本發(fā)明涉及石油、天然氣開采鉆井提速技術領域，是一種渦流式水力脈沖軸向沖擊工具。

背景技術：

近年來，隨著水平井和深井的日漸增多，鉆遇堅硬且研磨性強的地層時，使用常規(guī)動力鉆具普遍存在機械鉆速低的問題。為了提高鉆探效率，相繼出現(xiàn)了脈沖空化射流鉆井、旋轉沖擊鉆井、粒子射流鉆井、超高壓噴射鉆井、控壓鉆井等技術。但這些技術在現(xiàn)場應用中均存在一定的不足，如粒子射流鉆井技術和控壓鉆井技術設備復雜、投資大，超高壓噴射鉆井技術需要提供高壓泥漿泵；旋轉沖擊鉆井技術和脈沖射流鉆井技術結構簡單，能有效提高鉆速，但二者的應用范圍和工作穩(wěn)定性均有一定局限性，比如目前石油鉆井應用的液動沖擊器，包括閥式、射流式、射吸式，通過沖錘高頻反復運動來實現(xiàn)，工具中的滑閥、彈簧、沖錘等零部件極易損壞，工具的使用壽命較短，且加工復雜、維修難；水力脈沖鉆井工具多通過渦輪或者螺桿驅動動定閥來產(chǎn)生水力脈沖，較多的運動部件也限制了工具的使用。隨后出現(xiàn)了水力脈沖旋沖鉆井技術，將旋轉沖擊鉆井技術和脈沖射流鉆井技術結合，綜合兩類技術的優(yōu)勢，改善井底巖石的受力狀態(tài)、強化清洗井底，有效提高機械鉆速。比如專利cn201520631449一種鉆井用水力脈沖裝置中，通過自激振蕩形成脈沖射流，給鉆頭施加周期性的沖擊作用力，但自激振蕩腔產(chǎn)生水力脈沖幅值較小，且自激振蕩噴嘴易損；cn201520848134一種振動沖擊短節(jié)中，通過螺桿或者渦輪驅動動定閥產(chǎn)生水力脈沖，其運動部件較多，且動定閥磨損后會出現(xiàn)分離，截流產(chǎn)生的水力脈沖會減弱的問題。

基于以上提出的問題，本發(fā)明人憑借多年從事相關行業(yè)的經(jīng)驗和實踐，結合水力脈沖鉆井技術和旋轉沖擊鉆井技術，提出并設計了一種渦流式水力脈沖軸向沖擊工具，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種渦流式水力脈沖軸向沖擊工具，提高地層的破巖效率，降低鉆井成本。

為解決上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種渦流式水力脈沖軸向沖擊工具，包括一個管狀的殼體，殼體內設置水力脈沖發(fā)生裝置，殼體上連接外套將水力脈沖發(fā)生裝置固定，外套內設置與之配合的芯軸，外套和芯軸之間的連接可為花鍵或者多邊形連接，芯軸下端連接防掉螺母，水力脈沖發(fā)生裝置沿直徑剖分為2個部分，剖面上設置有流體入口和流體出口，流體入口設置有噴射槽，且與流體入口連通，流體入口和噴射槽外圍設置有環(huán)形槽，環(huán)形流道和噴射槽連通，噴射槽后設置流道槽，流道槽分為上導流槽和下導流槽，上導流槽和下導流槽與渦腔連通，上導流槽指向流體出口，下導流槽指向渦腔切向方向，渦腔切向方向設置有上回流流道和下回流流道，與環(huán)形流道連通。

本發(fā)明提供的一種渦流式水力脈沖軸向沖擊工具，通過采用以上的結構，具有以下的有益效果：

1、本發(fā)明通過軸向機械沖擊和水力脈沖的共同作用，增強鉆頭沖擊力，優(yōu)化井底流場，改善巖石受力狀況，提高機械鉆速；

2、本發(fā)明依靠水力脈沖轉化為機械的軸向沖擊鉆井，無需沖錘等活動部件，結構簡單、易加工，工具壽命長達幾百小時，使用壽命長，性能可靠；

3、本發(fā)明的水力脈沖發(fā)生裝置利用渦流產(chǎn)生水力脈沖，脈沖幅值較大，且無任何運動部件，結構可靠，壽命長。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為本發(fā)明的主視結構剖視示意圖。

