分流器中心開設(shè)有軸向通孔。

進一步地，所述轉(zhuǎn)向分流器底部與所述下旋轉(zhuǎn)壓蓋之間安裝有滾珠軸承。

進一步地，所述下旋轉(zhuǎn)壓蓋與鉆頭基體內(nèi)部通過絲扣固定連接。

進一步地，所述安裝槽為八方安裝槽，所述沖擊撞錘座底部外端設(shè)有八方形安裝座，所述八方形安裝座與所述八方形安裝槽插接固定。

進一步地，所述鉆頭接頭和所述鉆頭基體之間的連接鍵為防轉(zhuǎn)花鍵。

進一步地，所述鉆頭基體的下端鉆頭處設(shè)有水眼。

進一步地，所述沖擊撞錘座的上端面和下端面通過螺栓固定連接所述上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋和下旋轉(zhuǎn)壓蓋。

本實用新型一種鉆井用旋鈕沖擊鉆頭，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

首先，該鉆井用旋鈕沖擊鉆頭中由依次套接的所述沖擊撞錘座、沖擊撞錘、轉(zhuǎn)向分流器以及螺栓連接固定的上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋、下旋轉(zhuǎn)壓蓋構(gòu)成的扭力沖擊總成，并通過合理設(shè)計所述分流孔、進液孔和泄流孔的位置結(jié)構(gòu)使扭力沖擊總成成為一個可周期性進排水的機構(gòu)，從而使該扭力沖擊總成能夠巧妙的將部分鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換成高頻、低幅的周向扭轉(zhuǎn)沖擊動力，該設(shè)計賦予扭力沖擊總成綠色節(jié)能的優(yōu)點；且該動力可直接作用在所述鉆頭基體上，使在鉆井過程中BHA提供的持續(xù)扭力與旋鈕沖擊鉆頭產(chǎn)生的高頻、低幅扭轉(zhuǎn)沖擊力相結(jié)合，以達(dá)到顯著提高破巖效率的目的。

其次，該旋鈕沖擊鉆頭各零部件之間連接關(guān)系簡單且能夠滿足應(yīng)用強度和位置限定的需求，如所述沖擊撞錘座、沖擊撞錘以及轉(zhuǎn)向分流器等通過在外形的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計使其采用簡單的依次插接方式便能夠?qū)崿F(xiàn)合理限定相互之間安裝位置以及相互之間滑動行程的目的。可見，所述旋鈕沖擊鉆頭整體結(jié)構(gòu)設(shè)計即簡單又合理，易于生產(chǎn)制造，且制造成本低，因此該設(shè)計具有極強的可推廣性。

再者，由于該旋鈕沖擊鉆頭各零部件之間的連接關(guān)系均能夠滿足扭力沖擊總成所需的機械強度，所以能夠保證所述旋鈕沖擊鉆頭具有更長的使用壽命。因為上述各零部件之間的連接方式十分簡單，所以能夠賦予旋鈕沖擊鉆頭便于組裝與拆卸維修的優(yōu)點，提高檢修效率，為實際應(yīng)用提供極高的便利性。

最后，所述扭力沖擊總成通過合理設(shè)計所述泄流孔與進液孔的數(shù)量，并優(yōu)化進排水路線，使扭力沖擊總成在每個周向旋轉(zhuǎn)周期中所產(chǎn)生的高頻、低幅的扭轉(zhuǎn)沖擊力的大小分布更加均勻，從而使所述旋鈕沖擊鉆頭的運行也更加平穩(wěn)，有利于延長其使用壽命，同時還能夠提升該旋鈕鉆頭的鉆井質(zhì)量，避免鉆頭發(fā)生“卡-滑”現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1橫剖面A-A得到的扭力沖擊總成啟動狀態(tài)示意圖；

圖3為圖2中轉(zhuǎn)向分流器順時針旋轉(zhuǎn)示意圖；

圖4為圖3中沖擊撞錘逆時針旋轉(zhuǎn)示意圖；

圖5為圖4中轉(zhuǎn)向分流器逆時針旋轉(zhuǎn)示意圖；

圖6為本實用新型中沖擊撞錘座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實用新型中沖擊撞錘的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實用新型中轉(zhuǎn)向分流器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、鉆頭基體，2、鉆頭接頭，3、沖擊撞錘座，4、沖擊撞錘， 5、轉(zhuǎn)向分流器，6、下旋轉(zhuǎn)壓蓋，7、上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋，8、分流孔，9、滾珠軸承，10、水眼，11、防轉(zhuǎn)花鍵，301、第一進液孔，302、第二進液孔，303、第三進液孔，304、第四進液孔，305、第一泄流孔，306、第二泄流孔，501、主進液孔，502、第三泄流孔，503、第四泄流孔，504、第五泄流孔，505、第六泄流孔。

具體實施方式

為了更好的理解本實用新型，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型進行進一步的描述。

如圖1所示，一種鉆井用旋鈕沖擊鉆頭，它由鉆頭基體1、鉆頭接頭2、沖擊撞錘座3、沖擊撞錘4、轉(zhuǎn)向分流器5、下旋轉(zhuǎn)壓蓋6、上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋7、分流孔8、滾珠軸承9、水眼10、防轉(zhuǎn)花鍵11組成。由轉(zhuǎn)向分流器5安裝在沖擊撞錘4的中心通孔內(nèi)，沖擊撞錘4安裝在沖擊撞錘座3的中心通孔內(nèi)，上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋7和下旋轉(zhuǎn)壓蓋6分別用螺栓緊固在沖擊撞錘座3上下兩端，組成扭力沖擊總成。所述水眼10的設(shè)計是為了在鉆井過程中及時將鉆頭上裹挾的泥沙沖洗干凈，以保證鉆頭的鋒利性。

