【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石油钻井破岩工艺，主要应用在石油工程、采矿工程、岩土工程等领域，是一种利用共振现象快速破碎深部坚硬地层岩石，从而实现高效钻井的提速工具，具体涉及一种磁力共振钻井工具及方法。
技术介绍
1、随着我国浅层石油资源逐渐枯竭，石油勘探与开发向深部地层转移，深井、超深井、非常规钻井逐渐增多，地层条件复杂、岩石硬度高、钻井难度大、钻井效率低，严重影响钻井成本。同时由于深层钻井水力能量利用率低，现有的钻头机械破岩加射流辅助的破岩技术在深部地层中存在技术瓶颈。
2、基于上述钻井工业现状，针对深部坚硬难钻地层在传统钻井破岩工艺下效率低、成本高的问题，中国专利公开文献cn102287137a公开了一种自激共振钻井装置，从上到下包括上部钻杆、钻铤、减震器、上短接、自激共振器、下短接、钻头，钻铤通过其螺纹与上部钻杆连接，减震器通过螺纹与钻铤连接，上短接通过螺纹与减震器连接，自激共振器通过螺纹与上短接连接，自激共振器另一端连接下短接，钻头通过螺纹与下短接连接。本专利技术充分利用钻柱纵向振动，变害为利，有效减少钻柱失效，提高钻柱使用寿命；另外，本专利技术将钻头与钻铤产生的纵向冲击、振动的机械能转化为介质动能，达到岩石裂缝共振条件，提高钻井速度。
3、中国公开文献cn102493768a公开了一种高频脉冲射流共振钻井装置，包括有外钢套，外钢套一端与上转换接头连接，另一端与下转换接头连接，上转换接头通过螺纹与钻铤相连接，下转换接头通过螺纹与钻头连接；外钢套内从上到下依次安装小型水轮发电机、密度测井仪、声波测井仪、控制器、超
4、中国专利公开文献cn111485842a公开了一种用于共振钻井高效破岩的高频激振器包括钻具主体、导流管、超磁致伸缩驱动器、钻头接头，钻具主体内部具有环形凸台，导流管上端与环形凸台连接，导流管下端与钻头接头内壁连接，钻头接头与钻具主体下端口连接，超磁致伸缩驱动器设置于钻具主体与导流管之间的环形腔内；超磁致伸缩驱动器包括超磁致伸缩材料棒、电磁线圈、碟形弹簧、输出杆、导磁圆柱、占位圆柱、直线轴承、导磁内套筒、导磁外套筒、导磁下端盖、导磁上端盖。本专利技术采用磁致伸缩的原理，将伸缩产生高频冲击力作用在钻头接头上，从而使钻头高频冲击岩石，使岩石产生共振，实现共振高效破岩。
5、本专利技术研发了一种磁力共振钻井工具，通过对岩石施加周期性的振动冲击，促进岩石内部裂纹扩展，加剧岩石振动从而使其破碎的钻井技术。特别是，当简谐振动的冲击频率与岩石的固有频率相等时，岩石会产生共振，此时岩石的振动位移最大，最容易产生破坏。共振辅助破岩可以降低破岩难度，为高硬难钻地层的钻井提速提效提供新的技术思路。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种磁力共振钻井工具及方法，针对硬质地层钻井，为钻头提供附加冲击力，冲击力频率与岩石的固有频率接近，引起岩石共振破坏，降低岩石破裂难度，形成体积破碎，达到提高破岩效率的目的。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术的第一个方面，提供一种磁力共振钻井工具，包括主体外壳、钻头短接、中心管、缓冲机构、磁力伸缩机构和传动机构；
4、所述钻头短接与所述主体外壳的下端口连接；
5、所述中心管设置于所述主体外壳的内部，所述中心管与所述主体外壳之间形成环形腔，所述缓冲机构、所述磁力伸缩机构和所述传动机构由上至下依次设置在所述环形腔内。
6、本专利技术的进一步改进在于：
7、所述主体外壳内部具有环形凸台，所述中心管的上端与所述环形凸台通过螺纹连接，所述中心管的下端与所述钻头短接的内壁连接，且通过密封圈密封。
8、本专利技术的进一步改进在于：
9、所述缓冲机构包括由上到下依次套在所述中心管上的过滤弹簧、隔振环和缓冲胶垫。
10、本专利技术的进一步改进在于：
11、所述过滤弹簧的外部设置有弹簧套，所述弹簧套与所述主体外壳的内壁螺纹连接且顶在环形凸台底面下，用以容纳所述过滤弹簧。
12、本专利技术的进一步改进在于：
13、所述隔振环的内径与所述中心管的外径相同；
14、所述隔振环的外部具有凸台结构；
15、所述隔振环上部外径小于下部外径；
16、所述隔振环的上部与过滤弹簧相接触，下部与缓冲胶垫相接触。
17、本专利技术的进一步改进在于：
18、所述磁力伸缩机构包括套在中心管上的磁力伸缩机构外壳，所述磁力伸缩机构外壳的下端由内向外依次设有第一环形凹槽和第二环形凹槽；
19、所述第一环形凹槽内设置有磁力伸缩棒，所述磁力伸缩棒的下端与所述传动机构相接触；
20、所述第二环形凹槽内设置有线圈，所述第二环形凹槽的端面上设置有线圈压盖。
21、本专利技术的进一步改进在于：
22、所述磁力伸缩机构外壳整体呈筒体结构；
23、所述磁力伸缩机构外壳的上端面与所述缓冲胶垫相接触。
24、本专利技术的进一步改进在于：
25、所述传动机构包括套在所述中心管上的传动杆，所述传动杆的上端面与所述磁力伸缩棒相接触，下端面与所述钻头短接相接触。
26、本专利技术的进一步改进在于：
27、所述传动杆为横截面呈阶梯的筒体结构，所述传动杆上部的内径和外径均大于下部的内径和外径，所述传动杆下部内径与中心管的内径相同。
28、本专利技术的进一步改进在于：
29、所述传动杆内部凸台上设有限位环，所述限位环套在所述中心管上，且上端面与所述磁力伸缩机构外壳下端面相接触，下端面与所述传动杆内部凸台顶面相接触。
30、本专利技术的进一步改进在于：
