本技术属于石油钻井井下装置，尤其涉及一种自适应复合冲击钻井装置。
背景技术：
1、聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact，pdc)钻头广泛应用于软到中硬地层的钻进，随着油气资源的勘探开发向深层、超深层迈进，深部地层硬度高、研磨性强、软硬交错等特性给pdc钻头的高效破岩、安全钻进带来巨大挑战。复合冲击钻井技术是一种针对深层、超深层钻进所发展来的钻井技术。钻进时，复合冲击钻井装置安装在pdc钻头上端，该机械装置依靠气动或水力能量推动冲击器的活塞沿轴向和周向往复运动，从而在近钻头处产生一定频率的轴向和扭转振动冲击，形成复合冲击效果，提高钻头破岩效率。
2、在钻井过程中，遇到硬质地层时，钻头切削齿难以有效吃入地层，切削深度较浅，造成钻头在该类地层钻进时无法产生有效进尺，无法达到提速效果，因此冲击所需的轴向载荷和频率较大，扭转载荷和频率较小，以提高钻头切削齿吃入深度。在遇到软质地层时，钻头切削深度较大，作用在钻头上的阻力扭矩增加，因此冲击所需的轴向载荷和频率较小，扭转载荷和频率较大，以减小钻头切削齿吃入深度，增加作用在钻头上的冲击扭矩。目前，常用的手段为通过在地面上改变钻井液排量和密度以调整复合冲击钻井装置的载荷和频率，即在硬地层时可以通过增加钻井液的排液量和密度以提高冲击频率和载荷；而在软质地层时，则可以减少钻井液的排液量和密度以降低冲击强度。
3、然而，当钻遇软硬交错地层时，通过地面调节钻井液参数无法及时有效控制复合冲击钻井装置轴向冲击和周向冲击载荷参数的改变。此外，传统的复合冲击钻井装置无法对轴向和周向的冲击载荷和频率大小单独调节，导致复合冲击钻井装置具有在软硬交错地层的适应性差、破岩效率低的缺点。
技术实现思路
1、本技术针对现有冲击钻井装置的不足之处，提供了一种自适应复合冲击钻井装置，可以根据所钻地层自主实现轴向和扭转冲击载荷的分别调节，该自适应复合冲击钻井装置在软硬交错地层的适应性较好，能够有效提高pdc钻头的破岩效率。
2、本技术提供一种自适应复合冲击钻井装置，包括接头、钻头、壳体和设置在壳体内的流体调节组件；壳体具有中心流道，用于供流体流动；接头和钻头分别设置在壳体的两端；沿接头至钻头的方向，中心流道包括相互连通的第一流道段、第二流道段、第三流道段；中心流道内设置有流体调节组件，流体调节组件包括相互连接的第一调节件、第二调节件和触发件，第一调节件位于第一流道段和第二流道段之间；第二调节件位于第二流道段和第三流道段之间；触发件位于第三流道段内，且至少部分触发件由钻头的端部伸出，并用于抵接地层；
3、当钻头抵接软质地层时，触发件推动第一调节件和第二调节件朝向接头移动第一位移，以使第一调节件处的流速减小，第二调节件处的流速增大；
4、当钻头抵接硬质地层时，触发件推动第一调节件和第二调节件朝向接头移动第二位移，以使第一调节件处的流速增大，第二调节件处的流速减小；其中，第一位移大于第二位移。
5、如上述的自适应复合冲击钻井装置，壳体还包括换向套筒、周向冲锤、轴向冲锤和周向冲击套筒，沿壳体的中心至边缘的方向，换向套筒、周向冲锤及轴向冲锤依次内外套设；
6、轴向冲锤和周向冲锤之间有轴向压力调节腔，周向冲击套筒和周向冲锤之间有第一周向压力调节腔，换向套筒和周向冲锤之间有第二周向压力调节腔。
7、如上述的自适应复合冲击钻井装置，第一流道段和第二流道段之间具有第一节流喷嘴，第一节流喷嘴抵接在换向套筒的内侧壁上，第一调节件设置于第一节流喷嘴内；沿第一调节件的延伸方向，第一调节件的横截面积先增大后减小；
8、当触发件带动第一调节件向接头移动时，第一节流喷嘴对应于第一调节件的不同横截面积，以使第一节流喷嘴与第一调节件之间的节流面积改变。
9、如上述的自适应复合冲击钻井装置，第二流道段和第三流道段之间设置有第二节流喷嘴，第二节流喷嘴旋合于换向套筒的内侧壁上，第二调节件设置于第二节流喷嘴内；第二调节件的横截面积由接头向钻头的方向逐渐增大；
10、当触发件带动第一调节件向接头移动时，第二节流喷嘴对应于第二调节件的不同横截面积，以使第二节流喷嘴与第二调节件之间的节流面积改变。
11、如上述的自适应复合冲击钻井装置，触发件包括第一活塞杆、第二活塞杆、液压油腔和支撑件，第一活塞杆的第一端旋合于支撑件内，第一活塞杆的第二端与液压油腔连接，第二活塞杆的第一端与液压油腔连接，第二活塞杆的第二端可伸缩设置于钻头的端部。