轉(zhuǎn)向分流器5底部與下旋轉(zhuǎn)壓蓋6之間安裝有滾珠軸承9，使所述轉(zhuǎn)向分流器5與所述下旋轉(zhuǎn)壓蓋6之間實現(xiàn)滾動連接，減小兩者之間的摩擦阻力，降低磨損程度。鉆頭基體1與鉆頭接頭2連接后中空部分即所述空腔結(jié)構(gòu)形成扭力沖擊總成安裝倉，扭力沖擊總成下端與鉆頭基體1內(nèi)部用簡單的絲扣相連即可達(dá)到良好的固定效果，該設(shè)計便能夠順利將扭力沖擊總成產(chǎn)生的高頻、低幅的周向扭轉(zhuǎn)沖擊動力施加于所述鉆頭基體1上。

鉆頭基體1與鉆頭接頭2之間配合有防轉(zhuǎn)花鍵11，以保證在鉆井過程中，鉆頭基體1與鉆頭接頭2保持相對靜止的狀態(tài)，為外界動力更有效的施加于鉆頭基體1上提供便利。

由轉(zhuǎn)向分流器5安裝在沖擊撞錘4的中心通孔內(nèi)，沖擊撞錘4安裝在沖擊撞錘座3的中心通孔內(nèi)，上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流蓋7和下旋轉(zhuǎn)壓蓋6分別用螺栓緊固在沖擊撞錘座3上下兩端，組成扭力沖擊總成。其中，分流孔8和出液孔分別位于所述扭力沖擊總成的上端和下端。

所述扭力沖擊總成安裝在螺桿馬達(dá)傳動軸殼體1內(nèi)。鉆頭基體1安裝在螺桿馬達(dá)傳動軸殼體1下端，螺桿馬達(dá)傳動軸殼體1底端有花鍵，與鉆頭基體1外側(cè)的花鍵相配合。接觸面上端有鋼珠式旋轉(zhuǎn)防掉9下端有密封圈10。沖擊撞錘座3底部外端加工成八方形凸起，與鉆頭基體1上部內(nèi)端內(nèi)八方形安裝槽相配合，從而能夠為鉆頭基體1提供持續(xù)的扭轉(zhuǎn)沖擊。

如圖6所示，所述扭力沖擊總成的外側(cè)設(shè)有四道對稱的圓弧形凹槽和對稱的通孔以組成換向進液孔。所述換向進液孔包括：第一進液孔301、第二進液孔302、第三進液孔303和第四進液孔304。鉆井液通過分流孔8進入到所述進液孔，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)向分流器5實現(xiàn)高頻、低幅的周向運動。

其中，第一進液孔301、第二進液孔302、第三進液孔303和第四進液孔403，與所述第一進液孔301、第二進液孔302、第三進液孔303和第四進液孔403對應(yīng)的泄流孔為所述沖擊撞錘座3中的第一泄流孔305和第二泄流孔306。所述轉(zhuǎn)向分流器5中的進液孔為貫穿所述轉(zhuǎn)向分流器5本身主進液孔501，與所述主進液孔501對應(yīng)的泄流孔為所述轉(zhuǎn)向分流器5外側(cè)的第三泄流孔502、第四泄流孔503、第五泄流孔504和第六泄流孔505。

所述沖擊撞錘4中的側(cè)耳數(shù)量為兩個，所述凸棱的數(shù)量為兩道，兩個所述側(cè)耳所處直線與兩道所述凸棱所處直線相互垂直，該結(jié)構(gòu)設(shè)計配合進液孔、泄流孔的數(shù)量和位置分布使得扭力沖擊總成在每個周向旋轉(zhuǎn)周期中所產(chǎn)生的高頻、低幅的扭轉(zhuǎn)沖擊力的大小分布更加均勻。

本實用新型高頻、低幅周向運轉(zhuǎn)的工作原理如下所述：

如圖2所示鉆井液通過分流孔8進入到第一進液孔301、第三進液孔 303，從而推動轉(zhuǎn)向分流器5順時針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向分流器5與沖擊撞錘4之間配合形成的液腔內(nèi)液體從第一泄流孔305、第二泄流孔306排出。此時如圖 3所示鉆井液將從主液孔501進入，推動沖擊撞錘4逆時針旋轉(zhuǎn)。沖擊撞錘 4與沖擊撞錘座3之間配合形成的液腔內(nèi)液體從第三泄流孔502、第五泄流孔504排出。此時如圖4所示鉆井液進入第二進液孔302、第四進液孔304，推動轉(zhuǎn)向分流器5逆時針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向分流器5與沖擊撞錘4之間配合形成的液腔內(nèi)液體從第一泄流孔305、第二泄流孔306排出。此時如圖5所示鉆井液將從主液孔501進入，推動沖擊撞錘4順時針旋轉(zhuǎn)。沖擊撞錘4與沖擊撞錘座3之間配合形成的液腔內(nèi)液體從第四泄流孔503、第六泄流孔505排出。此時狀態(tài)恢復(fù)到如圖2所示狀態(tài)。

綜上所述，該鉆井用旋鈕沖擊鉆頭能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PDC鉆頭并在提供穩(wěn)定破巖動力的同時輔助施加高頻、低幅周向扭轉(zhuǎn)沖擊，在原破巖動力和新高頻、低幅周向扭轉(zhuǎn)沖擊動力的協(xié)同作用下可大幅提高機械鉆速。本設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定，在鉆頭遇硬質(zhì)地層時可有效減少鉆頭“卡-滑”現(xiàn)象，并延長鉆頭壽命，降低鉆井成本。

以上對本實用新型的實施例進行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。