CN105178846A - 减震破岩工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减震破岩工具，其包括：上壳体、下壳体、冲击座、分流器、节流喷嘴、驱动器和冲击器，通过分流器和节流喷嘴形成高低压钻井液，并使驱动器在高低压钻井液液压差的作用下推动冲击器往复敲击冲击座，以将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的机械冲击能量，并将该机械冲击能量直接传递给PDC钻头。本发明能够有效降低井下钻杆震动，提高钻头破岩效率，延长钻头使用寿命，能量消耗低、可靠性高、适用性强。

Description

减震破岩工具

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井领域，特别是一种钻井配套工具，具体是一种适用于中硬地层、特硬地层或软硬交错地层钻井用的减震破岩工具。

背景技术

目前，随着我国浅层油气资源的不断枯竭，勘探开发逐渐向深层、超深层转移。深部中硬地层、高研磨性地层、软硬交错地层钻井过程中井下钻柱震动剧烈，表现为涡动(径向震动)、粘滑(扭向震动)和跳钻(轴向震动)，使得钻头切削齿承受不规则的交变载荷和冲击载荷，不能保持连续的高频切削地层，导致钻井能量消耗大、钻头破岩效率低、寿命短。因此，如何降低井下钻柱有害震动，保持钻头连续的高频切削，是深井、超深井钻井亟待解决的核心技术问题。

有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，辅以过强的专业知识，提供一种减震破岩工具，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种减震破岩工具，其能够有效降低井下钻杆震动，提高钻头破岩效率，延长钻头使用寿命，能量消耗低、可靠性高、适用性强。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种减震破岩工具，其包括：上壳体，其具有轴向贯通的注泥浆通道；下壳体，其上端与所述上壳体相连接，所述下壳体具有与所述注泥浆通道相连通的容纳腔；冲击座，其上端与所述上壳体相连接，其下端位于所述下壳体的容纳腔中，所述冲击座的内环壁上设置有多个冲击腔和多个高压腔，所述冲击腔与所述高压腔交错设置；分流器，其设置在所述冲击座内，所述分流器具有多个上分流孔和多个下分流孔，所述上分流孔与所述高压腔相连通，所述分流器内穿设有节流喷嘴；驱动器，其套设在所述分流器上并位于所述冲击座内，所述驱动器设置有多个轴向高压凹槽和多个低压通孔，所述轴向高压凹槽与所述上分流孔相连通，所述轴向高压凹槽与所述低压通孔交错设置；冲击器，其套设在所述驱动器外侧并位于所述冲击座内，所述冲击器的外壁上设置有多个冲击锤，所述冲击锤伸入所述冲击腔中，两两所述冲击锤之间的所述冲击器侧壁上设置有多个液流通孔；所述冲击锤将所述冲击腔分隔成第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室通过所述液流通孔与所述低压通孔相连通，且所述第二腔室通过所述液流通孔与所述轴向高压凹槽相连通的状态下，所述冲击锤由所述第二腔室向所述第一腔室运动；在所述第一腔室通过所述液流通孔与所述轴向高压凹槽相连通，且所述第二腔室通过所述液流通孔与所述低压通孔相连通的状态下，所述冲击锤由所述第一腔室向所述第二腔室运动。

在优选的实施方式中，所述驱动器的外壁上设置有多个U形凸起和多个扇形凸起，所述U形凸起和所述扇形凸起交错设置，所述U形凸起和所述扇形凸起之间形成所述轴向高压凹槽，多个所述低压通孔位于所述扇形凸起上。

在优选的实施方式中，所述U形凸起和所述扇形凸起分别为两个，两个所述U形凸起与两个所述扇形凸起分别径向对称凸设在所述驱动器的外壁上；所述冲击座的内环壁上径向对称设置有两个所述冲击腔；所述冲击器的外壁上径向对称设置有两个所述冲击锤。