圖2和圖3為本發(fā)明的水力脈沖發(fā)生裝置三維示意圖。

圖4為本發(fā)明的水力脈沖發(fā)生裝置主視結構剖視示意圖。

圖5為圖1的a-a截面圖。

圖6為圖1的另一種a-a截面圖。

圖中：殼體1，水力脈沖發(fā)生裝置2，水力脈沖發(fā)生裝置的上半部分201，水力脈沖發(fā)生裝置的下半部分202，剖面203，流體入口204，噴射槽205，流道槽206，上導流槽207，下導流槽208，渦腔209，上回流流道210，下回流流道211，環(huán)形流道212，流體出口213，外套3，芯軸4，防掉螺母5，花鍵6，多邊形7。

具體實施方式

如圖1中，一種渦流式水力脈沖軸向沖擊工具，包括一個管狀的殼體1，殼體1內設置水力脈沖發(fā)生裝置2，殼體1上連接外套3將水力脈沖發(fā)生裝置2固定，外套3內設置與之配合的芯軸4，外套3和芯軸4之間的連接可為花鍵6或者多邊形7連接，芯軸4下端連接防掉螺母5，殼體1下端設置下接頭，芯軸4上端設置上接頭，上下接頭可以根據(jù)需要為公接頭或者母接頭。

如圖2中，水力脈沖發(fā)生裝置2沿直徑剖分為2個部分201和202，剖面為203。

如圖3中，剖面203上設置有流體入口204和流體出口213，流體入口204設置有噴射槽205，且與流體入口204連通，流體入口204和噴射槽205外圍設置有環(huán)形槽212，環(huán)形流道212和噴射槽206連通，噴射槽205后設置流道槽206，流道槽206分為上導流槽207和下導流槽208，上導流槽207和下導流槽208與渦腔209連通，上導流槽207指向流體出口205，下導流槽208指向渦腔209切向方向，渦腔209切向方向設置有上回流流道210和下回流流道211，與環(huán)形流道212連通。

如圖4、5中，外套3和芯軸4之間的連接可為花鍵6或者多邊形7連接。

渦流式水力脈沖軸向沖擊工具的工作原理為：水力脈沖發(fā)生裝置2產(chǎn)生周期性的水力脈沖，由于水力脈沖存在波峰和波谷的幅值差，渦流式水力脈沖軸向沖擊工具在水力脈沖作用下產(chǎn)生周期性的軸向振動沖擊，使鉆頭承受的鉆壓產(chǎn)生波動，工具扭矩通過外套3和芯軸4之間設置的花鍵6或者多邊形7傳遞到鉆頭，由于振動載荷可相對降低巖石的破壞強度，故可提高鉆頭破巖效果，同時水力脈沖裝置形成脈沖射流作用于井底，強化了井底清洗作用，改善了井底巖石受力狀況，提高了機械破巖效率。

水力脈沖發(fā)生裝置的水力脈沖產(chǎn)生機理為：流體通過流體入口204，經(jīng)過噴射槽205流體加速流入流道槽206，流體可以經(jīng)過上導流槽207和下導流槽208流動，由于附壁效應，流體隨機沿上導流槽207和下導流槽208中的一條流道流動，假設流體先沿下導流槽208流動，流體沿切線方向流入渦腔209，流體在渦腔209內形成渦流，此時流體入口204處壓力增加，產(chǎn)生高壓，隨著渦流強度的增加，上回流流道210有一部分流體進入，經(jīng)環(huán)形流道212，下?lián)Q向流道215，噴射槽205噴出的流體經(jīng)下?lián)Q向流道215向上噴射流體的擾動，流體由下導流槽208逐漸換向到上導流槽207，流體流向渦腔209中心的流體出口213，流體直接流出，流體入口204壓力不增加，處于水力脈沖的低壓區(qū)，隨著流量的增加，下回流流道211有一部分流體進入，經(jīng)環(huán)形流道212，上換向流道214，噴射槽205噴出的流體經(jīng)上換向流道214向下噴射流體的擾動，流體換向流入下導流槽208，如此反復形成周期性的水力脈沖。

上述的實施例僅為本發(fā)明的1種優(yōu)選技術方案，而不應視為對于本發(fā)明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護范圍應以權利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案中技術特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內的等同替換改進，也在本發(fā)明的保護范圍之內。