CN101319595B - 油气钻井用射流式冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气钻井机具，尤其是油气钻井用射流式冲击器。射流元件设有双面大面积排空道，行程调节杆和活塞杆设计成一体，碟簧架即是碟形弹簧的固定支架，也是射流元件的压盖。它改进了现有射流式冲击器外缸内部诸零件的轴向定位形式，克服了射流式冲击器主要部件之间密封容易失效的问题，防空打机构更加有效的实现了防空打功能，射流元件的进一步改善大大的延长了冲击器的工作寿命。

Description

油气钻井用射流式冲击器

技术领域：

本发明涉及一种油气钻井机具，尤其是油气钻井冲击钻井用的射流式液动冲击器。

背景技术

现有的石油、天然气钻井主要采用普通回转钻进技术，配合牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头及喷射钻井工艺，当钻进遇到硬岩层时，钻进效率很低，钻头使用寿命短，施工周期较长，成本较高。CN2040529公开的液动射流式冲击回转钻具，适应的冲洗液为水及低固相泥浆，一旦冲洗液中固相含量较高时，其射流元件磨损严重，大大降低射流元件使用寿命，严重影响钻进工作的稳定性和可靠性。

现有的液动射流式冲击器，一般由射流元件、缸体上端压盖及置于缸体内腔的活塞、活塞杆和由活塞将缸体内腔分成的上腔体、下腔体以及冲锤组成。在CN2385068Y中公开了一种深井钻孔液动射流式冲击器，其内部主要部件采用橡胶密封，即在内缸和外缸之间设置橡胶密封圈，使内缸外侧壁的条形豁口与外缸内壁之间形成密封通道，从而达到使来自射流元件的高压流体进入缸体下腔的目的。这种密封形式在地质岩心钻探和工程施工领域基本能够满足使用要求。但是，在石油、天然气钻井过程中，随着钻进深度的增加，孔内温度不断升高，与外缸内壁直接接触的橡胶密封圈容易在高温条件下老化而导致密封失效。高压流体进入下腔通道的密封条件一旦破坏将影响射流元件的正常工作，且如果高压射流不能正常切换，还可能导致射流元件因单侧连续冲蚀而损坏。由于射流元件及缸盖的缺陷使冲击器在孔底的工作很不稳定，使用寿命也受到了严重影响。在CN2550477Y中公开的一种射流式冲击器的主要部件之间的密封进行了改进，将使用橡胶密封圈密封而形成的封闭通道改为一体化通道，这种密封方式在使用过程中存在焊接部位开裂导致密封失效的潜在风险。

此外，现有的液动射流式冲击器内部结构有一定的缺陷，例如外缸内部各个零部件之间如果太紧则冲击器不能正常工作甚至冲锤不动，相反各个零部件之间如果太松则射流元件与缸体顶面间泄漏造成冲蚀，冲击器工作时间也会缩短；现有的射流式冲击器能够实现防空打，其原理是由八方套控制砧子轴向位移，在活塞杆和冲锤的自重作用下使其自动下滑，并带动活塞下行关闭下腔和液流进出通道实现防空打，防空打效果并不理想。

发明内容：

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种射流元件采用双面大面积排空道，取消了射流元件压盖上的分流孔，防空打灵敏，密封可靠，工作寿命长的油气钻井用射流式冲击器。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

射流元件6设有双面大面积排空道5，射流元件6的压盖上无分流喷咀，行程调节杆21和活塞杆9设计成一体，上接头1与碟簧架2间安装一组碟形弹簧3，碟簧架2即是碟形弹簧3的固定支架，也是射流元件6的压盖。

本发明的目的还可以通过以下方式实现：

活塞杆9与缸体8配合段的下端面至缸盖10的上端面这一段直径比其与缸盖10的配合段直径小0.5mm-1.5mm；缸盖10设有一个或一个以上螺旋槽；缸体8与活塞杆9之间、活塞杆9与缸盖10之间均采用金属螺旋槽密封；砧子上紧靠半圆卡15的下方开有与内通道20相通的斜孔19。