在优选的实施方式中，所述冲击器的内壁上还设置有多个拨叉，所述拨叉与所述冲击锤交替设置，所述U形凸起具有拨叉滑槽，所述拨叉插入所述拨叉滑槽内。

在优选的实施方式中，所述驱动器的外壁上径向对称设置有两个所述拨叉滑槽，所述冲击器的内壁上径向对称设置有两个所述拨叉。

在优选的实施方式中，所述冲击锤和与其相邻的所述拨叉之间的所述冲击器的侧壁形成滑堵，在所述冲击锤运动至所述冲击腔端部的状态下，所述滑堵封堵所述轴向高压凹槽。

在优选的实施方式中，所述冲击座的外壁上还设置有多个泄流腔，所述泄流腔与贯穿所述冲击座侧壁的泄流孔相连通。

在优选的实施方式中，所述下壳体内设置有端盖，所述端盖的上端分别与所述冲击座、所述驱动器和所述冲击器相抵接。

在优选的实施方式中，所述分流器穿过所述端盖的一端套设有压紧弹簧，所述分流器上还设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述端盖的下端贴合设置，所述压紧弹簧的一端与所述锁紧螺母抵接，所述压紧弹簧的另一端与所述下壳体相抵接。

在优选的实施方式中，所述冲击座与所述冲击器之间设置有减压环。

本发明的减震破岩工具安装于钻铤和钻头之间，通过分流器和节流喷嘴形成高低压钻井液，并使驱动器在高低压钻井液液压差的作用下推动冲击器往复敲击冲击座，以将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的机械冲击能量，并将该机械冲击能量直接传递给PDC钻头，使钻头不需要等待积蓄足够的扭力能量就可以冲击破碎和旋转剪切岩层，其能提高深部中硬地层、特硬地层、软硬交错地层的钻头破岩效率和钻井速度，同时本发明提供的周向高频冲击力，降低钻柱的纵向、周向和横向的震动，并使钻头能够保持连续的高频切削，钻头能量消耗低且使用寿命长，提高了钻头的适用性和耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一视角结构示意图；

图3为本发明的上壳体的剖面结构示意图；

图3-1为沿图3中的A-A向剖切线的截面示意图；

图3-2为本发明的上壳体的立体结构示意图；

图4为本发明的下壳体的剖面结构示意图；

图4-1为本发明的下壳体的立体结构示意图；

图5为本发明的分流器的结构示意图；

图5-1为沿图5中的B-B向剖切线的截面示意图；

图5-2为本发明的分流器的立体结构示意图；

图6为本发明的节流喷嘴的剖面结构示意图；

图6-1为本发明的节流喷嘴的俯视结构示意图；

图7为本发明的驱动器的立体结构示意图；

图7-1为本发明的驱动器的另一视角的立体结构示意图；

图7-2为本发明的驱动器的主视结构示意图；

图7-3为本发明的驱动器的侧视结构示意图；

图7-4为本发明的驱动器的剖面结构示意图；

图8为本发明的冲击器的立体结构示意图；

图8-1为本发明的冲击器的主视结构示意图；

图8-2为本发明的冲击器的侧视结构示意图；

图8-3为本发明的冲击器的剖面结构示意图；

图9为本发明的工作过程示意图一；

图10为本发明的工作过程示意图二；

图11为本发明的工作过程示意图三；

图12为本发明的工作过程示意图四；

图13为本发明的工作过程示意图五。

附图标号说明：

1上壳体，2冲击座，3分流器，4定位垫圈，5减压环，6节流喷嘴，7上TC轴承，8冲击器，9内TC轴承，10筛管，11驱动器，12端盖，13锁紧螺母，14压紧弹簧，15下壳体，16注泥浆通道，17下TC轴承，18容纳腔，19冲击腔，20高压腔，21泄流腔，22泄流孔，23变径部，24通孔，25上分流孔，26下分流孔，27轴向高压凹槽，28通孔，29低压通孔，30拨叉滑槽，31U形凸起，32扇形凸起，33冲击锤，34拨叉，35滑堵，36液流通孔，37第一腔室，38第二腔室，A低压通道，A＇新低压通道，B高压通道，B＇新高压通道，F1第一工作面，F2第二工作面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准，在此一并说明。

