CN101493000B - 扭转震击器 - Google Patents

Abstract

一种用于石油及天然气钻井的井下震击解卡的扭转震击器。其主要特点为：花键心轴、延长心轴、活塞轴和冲管依次相连组成活动部件；花键筒、中连接筒、下连接筒和下接头筒依次相连组成固定部件；活塞套装在活塞轴上和冲管、中连接筒、下连接筒组成液压延时机构和震击机构。震击器组合在钻具中，当钻台上上提钻柱，安全件被拉断，心轴向上运动，同时心轴发生扭转变形，在经过一定的延时后，心轴释放，产生强烈的上击。扭转震击器的优点就是：能提高震击解卡效率。

Description

扭转震击器

所属技术领域

本发明属于石油及天然气钻井井下工具，是一种连接在钻柱组合中用于井下震击解卡的液压式扭转随钻震击器。适用于包括定向井、水平井以及大位移井等复杂工况在内的各种钻井作业。

背景技术

在现代石油钻井过程中，由于地质构造复杂(如井壁坍塌、裸眼中地层的塑性流动和挤压)、技术操作不当(如停泵时间过长、钻头泥包等)等原因，常常发生卡钻事故。卡钻对钻井影响很大，造成的危害也很大。处理卡钻事故轻者浪费大量人力物力和时间，重者会造成油井的报废，损失是很难估计的。液压式随钻震击器是连接在钻柱组合当中用于预防和处理卡钻事故的一种井下工具。当钻具受阻被卡时，利用震击器给卡点以向上或向下的震击力，使卡点松动，以达到解卡的目的。

震击解卡技术已经在石油钻井作业中使用很多年了。然而，在定向井、水平井和大位移井中，震击器震击解卡的效果并不是太好，有时甚至不能震击。原因之一就是震击器没有复位或者震击器已经损坏；另一个原因：井深加深，钻柱和井壁的摩擦力越来越大，钻柱的悬重越来越大，导致加到震击器上面的有效拉力越来越小，最终导致震击器无法击发或者即使击发，震击解卡效果也不明显。

现有液压式随钻震击器的工作原理如下：当心轴受拉时，活塞上行，由于活塞与缸体内壁形成密封，只允许少量液体通过，钻柱在液体压力作用下储存了一定的变形能。当活塞移动到释放位置，这时液压缸的上油腔和下油腔突然连通，活塞移动的阻力急剧变小，活塞加速向上运动，震击机构产生震击。从上面的工作原理可以看出，液压式随钻震击器动力源来源于司钻。震击力的大小很大程度上依靠司钻施加的提拉力，随着井深的加深，加在震击器上的有限拉力越来越小。其不足之处为：即使震击器受很小的拉力也会产生震击，所以在钻进、起下钻、接单根或触井底时常发生误震；并且液压式随钻震击器在下井之前必须使心轴呈完全拉开的状态，而且还只能处于钻柱受拉的部位。这些不足都限制了液压式随钻震击器的使用范围。

目前，国内各大油田使用的随钻震击器主要来自于Weatherford、Baker、Bowen、NationalOilwell、Rocan、Cougar、贵州高峰机械厂、北京石油机械厂。每个厂家都开发设计了一系列的液压式随钻震击器，但是基本上没有扭转震击器(特别是国内的生产厂家)。进入21世纪，我国的石油工业进入了一个飞速发展的阶段，具有复杂工况的复杂井与日俱增，而目前所使用的随钻震击器的不足也在不断的显现，现在就急需一种新型的随钻震击器来弥补现有震击器的不足。在这种状况下，研究扭转震击器是很有必要的。

发明内容

本发明目的是提供一种扭转震击器，用于解决现有震击器的不足：提高震击解卡效率。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：(1)将圆柱形(或锥形)活塞设计为带有螺旋槽的圆柱形活塞，将下连接筒的下油腔内表面同样设计为与之相配合的螺旋形槽；当井下发生卡钻事故需要解卡时，提拉钻柱，活塞在震击器内产生螺旋运动，使被卡钻具产生拉伸和扭转变形，通过对卡点处实施强烈的向上震击力，使卡点松动，以达到迅速解卡的目的。(2)在活塞底部均匀分布2个凹槽，在每个凹槽的顶部各有1个油道，允许液压油通过。(3)在冲管的接头端面上均匀分布2个凸台，与活塞底部的凹槽相配合，用于传递扭矩。

本发明由扭矩传递机构、机械锁定机构、震击机构及液压延时机构组成。扭矩传递机构：花键心轴上的公花键与花键筒上的母花键配合，花键筒依次与中连接筒、下连接筒和下接头筒相连。机械锁定机构：锁定机构由两个安全件组成，按180度的角度均匀装在花键心轴和花键筒之间，每个安全件形如哑铃，两端各有一个圆柱形头部，中间的柄上带有一段预先调定好的可断区，将安全件放入相应的槽中，而后用开口环将头部挡住。震击机构：活塞装在活塞轴上，活塞轴与延长心轴以螺纹相连，中连接筒和下连接筒以螺纹相连。液压延时机构的活塞装在活塞轴上，活塞轴与冲管以螺纹连接，下连接筒和下接头筒用螺纹连接。