有益效果：油气钻井用射流式液动冲击器，活塞杆与缸盖之间均采用金属螺旋槽密封，克服了这二者之间密封圈密封容易失效的问题，防空打机构更加有效的实现了防空打功能，射流元件的进一步改善大大延长冲击器在井底的工作寿命。

附图说明

附图：油气钻井用射流式冲击器剖视图

1上接头，2碟簧架，3碟形弹簧，4调整垫，5排空道，6射流元件，7外缸，8缸体，9活塞杆，10缸盖，11定位销，12中接头，13冲锤，14外管，15半圆卡，16斜向上气孔，17八方套，18砧子，19砧子上的斜孔，20中通道，21行程调节杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步详细说明：

射流元件6设有双面大面积排空道5，射流元件6的压盖上无分流喷咀，行程调节杆21和活塞杆9设计成一体，上接头1与碟簧架2间安装一组碟形弹簧3，碟簧架2即是碟形弹簧3的固定支架，也是射流元件6的压盖，缸体8外壁开设2个以上轴向凹槽与外缸7内壁一起构成了液流流向孔底的通道，该通道与射流元件6的两个排空道连通。活塞杆9与缸体8配合段的下端面至缸盖10的上端面这一段直径比其与缸盖10的配合段直径小0.5mm-1.5mm；缸盖10没有一个或一个以上螺旋槽；缸体8与活塞杆9之间、活塞杆9与缸盖10之间均采用金属螺旋槽密封；砧子上紧靠半圆卡15的下方开有与内通道20相通的斜孔19。防空打开始时，缸盖内孔表面开设的贯通其两端面的螺旋槽，为活塞、缸体和缸盖围成的封闭空间内的液体提供了泄放通道，可降低该封闭空间内的液体压力，减轻对活塞的下行阻力，有利于提高防空打的灵敏性。