如图1所示，本发明提供一种减震破岩工具，其包括：上壳体1，其具有轴向贯通的注泥浆通道16；下壳体15，其上端与所述上壳体1相连接，所述下壳体15具有与所述注泥浆通道16相连通的容纳腔18；冲击座2，其上端与所述上壳体1相连接，其下端位于所述下壳体15的容纳腔18中，所述冲击座2的内环壁上设置有多个冲击腔19和多个高压腔20，所述冲击腔19与所述高压腔20交错设置；分流器3，其设置在所述冲击座2内，所述分流器3具有多个上分流孔25和多个下分流孔26，所述上分流孔25与所述高压腔20相连通，所述分流器3内穿设有节流喷嘴6，如图5、图6所示；驱动器11，其套设在所述分流器3上并位于所述冲击座2内，所述驱动器11设置有多个轴向高压凹槽27和多个低压通孔29，所述轴向高压凹槽27与所述上分流孔25相连通，所述轴向高压凹槽27与所述低压通孔29交错设置，如图7所示；冲击器8，其套设在所述驱动器11外侧并位于所述冲击座2内，所述冲击器8的外壁上设置有多个冲击锤33，所述冲击锤33伸入所述冲击腔19中，两两所述冲击锤33之间的所述冲击器8侧壁上设置有多个液流通孔36，如图8所示；所述冲击锤33将所述冲击腔19分隔成第一腔室37和第二腔室38，在所述第一腔室37通过所述液流通孔36与所述低压通孔29相连通，且所述第二腔室38通过所述液流通孔36与轴向高压凹槽27相连通的状态下，所述冲击锤33由所述第二腔室38向所述第一腔室37运动；在所述第一腔室37通过所述液流通孔36与所述轴向高压凹槽27相连通，且所述第二腔室38通过所述液流通孔36与低压通孔29相连通的状态下，所述冲击锤33由所述第一腔室37向所述第二腔室38运动，如图2所示。

具体是，如图1～图4-1所示，本发明的减震破岩工具安装于钻铤和钻头之间，可形成高频旋转往复冲击，其中，上壳体1呈圆管状且轴向贯通，上壳体1的上端和下端均设有锥形螺纹，其上端通过锥形螺纹与钻铤相连，其下端通过锥形螺纹与下壳体15相连，使上壳体1的注泥浆通道16与下壳体15的容纳腔18相连通而形成一空腔，该空腔内由内到外依次设有节流喷嘴6、分流器3、驱动器11、冲击器8和冲击座2，另外，上壳体1的上端也可以设为直螺纹，如图3所示，使其上端通过直螺纹与钻铤相连，此外，下壳体15轴向贯通，下壳体15的下端设有锥形螺纹，下壳体15下端通过锥形螺纹与钻头相连。

进一步的，如图7～图7-4所示，所述驱动器11的外壁上设置有多个U形凸起31和多个扇形凸起32，所述U形凸起31和所述扇形凸起32交错设置，所述U形凸起31和所述扇形凸起32之间形成所述轴向高压凹槽27，多个所述低压通孔29位于所述扇形凸起32上；较佳的，驱动器11的两端分别安装有内TC轴承9，使驱动器11可以实现转动，其中，驱动器11具有通孔28，其通过该通孔28套设在分流器3下部设有多个下分流孔26的筛管10上，低压通孔29与通孔28连通，使驱动器11在转动过程中，可实现驱动器11的低压通孔29与分流器3筛管10上的下分流孔26相连通。

更进一步的，所述驱动器11的所述U形凸起31和所述扇形凸起32分别为两个，两个所述U形凸起31与两个所述扇形凸起32分别径向对称凸设在所述驱动器11的外壁上；所述冲击座2的内环壁上径向对称设置有两个所述冲击腔19；所述冲击器8的外壁上径向对称设置有两个所述冲击锤33，两个冲击锤33分别位于两个冲击腔19内。