12、如上述的自适应复合冲击钻井装置，流体调节组件包括第一连接件和第二连接件，第一连接件与第二连接件穿设于第一节流喷嘴和第二节流喷嘴内，且第一连接件与第二连接件互相连接，第一调节件设置于第一连接件的靠近接头一端，第二调节件设置于第一连接件和第二连接件的连接处。
13、如上述的自适应复合冲击钻井装置，换向套筒和周向冲锤均包括第一通孔和第二通孔，流体通过第一通孔或第二通孔流向轴向压力腔内，以带动轴向冲锤沿壳体的轴向运动。
14、如上述的自适应复合冲击钻井装置，周向冲击套筒包括多个第一扇形凹槽，多个第一扇形凹槽沿周向冲击套筒的内侧壁间隔设置，周向冲锤的外端面间隔设置有多个扇形凸台，扇形凸台插设于第一扇形凹槽内，以使第一扇形凹槽的两个侧壁与周向冲锤的外端面之间形成第一周向压力调节腔；
15、换向套筒还包括凸台，凸台上对应设置有第五通孔和第六通孔，周向冲锤的周向间隔设置有第四通孔和第五通孔，流体通过换向套筒的第五通孔与周向冲锤的第四通孔流动至第一周向压力调节腔，以使第一周向压力调节腔的第一端形成高压区，换向套筒的第六通孔与周向冲锤的第五通孔交错，以使第一周向压力调节腔的第二端形成低压区，周向冲锤在高压区和低压区的压力差的作用下旋转。
16、如上述的自适应复合冲击钻井装置，换向套筒还包括第二扇形凹槽和第四通孔，第二扇形凹槽的两个端面与周向冲锤的内侧壁之间形成第二周向压力调节腔；
17、周向冲锤还包括第六通孔和第七通孔，周向冲击套筒还包括第一半圆柱凹槽和第二半圆柱凹槽，第一半圆柱凹槽沿周向冲击套筒的内侧壁设置，第二半圆柱凹槽沿周向冲击套筒的外侧壁设置，第二半圆柱凹槽内设置有侧壁通孔，侧壁通孔和周向冲锤的第七通孔连通，第一半圆柱凹槽与周向冲锤的第六通孔连通，其中，中心流道内的流体通过换向套筒的第四通孔与第二周向压力调节腔连通。
18、如上述的自适应复合冲击钻井装置，换向套筒的外侧壁与周向冲锤的内侧壁之间形成环空区，换向套筒还包括第三通孔，中心流道可经由换向套筒的第三通孔与环空区连通。
19、本技术提供的一种自适应复合冲击钻井装置，包括接头、钻头、壳体和设置在壳体内的流体调节组件；壳体具有中心流道，用于供流体流动；接头和钻头分别设置在壳体的两端；沿接头至钻头的方向，中心流道包括相互连通的第一流道段、第二流道段、第三流道段；中心流道内设置有流体调节组件，流体调节组件包括相互连接的第一调节件、第二调节件和触发件，第一调节件位于第一流道段和第二流道段之间；第二调节件位于第二流道段和第三流道段之间；触发件位于第三流道段内，且至少部分触发件由钻头的端部伸出，并用于抵接地层；当钻头抵接软质地层时，触发件推动第一调节件和第二调节件朝向接头移动第一位移，以使第一调节件处的流速减小，第二调节件处的流速增大；当钻头抵接硬质地层时，触发件推动第一调节件和第二调节件朝向接头移动第二位移，以使第一调节件处的流速增大，第二调节件处的流速减小；其中，第一位移大于第二位移。由此可见，本技术通过将定量的高压流体持续注入中心流道内，并将中心流道与套设在壳体内部的周向冲锤、周向冲击套筒、轴向冲锤与换向套筒连通，以使流体流经轴向冲锤和周向冲锤的不同端面产生不同的压力，促使轴向冲锤和周向冲锤在压力差的作用下分别进行轴向和周向运动；通过触发件推动第一调节件和第二调节件移动，调节第一流体调节件和第二流体调节件与换向套筒之间的节流面积，以改变流经第一调节件和第二调节件的流体的流速，实现分别调节轴向载荷和周向载荷大小的目的。本技术提供的一种自适应复合冲击钻井装置，可以分别实现轴向和扭转冲击载荷的调节，钻头在软硬交错地层的适应性较好，提高了钻头的破岩效率。
20、本技术取得的有益技术效果：
21、(1)本技术通过沿壳体的径向依次内外套设换向套筒和周向冲锤，在周向冲锤的外端面设置轴向冲锤和周向冲击套筒，使得轴向冲锤的上、下两个端面、周向冲锤的外端面和壳体的内侧壁之间形成两个轴向压力调节腔，周向冲击套筒和周向冲锤之间形成第一周向压力调节腔，通过改变周向冲锤与换向套筒的连通位置，使得两个轴向压力调节腔之间和第一周向压力调节腔内形成不同的压力区，从而促使轴向冲锤和周向冲锤在压力差的作用下分别沿轴向和周向运动。
22、(2)本技术通过在换向套筒的外端面设置凹槽，在周向冲锤的内端面设置凸起结构，并将换向套筒套设于周向冲锤内，使得凹槽的两个端面与周向冲锤的内端面之间形成第二周向压力调节腔，通过改变周向冲击套筒与周向冲锤和换向套筒的连通位置，使得第二周向压力调节腔内形成不同的压力区，凸起结构在压力差的作用下在凹槽内发生移动，以带动换向套筒完成换向操作。