上接头1和外缸7、中接头12和外缸7都是通过螺纹连接。上接头下端面、碟形弹簧3、碟簧架2、射流元件6、缸体8、缸盖10、中接头上端面静力配合，碟形弹簧3根据上接头1的拧接松紧程度，通过变形顶紧和缓冲各部件之间的应力，保证各个部件之间的良好结合。射流元件6加工的尺寸要比以前的长度人30％，为增大排空道的长度和较大幅度增加其过流面积创造了条件，从而提高了过流断面积，并且双侧排空道的实现降低了排空道流体流动速度，减少对缸体8内壁的冲蚀。外缸7内部诸零件的顶紧定位靠碟形弹簧3实现，既不使缸体8变形过大导致活塞杆9被卡死，又可以保证射流元件6与缸体8顶部之间可靠密封。缸体8外壁开设2个轴向凹槽与外缸7内壁一起构成了液流流向孔底的通道，该通道与射流元件6的两个排空道连通，砧子上紧靠半圆卡15的下方开有与内通道20相通的斜孔19。缸盖10设有1个螺旋槽。起调节活塞冲程的行程调节杆21和活塞杆9是一体的。加工了螺旋槽的缸盖10内壁与活塞杆9外表面动配合；冲锤13与外管14同心动配合，不与外管内表面接触；活塞上部直径最大而加工有螺旋槽的那段圆柱面与缸体的内壁动配合。碟簧架2加工成下端面全封闭形式，与外缸7紧密配合，保证不渗漏。冲锤13与砧子18在不工作的时候静接触，同时保证其同心。中接头12和外缸7是螺纹连接，外管14和八方套17通过螺纹连接，缸体8与活塞杆9之间、活塞杆9与缸盖10之间均采用金属螺旋槽密封，简化密封结构，提高耐高温能力，延长密封寿命，提高防空打灵敏度。活塞杆9与缸体8配合段的下端面到缸盖10上端面这一段，直径比其与缸盖10配合段的直径小0.5mm到1.5mm，随着防空打的进行，活塞杆下行，活塞杆与缸盖间的泄放通道过流断面积加大，有利于活塞、缸体和缸盖围成的封闭空间内的液体的快速泄放；当该环槽完全贯通缸体下腔与缸盖下方的空间时，活塞、缸体和缸盖围成的封闭空间内的液体泄放更加通畅，压力消散，活塞下端面受到的向上作用力消失，若将砧子压紧强迫活塞冲锤回到初始位置，则无使活塞回程的外力，可以可靠实现防空打。半圆卡15套装在砧子上，砧子上部开设两个斜孔19，防空打时起加速半圆卡15、砧子、外管14和八方套17间围成的空间中的液体泄放，有利于减小砧子下滑阻力，提高防空打的灵敏度；砧子与八方套17圆柱面配合部位设计较大壁厚，提高强度和刚度，减小受冲锤冲击产生的轴向和径向变形，防止变形引起砧子下滑遇卡阻，增加防空打的灵敏度和可靠性；砧子上部外径较与八方套17圆柱面配合部位直径小4mm，受冲击后变形后，直径仍然小于八方套17内径，避免砧子下滑遇阻，增加防空打的灵敏度和可靠性。行程调节杆21的设计摈弃了传统的调节锥杆设计，行程调节杆21和活塞杆9设为一体，最小行程为30mm，根据钻井工艺需要，可以通过适当截断活塞杆9尾部，实现对行程的调节。活塞杆9尾部行程调节段与活塞杆9粗段(活塞杆与缸体间的密封段)采用环槽光滑过渡，减少应力集中，提高强度和可靠性。为避免分流结构的冲蚀和分流流量的不确定性，去掉了分流结构，使全部流量进入射流元件6及冲击器，充分利用流体能量，按全流量设计冲击器的结构参数，提高冲击器工作的工作参数和可靠性。带螺旋槽缸盖10替换常规缸盖，其它条件不变，各个泵量条件下冲击器性能、冲击频率和冲击力度都略有提高，证明了活塞杆9与缸盖10间采用螺旋槽非接触密封，不但可以减小活塞杆9与缸盖10间的摩擦力，有效实现密封，而且大大简化了密封结构，较大幅度提高工作寿命。

Claims (5)

1.一种油气钻井用射流式冲击器，它由上接头(1)、射流元件(6)、外缸(7)、缸体(8)、冲锤(13)、砧子(18)构成，其特征在于：射流元件(6)设有双面大面积排空道(5)，射流元件(6)的压盖上无分流喷咀，行程调节杆(21)和活塞杆(9)设计成一体，上接头(1)与碟簧架(2)间安装一组碟形弹簧(3)，碟簧架(2)既是碟形弹簧(3)的固定支架，也是射流元件(6)的所述压盖，该冲击器还包括中接头(12)和缸盖(10)，上接头(1)和外缸(7)、中接头(12)和外缸(7)都是通过螺纹连接，上接头(1)下端面、蝶形弹簧(3)、碟簧架(2)、射流元件(6)、缸体(8)、缸盖(10)、中接头(12)上端面静力配合，冲锤(13)与砧子(18)在不工作时静力接触。

2.按照权利要求1所述的油气钻井用射流式冲击器，其特征在于，活塞杆(9)与缸体(8)配合段的下端面至缸盖(10)的上端面这一段直径比其与缸盖(10)的配合段直径小0.5mm-1.5mm。

3.按照权利要求1所述的油气钻井用射流式冲击器，其特征在于，缸盖(10)设有一个以上螺旋槽。

4.按照权利要求1所述的油气钻井用射流式冲击器，其特征在于，缸体(8)与活塞杆(9)之间、活塞杆(9)与缸盖(10)之间均采用金属螺旋槽密封。

5.按照权利要求1所述的油气钻井用射流式冲击器，其特征在于，砧子上紧靠半圆卡(15)的下方开有与内通道(20)相通的斜孔(19)。

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