进一步的，如图8～图8-3所示，所述冲击器8的内壁上还设置有多个拨叉34，所述拨叉34与所述冲击锤33交替设置，所述U形凸起31具有拨叉滑槽30，所述拨叉34插入所述拨叉滑槽30内；较佳的，所述驱动器11的外壁上径向对称设置有两个所述拨叉滑槽30，所述冲击器8的内壁上径向对称设置有两个所述拨叉34；较佳的，冲击器8的两端分别安装有上TC轴承7和下TC轴承17(其中，TC即为硬质合金)，使冲击器8可以转动；较佳的，冲击器8可采用复合合金制作而成，使其具有高密度、高硬度和高韧性。

更进一步的，所述冲击器8的所述冲击锤33和与其相邻的所述拨叉34之间的所述冲击器8的侧壁形成滑堵35，在所述冲击锤33运动至所述冲击腔19端部的状态下，所述滑堵35封堵所述轴向高压凹槽27。

进一步的，如图1～图2所示，冲击座2位于上壳体1和下壳体15形成的空腔内，且冲击座2呈阶梯管形，与上壳体1相连的冲击座2上部的径向截面的面积小于冲击座2下部的径向截面的面积，优选的是，冲击座2上部呈截面为正六边形的管体，上壳体1与冲击座2之间通过内外六方的方式连接，以方便冲击扭矩的稳定传输，同时，上壳体1与冲击座2之间安装有定位垫圈4，使上壳体1与冲击座2二者可以更好的定位固定，冲击座2下部呈截面为圆形的管体，冲击座2管体内部面向中心轴的方向依次穿设有冲击器8、驱动器11和分流器3；较佳的，所述冲击座2的外壁上还设置有多个泄流腔21，所述泄流腔21与贯穿所述冲击座2侧壁的泄流孔22相连通，以实现泄压；在一较佳的实施例中，所述冲击座2与所述冲击器8之间设置有减压环5，以减小冲击器8对冲击座2的撞击。

进一步的，如图1所示，所述下壳体15内设置有端盖12，所述端盖12的上端分别与所述冲击座2、所述驱动器11和所述冲击器8相抵接；更进一步的，所述分流器3穿过所述端盖12的一端套设有压紧弹簧14，所述分流器3上还设置有锁紧螺母13，所述锁紧螺母13与所述端盖12的下端贴合设置，以将冲击座2、驱动器11和冲击器8稳定地设于上壳体1与下壳体15之间，保证各部件的稳定运行，所述压紧弹簧14的一端与所述锁紧螺母13抵接，所述压紧弹簧14的另一端与所述下壳体15相抵接，压紧弹簧14具有一定的弹性，其抵撑于锁紧螺母13和下壳体15之间，能够为驱动器11和冲击器8的转动提供一定的活动空间，而且其还可以调节各部件的加工误差，使得各部件即使存在加工误差，也不会影响本发明的正常运转。

进一步的，如图5～图5-2所示，所述分流器3具有轴向贯通的通孔24，其包括有一筛管10，多个下分流孔26均匀地设于筛管10上，使钻井液(泥浆)通过分流器3的通孔24时可从下分流孔26流出，分流器3上还包括一变径部23，变径部23一体成型于筛管10的上方，上分流孔25自分流器3的内壁延伸至变径部23的外壁，使泥浆通过分流器3的通孔24时也可从上分流孔25流出，更具体的是，上分流孔25为八个，八个上分流孔25均匀的分布于分流器3变径部23的圆周方向上，其中，各上分流孔25呈椭圆形，或者各上分流孔25呈桃心形，当然其也可以为其他形状。