23、(3)pdc钻头在钻进不同硬度地层或软硬交错地层时，当钻头切削深度发生变化，钻头切削齿的受力状态不同，所需的轴向冲击和扭转冲击载荷幅值和频率不同。本技术通过在中心流道内注入定量的高压流体，并在中心流道的不同位置上分别设置第一调节件和第二调节件，通过触发件带动第一连接件和第二连接件运动。第一调节件和第二调节件处的流体流速会随钻头切削齿切削深度的改变而发生改变，能够实时实现周向冲击载荷和轴向冲击载荷幅值和频率的大小随着所钻地层性质的自适应调节。
24、除了上面所描述的本技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本技术提供的一种自适应复合冲击钻井装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施例中作出进一步详细的说明。
1.一种自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，包括接头、钻头、壳体和设置在所述壳体内的流体调节组件；所述壳体具有中心流道，用于供流体流动；所述接头和所述钻头分别设置在所述壳体的两端；
2.根据权利要求1所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述壳体还包括换向套筒、周向冲锤、轴向冲锤和周向冲击套筒，沿所述壳体的中心至边缘的方向，所述换向套筒、所述周向冲锤及所述轴向冲锤依次内外套设；
3.根据权利要求2所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述第一流道段和所述第二流道段之间具有第一节流喷嘴，所述第一节流喷嘴抵接在所述换向套筒的内侧壁上，所述第一调节件设置于所述第一节流喷嘴内；沿所述第一调节件的延伸方向，所述第一调节件的横截面积先增大后减小；
4.根据权利要求3所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述第二流道段和所述第三流道段之间设置有第二节流喷嘴，所述第二节流喷嘴旋合于所述换向套筒的内侧壁上，所述第二调节件设置于所述第二节流喷嘴内；所述第二调节件的横截面积由所述接头向所述钻头的方向逐渐增大；
5.根据权利要求4所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述触发件包括第一活塞杆、第二活塞杆、液压油腔和支撑件，所述第一活塞杆的第一端旋合于所述支撑件内，所述第一活塞杆的第二端与所述液压油腔连接，所述第二活塞杆的第一端与所述液压油腔连接，所述第二活塞杆的第二端可伸缩设置于所述钻头的端部。
6.根据权利要求5所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述流体调节组件包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与所述第二连接件穿设于所述第一节流喷嘴和所述第二节流喷嘴内，且所述第一连接件与所述第二连接件互相连接，所述第一调节件设置于所述第一连接件的靠近所述接头一端，所述第二调节件设置于所述第一连接件和所述第二连接件的连接处。
7.根据权利要求2-6任一项所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述换向套筒和所述周向冲锤均包括第一通孔和第二通孔，所述流体通过所述第一通孔或所述第二通孔流向所述轴向压力腔内，以带动所述轴向冲锤沿所述壳体的轴向运动。
8.根据权利要求2-6任一项所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述周向冲击套筒包括多个第一扇形凹槽，多个所述第一扇形凹槽沿所述周向冲击套筒的内侧壁间隔设置，所述周向冲锤的外端面间隔设置有多个扇形凸台，所述扇形凸台插设于所述第一扇形凹槽内，以使所述第一扇形凹槽的两个侧壁与所述周向冲锤的外端面之间形成所述第一周向压力调节腔；
9.根据权利要求2-6任一项所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述换向套筒还包括第二扇形凹槽和第四通孔，所述第二扇形凹槽的两个端面与所述周向冲锤的内侧壁之间形成所述第二周向压力调节腔；
10.根据权利要求2-6任一项所述的自适应复合冲击钻井装置，其特征在于，所述换向套筒的外侧壁与所述周向冲锤的内侧壁之间形成环空区，所述换向套筒还包括第三通孔，所述中心流道可经由所述换向套筒的第三通孔与所述环空区连通。
