发明内容

针对不同目的层岩石的钻进时为了提高破岩效率，本发明提出一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具，本发明的钻井工具能够提高对应目的地层钻井的机械钻速,并能够配合不同地层岩石特性进行冲击振动特性的调控，从而达到最优的破岩效率，提高对应目的地层钻井的机械钻速,缩短钻井周期，降低钻井成本。

一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具，所述钻井工具包括上接头、旁通阀、螺杆马达、壳体、动力输入轴、万向轴、扶正轴承、轴向振动发生装置和下接头，所述壳体两端通过螺纹分别与上接头和防掉接头连接，所述旁通阀、螺杆马达、动力输入轴、万向轴、扶正轴承和轴向振动发生装置设置在壳体内部，所述旁通阀设置在上接头内腔，上下端由上接头内腔台阶面和弹性挡圈实现轴向定位，所述螺杆马达设置在旁通阀下部且上下端分别通过定位套筒实现轴向限位，包括马达外壳、马达定子和螺杆转子，所述轴向振动发生装置包括启振轴、滚珠、平面轴承、弹簧总成和凸轮体，所述起振轴一端滑动套接于凸轮体内腔，另一端设有扶正轴承且与万向轴一端连接，通过扶正轴承实现凸轮体的径向限位，万向轴另一端与螺杆转子连接，所述启振轴中部外侧设置有双台阶面，凸轮体上端面与启振轴中部外侧台阶面对应且上面设置有导槽，所述导槽为一个空间凸轮型轨道，轨道曲面存在周期性阶跃高度差，所述滚珠设置在启振轴中部外侧台阶面的滚珠坑内，滚珠随启振轴旋转时，将在凸轮体的导槽内运动，所述平面轴承设置在启振轴中部内侧台阶面上，所述弹簧总成顶接于平面轴承与凸轮体内部台阶面之间，所述下接头通过螺纹与凸轮体下端连接，防掉接头套装在下接头和凸轮体上，所述弹簧总成、凸轮体根据需要的冲击频率进行更换。

进一步地，所述旁通阀包括旁通阀阀芯、旁通阀弹簧和旁通阀阀座，所述旁通阀弹簧两端分别顶接于所述旁通阀阀芯和旁通阀阀座。

进一步地，所述万向轴包括连接轴、十字头和中间轴，中间轴两端分别通过十字头与连接轴活动连接，一端的连接轴与螺杆转子通过动力输入轴连接且通过平键传递扭矩并由销钉实现轴向限位，另一端的连接轴与起振轴上端连接并通过平键传递扭矩且由销钉实现轴向限位。

不同规格的弹簧总成使用不同数量的垫圈来改变弹簧压缩长度，可以改变弹簧预紧力的大小，从而得到不同大小的冲击载荷，实现冲击载荷的调制。螺杆马达转速与凸轮型轨道体的齿数决定了冲击工具频率的大小，通过控制钻井液水力能量的大小可以实现对冲击工具螺杆马达转速大小的调控，通过更换不同类型的凸轮型轨道体以得到不同的凸轮齿个数，从而实现冲击工具冲击频率大小的调控。

有益效果：

1)轴向冲击振动钻井工具的冲击力大小随弹簧总成预紧力和冲程高度的增加而增大，并与凸轮轨道体轮廓线密切相关，导轨曲面存在周期性阶跃高度差，滚珠在该导槽上运动时将发生周期性抬升和跌落，从而将一部分的旋转能量转化为轴向冲击能量，该冲击能量通过下接头传递至井底钻头，可周期性地向钻头施加钻压。弹簧总成可降低滚珠冲击凸轮体时的碰撞导致的变形破坏，从而在一定程度上延长其工作寿命。

2)所述钻井工具的冲击力大小随弹簧总成预紧力和冲程高度的增加而增大，并与凸轮型轨道体轮廓线密切相关，设计不同轮廓曲线的凸轮轨道体即可实现冲程的调控，得到不同大小的冲击载荷；冲击频率与螺杆马达转速、凸轮型轨道齿个数相关，通过控制井下钻井液水力能量的大小和凸轮轨道体的齿型即可实现冲击工具冲击频率的调控；在冲击工具下井工作之前，可由地面破岩实验得到不同冲击频率和冲击载荷的组合方式对目的地层岩石破碎效率的影响，从而预先设计出匹配目的地层的最优破岩参数组合方式，提高钻井效率。

3)所述轴向振动冲击工具将传统工具的冲击单元通过滑动摩擦产生冲击的方式优化为滚动摩擦的方式，并且利用钻井液对金属摩擦面进行冷却，工具的整体使用寿命得到了大幅度的增加。

4)本发明工具在其整个工作过程中可在井底实现钻头增压，提高机械钻速，延长钻头工作寿命，可增加大斜度井、水平井、分支井等钻进工程中的单次钻进深度。