如图5～图6-1所示，分流器3内穿设的节流喷嘴6与分流器3的筛管10内壁螺纹连接，节流喷嘴6的内径和上分流孔25的当量直径均小于分流器3上端开口的内径，使钻井液经节流喷嘴6和上分流孔25流出时均会产生压降，但因分流器3的每个上分流孔25的当量直径大于节流喷嘴6的内径，使钻井液流经上分流孔25时形成的压降小于其流经节流喷嘴6的压降，从而使得该节流喷嘴6具有对钻井液压力进行调整的作用，且节流喷嘴6的上端开口大于下端开口，使钻井液流经节流喷嘴6时形成的压降有一个缓冲过渡，较佳的，节流喷嘴6采用硬质合金压制而成。

本发明的减震破岩工具在下井工作前，需要进行准备工作，首先使用钻杆滤清器充分循环清洁泥浆，以尽可能的降低泥浆的含沙量和固相含量，确保泥浆密度低于1.4g/cm³，并确保工具压耗3MPa～5MPa，以使泥浆设备有足够的动力；然后，将本发明的上壳体1与钻铤相连，将钻铤与钻杆相连，并将本发明的下壳体15与钻头相连，并下入井中，在下钻过程中，需要避免大井段划眼，在距离井底20米～30米时打开泵，以避免钻头直接接触井底或接触井底的沉沙，防止堵塞水眼；其次，避免大排量开泵在套管中循环的现象，并尽可能减少套管中开泵的时间；再次，在钻进过程中，需及时清理钻杆滤子，且不允许使用堵漏剂。

本发明的减震破岩工具在工作时，钻井液(即泥浆)通过分流器3和节流喷嘴6后形成两股液流，第一股液流经过分流器3的上分流口25后流入驱动器11的轴向高压凹槽27，第二股液流通过节流喷嘴6后进入分流器3通孔24中，因为分流器3的上分流口25的当量直径大于节流喷嘴6的内径，所以钻井液的第一股液流通过上分流口25后形成的压降小于第二股液流通过节流喷嘴6后的压降，即流经上分流口25的钻井液形成高压钻井液，而流经节流喷嘴6的钻井液形成低压钻井液，在高低压钻井液压差的作用下使驱动器11转动一定的角度，以对高低压钻井液进行调制，当拨叉滑槽30侧壁抵靠于拨叉34上时，驱动器11停止转动，高低压钻井液作用于冲击器8的不同工作面上，作用面积相同而压力不同使冲击器8开始转动，在冲击腔19的第一腔室37内和第二腔室38内交替形成的高低液压差的作用下，使冲击器8在冲击座2内往复转动，实现冲击锤33往复撞击冲击腔19的侧壁，以下结合图9～图13对其工作过程进行详细说明：

如图9所示，冲击器8位于初始位置，即当拨叉34位于拨叉滑槽30内的中间位置，且冲击锤33的第一工作面F1和第二工作面F2均未与冲击腔19的两侧壁相接触时，冲击座2的冲击腔19的第一腔室37开始与冲击器8的液流通孔36及驱动器11的轴向高压凹槽27相连通，而形成高压通道B，使高压钻井液从轴向高压凹槽27经液流通孔36进入第一腔室37，且冲击座2的冲击腔19的第二腔室38开始与冲击器8的液流通孔36、驱动器11的低压通孔29及分流器3的下分流孔26相连通，而形成低压通道A，使低压钻井液从分流器3通孔24依次经下分流孔26、低压通孔29、液流通孔36进入第二腔室38；

随着高压钻井液和低压钻井液的不断流入，使轴向高压凹槽27内的高压钻井液与低压通孔29中的低压钻井液之间形成压力差，该压力差会推动驱动器11开始顺时针转动，拨叉34与拨叉滑槽30一侧的内壁之间的间隙逐渐减小，液流通孔36与轴向高压凹槽27的连通面积逐渐增大，且低压通孔29与液流通孔36的连通面积也逐渐增大，使低压通道A的宽度和高压通道B的宽度逐渐变宽，进而使进入第一腔室37和第二腔室38的钻井液增多；