31、所述传动杆下部的外壁上套设有碟簧，所述碟簧的上端面顶在所述传动杆外部凸台底面上，下端面与所述钻头短接相接触。
32、本专利技术的第二个方面，提供一种钻井方法，所述方法采用上述磁力共振钻井工具进行钻井。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
34、本专利技术针对硬质地层钻井，为钻头提供附加冲击力，冲击力频率与岩石的固有频率接近，引起岩石共振破坏，降低岩石破裂难度，形成体积破碎，达到提高破岩效率的目的。
35、1)本专利技术利用岩石在共振激励下的高效破碎机理，通过磁力伸缩棒产生高频轴向冲击，形成共振效应，从而增强破岩效果；
36、2)本专利技术采用的缓冲机构有利于隔绝工具向上传递的高频振动波，从而减小钻柱共振损伤和对测井设备信号采集的影响。
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1.一种磁力共振钻井工具，其特征在于，包括主体外壳、钻头短接、中心管、缓冲机构、磁力伸缩机构和传动机构；
2.根据权利要求1所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述主体外壳内部具有环形凸台，所述中心管的上端与所述环形凸台通过螺纹连接，所述中心管的下端与所述钻头短接的内壁连接，且通过密封圈密封。
3.根据权利要求1或2所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述缓冲机构包括由上到下依次套在所述中心管上的过滤弹簧、隔振环和缓冲胶垫。
4.根据权利要求3所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述过滤弹簧的外部设置有弹簧套，所述弹簧套与所述主体外壳的内壁螺纹连接且顶在环形凸台底面下，用以容纳所述过滤弹簧。
5.根据权利要求4所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述隔振环的内径与所述中心管的外径相同；
6.根据权利要求3所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述磁力伸缩机构包括套在中心管上的磁力伸缩机构外壳，所述磁力伸缩机构外壳的下端由内向外依次设有第一环形凹槽和第二环形凹槽；
7.根据权利要求6所述的磁力共振钻井工具，其特征
8.根据权利要求6或7所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述传动机构包括套在所述中心管上的传动杆，所述传动杆的上端面与所述磁力伸缩棒相接触，下端面与所述钻头短接相接触。
9.根据权利要求8所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述传动杆为横截面呈阶梯的筒体结构；
10.根据权利要求9所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述传动杆内部凸台上设有限位环，所述限位环套在所述中心管上，且上端面与所述磁力伸缩机构外壳下端面相接触，下端面与所述传动杆内部凸台顶面相接触。
11.根据权利要求10所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述传动杆下部的外壁上套设有碟簧，所述碟簧的上端面顶在所述传动杆外部凸台底面上，下端面与所述钻头短接相接触。
12.一种钻井方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-11任一项所述的磁力共振钻井工具进行钻井。
...【技术特征摘要】
1.一种磁力共振钻井工具，其特征在于，包括主体外壳、钻头短接、中心管、缓冲机构、磁力伸缩机构和传动机构；
2.根据权利要求1所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述主体外壳内部具有环形凸台，所述中心管的上端与所述环形凸台通过螺纹连接，所述中心管的下端与所述钻头短接的内壁连接，且通过密封圈密封。
3.根据权利要求1或2所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述缓冲机构包括由上到下依次套在所述中心管上的过滤弹簧、隔振环和缓冲胶垫。
4.根据权利要求3所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述过滤弹簧的外部设置有弹簧套，所述弹簧套与所述主体外壳的内壁螺纹连接且顶在环形凸台底面下，用以容纳所述过滤弹簧。
5.根据权利要求4所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述隔振环的内径与所述中心管的外径相同；
6.根据权利要求3所述的磁力共振钻井工具，其特征在于，所述磁力伸缩机构包括套在中心管上的磁力伸缩机构外壳，所述磁力伸缩机构外壳的下端由内向外依次设有第一环形凹...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓杰，王怡，孙连环，赵建军，胡亮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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