如图10所示，其为冲击器8的顺时针转动启动位置，随着驱动器11顺时针转动，使拨叉34的一个侧面抵靠于驱动器11的拨叉滑槽30的侧壁上后，驱动器11停止转动，与此同时，随着低压通道A和高压通道B的扩大，钻井液大量进入第一腔室37和第二腔室38，第一腔室37与第二腔室38内的压力差逐渐形成，第一腔室37内的高压钻井液推动冲击器8的冲击锤33开始在冲击腔19内顺时针运动；

然后，随着冲击器8的转动，拨叉34与拨叉滑槽30内壁的间隙逐渐增大，液流通孔36与轴向高压凹槽27的连通面积逐渐减小，且低压通孔29与液流通孔36的连通面积也逐渐减小，使低压通道A的宽度和高压通道B的宽度逐渐变窄，进而使进入第一腔室37和第二腔室38的钻井液减少，但因为第一腔室37与第二腔室38的压力差已形成，其并不影响冲击器8的顺时针转动；

如图11所示，其为冲击器8的冲击前位置，此时第二工作面F2即将与冲击座2的第二腔室38的侧壁接触，即冲击器8的冲击锤33即将撞击冲击座2的侧壁，由于钻井液的通过率迅速降低，使第一腔室37与第二腔室38的压力差逐渐消失，但由于冲击器8的转动速度已很大，故冲击器8在自身惯性的作用下依然呈顺时针转动状态；

接着，即为冲击器8进入冲击位置，如图12所示，即冲击器8的冲击锤33撞击在冲击腔19第二腔室38的侧壁上，此时，冲击器8的顺时针转动结束，第一腔室37内部和第二腔室38内部的钻井液的通过率均为零，冲击器8的滑堵35将高压通道B中的轴向高压凹槽27封住，冲击锤33将低压通道A中的低压通孔29封住，使之前形成的低压通道A和高压通道B关闭，于此同时，第一腔室37与液流通孔36及低压通孔29相连通，而形成新低压通道A＇，使钻井液在第一腔室37与分流器3的通孔24之间流通，且第二腔室38与液流通孔36和轴向高压凹槽27相连通，而形成新高压通道B＇，使高压钻井液开始进入第二腔室38，且此时拨叉34恰好位于拨叉滑槽30的中间位置；

随着高压钻井液和低压钻井液的不断流入，轴向高压凹槽27内的高压钻井液与低压通孔29中的低压钻井液形成压力差，该压力差推动驱动器11开始逆时针转动，拨叉34与拨叉滑槽30一侧的内壁之间的间隙逐渐减小，液流通孔36与轴向高压凹槽27的连通面积逐渐增大，且低压通孔29与液流通孔36的连通面积也逐渐增大，使新低压通道A＇的宽度和新高压通道B＇的宽度逐渐变宽，进而使进入第一腔室37和第二腔室38的钻井液增多；

如图13所示，其为冲击器8的逆时针转动启动位置，随着驱动器11逆时针转动，使拨叉34的另一个侧面抵靠于驱动器11的拨叉滑槽30的侧壁上后，驱动器11停止转动，与此同时，随着新低压通道A＇和新高压通道B＇的扩大，钻井液大量进入第一腔室37和第二腔室38，使第一腔室37与第二腔室38内的压力差逐渐形成，并使第二腔室38内的高压钻井液推动冲击器8的冲击锤33开始在冲击腔19内逆时针运动；

然后，随着冲击器8的转动，拨叉34与拨叉滑槽30内壁的间隙逐渐增大，液流通孔36与轴向高压凹槽27的连通面积逐渐减小，且低压通孔29与液流通孔36的连通面积也逐渐减小，使新低压通道A＇的宽度和新高压通道B＇的宽度逐渐变窄，进而使进入第一腔室37和第二腔室38的钻井液减少，但因为第一腔室37与第二腔室38的压力差已形成，其并不影响冲击器8的逆时针转动；

当冲击器8逆时针转动到冲击前位置时，此时第一工作面F1即将与冲击座2的第一腔室37的侧壁接触，即冲击器8的冲击锤33即将撞击冲击座2的侧壁，由于钻井液的通过率迅速降低，使第一腔室37与第二腔室38的压力差逐渐消失，但由于冲击器8的转动速度已很大，故冲击器8在自身惯性的作用下依然呈逆时针转动状态；

接着，冲击器8进入冲击位置，即冲击器8的冲击锤33撞击在冲击腔19第一腔室37的侧壁上，此时，冲击器8的逆时针转动结束，第一腔室37内部和第二腔室38内部的钻井液的通过率均为零，冲击器8的滑堵35将新高压通道B＇中的轴向高压凹槽27封住，冲击锤33将新低压通道A＇中的低压通孔29封住，使之前形成的新低压通道A＇和新高压通道B＇关闭，于此同时，第一腔室37与液流通孔36及轴向高压凹槽27相连通，而又形成高压通道B，使钻井液在第一腔室37与轴向高压凹槽27之间流通，且第二腔室38与液流通孔36和低压通孔29相连通，而又形成低压通道A，使高压钻井液进入第二腔室38，如此往复循环；其中，通过驱动器11的顺时针转动和逆时针转动进行系统压力的调制，以保持第一腔室37和第二腔室38交替处于高压钻井液填充状态，由此形成周期性的高频旋转往复冲击。

在上述工作循环过程中，其中第一股液流的一部分钻井液经分流器3的上分流口25进入冲击座2的高压腔20，高压腔20在冲击座2的轴向上贯通，实现将一部分钻井液直接流入下方，以避免经上分流口25进入轴向高压凹槽27的高压钻井液的压力过高，同时，冲击座2上相互连通的泄流孔22和泄流腔21也可以实现泄压，避免压力过高。当冲击锤33每次撞击冲击座2的侧壁后，冲击座2将高频冲击扭矩通过内外六方传递给上壳体1，并最终传递给钻头，使钻头均匀稳定的剪切破碎岩石，而且钻头不需要等待积蓄足够的扭力能量就可以实现高效破岩。

本发明的减震破岩工具具有长度短(约1米左右)、结构紧凑、无橡胶件和电子元器件、耐高温且寿命长的优势，其扭转冲击频率超过1000次/分钟、冲击扭矩1千牛米(kN.m)，且可配合随钻测量(MWD，即MeasurementWhileDrilling)使用，而且，其采用钻井液直接冲击冲击器的结构形式，使本发明内部无涡轮、螺杆、叶轮等复杂零件，具有普通适用性，可靠性好，工具失效不影响正常钻进，在深井复杂环境中比其他井下钻具更具优势；本发明是本着现场易于实现的原则而提出，其能够提供额外的周向高频冲击力，降低钻柱的震动，提高钻头剪切破岩效率，提高钻头实用性和耐久性，增加在中硬地层、特硬地层、软硬交错地层的机械钻速。

本发明的减震破岩工具安装于钻铤和钻头之间，通过分流器3和节流喷嘴6形成高低压钻井液，并使驱动器11在高低压钻井液液压差的作用下推动冲击器8往复敲击冲击座2，以将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的机械冲击能量，并将该机械冲击能量直接传递给聚晶金刚石复合片钻头(即PDC钻头，也即PolycrystallineDiamondCompactbit)，使钻头不需要等待积蓄足够的扭力能量就可以冲击破碎和旋转剪切岩层，其能提高深部中硬地层、特硬地层、软硬交错地层的钻头破岩效率和钻进速度，同时本发明提供的周向高频冲击力，降低钻柱的纵向、周向和横向的震动，并使钻头能够保持连续的高频切削，钻头能量消耗低且使用寿命长，提高了钻头的适用性和耐久性。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种减震破岩工具，其特征在于，所述减震破岩工具包括：

上壳体，其具有轴向贯通的注泥浆通道；

下壳体，其上端与所述上壳体相连接，所述下壳体具有与所述注泥浆通道相连通的容纳腔；

冲击座，其上端与所述上壳体相连接，其下端位于所述下壳体的容纳腔中，所述冲击座的内环壁上设置有多个冲击腔和多个高压腔，所述冲击腔与所述高压腔交错设置；

分流器，其设置在所述冲击座内，所述分流器具有多个上分流孔和多个下分流孔，所述上分流孔与所述高压腔相连通，所述分流器内穿设有节流喷嘴；

驱动器，其套设在所述分流器上并位于所述冲击座内，所述驱动器设置有多个轴向高压凹槽和多个低压通孔，所述轴向高压凹槽与所述上分流孔相连通，所述轴向高压凹槽与所述低压通孔交错设置；

冲击器，其套设在所述驱动器外侧并位于所述冲击座内，所述冲击器的外壁上设置有多个冲击锤，所述冲击锤伸入所述冲击腔中，两两所述冲击锤之间的所述冲击器侧壁上设置有多个液流通孔；所述冲击锤将所述冲击腔分隔成第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室通过所述液流通孔与所述低压通孔相连通，且所述第二腔室通过所述液流通孔与所述轴向高压凹槽相连通的状态下，所述冲击锤由所述第二腔室向所述第一腔室运动；在所述第一腔室通过所述液流通孔与所述轴向高压凹槽相连通，且所述第二腔室通过所述液流通孔与所述低压通孔相连通的状态下，所述冲击锤由所述第一腔室向所述第二腔室运动。

2.根据权利要求1所述的减震破岩工具，其特征在于，所述驱动器的外壁上设置有多个U形凸起和多个扇形凸起，所述U形凸起和所述扇形凸起交错设置，所述U形凸起和所述扇形凸起之间形成所述轴向高压凹槽，多个所述低压通孔位于所述扇形凸起上。

3.根据权利要求2所述的减震破岩工具，其特征在于，所述U形凸起和所述扇形凸起分别为两个，两个所述U形凸起与两个所述扇形凸起分别径向对称凸设在所述驱动器的外壁上；所述冲击座的内环壁上径向对称设置有两个所述冲击腔；所述冲击器的外壁上径向对称设置有两个所述冲击锤。

4.根据权利要求2所述的减震破岩工具，其特征在于，所述冲击器的内壁上还设置有多个拨叉，所述拨叉与所述冲击锤交替设置，所述U形凸起具有拨叉滑槽，所述拨叉插入所述拨叉滑槽内。

5.根据权利要求4所述的减震破岩工具，其特征在于，所述驱动器的外壁上径向对称设置有两个所述拨叉滑槽，所述冲击器的内壁上径向对称设置有两个所述拨叉。

6.根据权利要求4所述的减震破岩工具，其特征在于，所述冲击锤和与其相邻的所述拨叉之间的所述冲击器的侧壁形成滑堵，在所述冲击锤运动至所述冲击腔端部的状态下，所述滑堵封堵所述轴向高压凹槽。

7.根据权利要求1所述的减震破岩工具，其特征在于，所述冲击座的外壁上还设置有多个泄流腔，所述泄流腔与贯穿所述冲击座侧壁的泄流孔相连通。

8.根据权利要求1所述的减震破岩工具，其特征在于，所述下壳体内设置有端盖，所述端盖的上端分别与所述冲击座、所述驱动器和所述冲击器相抵接。

9.根据权利要求8所述的减震破岩工具，其特征在于，所述分流器穿过所述端盖的一端套设有压紧弹簧，所述分流器上还设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述端盖的下端贴合设置，所述压紧弹簧的一端与所述锁紧螺母抵接，所述压紧弹簧的另一端与所述下壳体相抵接。

10.根据权利要求1所述的减震破岩工具，其特征在于，所述冲击座与所述冲击器之间设置有减压环。