本发明的优点就是：(1)当震击解卡时，钻柱产生扭转，沿着钻柱作用的拉力将转变成扭矩，扭矩可用于抵消钻柱和井壁之间的摩擦力，在相同的大钩载荷下，就有更多的有效拉力作用于震击器上，因此震击力明显增大，震击效率明显提高。(2)扭转震击器允许钻柱发生扭转(特别是上部钻柱)，减小了钻柱与井壁之间的摩擦力，提高钻井液携带岩屑的能力，加大净化井眼的能力。(3)机械锁定机构的设置，使得扭转震击器较自由地组合在钻具中，无论是在受拉、受压还是在中和点都可以连接扭转震击器，扭转震击器的使用范围扩大了。

附图说明

图1扭转震击器的结构简图，

图2活塞剖面图，

图3活塞立体图，

图4冲管剖面图，其中

1  花键心轴

2  花键筒

3  中连接筒

4  下连接筒

5  下接头筒

6  延长心轴

7  活塞轴

8  活塞

9  冲管

10 刮油环

11 挡圈

12 O型密封圈

13 密封环

14 油堵孔

15 O型密封圈

16 O型密封圈

17 Y型密封圈

18 O型密封圈

19 O型密封圈

20 O型密封圈

21 组合密封

22 O型密封圈

23 O型密封圈

24 组合密封

25 凹槽

26 油道

27 油道

28 凸台

具体实施方式

下面结合附图1说明本发明的具体实施方式：将花键筒2紧固到拆卸机的车床(或虎钳)上，安装两个密封环13，加少量油到两个O型密封圈上12，并将每个O型密封圈以及两个挡圈11安装到密封套内，安装刮油环10，并轻覆一层油膜到花键筒密封总成内侧。润滑花键心轴1的花键和镀铬面，将花键心轴1的公扣端插入花键筒2，确保不损伤到花键和密封件，转转花键心轴1，直到花键心轴1的外花键和花键筒2的内花键相啮合。将O型密封圈16装在花键心轴1下部的槽内，并在其公扣上涂抹防粘剂，用套筒工具将延长心轴6上紧至规定的扭矩值。在延长心轴6下部的槽内装入O型密封圈19，并将Y型密封圈17、O型密封圈18装在活塞轴7上端的槽内，然后用套筒工具将延长心轴6和活塞轴7连接在一起并上紧至规定的扭矩值。将O型密封圈15安装在花键筒2的公扣上，并在花键筒2的公扣上涂抹防粘剂并与中连接筒3连接。将活塞8装在活塞轴7的下部并与冲管9连接，在中连接筒3下部的凹槽内装入组合密封21，将O型密封圈20装在中连接筒3的公扣上，并在公扣上涂抹防粘剂，然后将中连接筒3与下连接筒4相连，并确保活塞8上的螺旋槽与下连接筒4的螺旋槽对准；将下连接筒4和下接头筒5相连。通过花键筒2的油堵孔14注入适量的齿轮油或同类型的油，直到从中连接筒3的油堵孔14冒出油为止；同时也在下连接筒4的油堵孔14内注入适量的抗磨液压油，直到下连接筒4的另一油堵孔14冒出油为止。最后用油堵封堵。到此整个震击器的组装完成。

该机构的工作原理如下：正常钻进时，花键筒2套装在花键心轴1的外花键部位将钻机施加给钻具的扭矩由花键心轴1的外花键传递给花键筒2的内花键，然后通过中连接筒3、下连接筒4以及下接头筒5，进而传递给与下接头筒5相连的下部钻具。

井下发生卡钻事故时，提拉花键心轴1，当拉力大到一定数值时，安装在花键心轴1和花键筒2之间的安全件被拉断，液压延时系统启动，与此同时带动延长心轴6、活塞轴7、活塞8以及冲管9一起向上运动。由于活塞8的螺旋槽与下连接筒4的螺旋槽形成密封，只允许少量的油液流过油道27，有一定的延时作用，震击器上部钻具受拉积聚了一定的弹性势能；同时又由于活塞8与冲管9是通过凸台连接在一块，在上行过程中活塞8与冲管9刚性连接在一起发生扭转变形，从而带动上部钻柱一起扭转变形，减小了钻柱与井壁之间的摩擦力。又由于下部被卡钻具具有一定的弹性，因此被卡钻具也会产生扭转变形。当活塞8运动到上油腔时，液压油无阻碍的流向下油腔，加在活塞8上的高压瞬间减小，活塞8和上部钻柱在恢复扭转变形的同时加速向上运动，然后活塞8与中连接筒3的下端面发生轴向打击，产生震击。同时下部被卡钻具产生周向弹性恢复，相当于下部被卡钻具产生周向震击力。

复位时，花键心轴1受压带动活塞8向下运动，活塞8进入下连接筒4的螺旋段时，由于活塞8的不断向下运动，造成液压油的压力不断的升高，在压力到达一定数值后，活塞8被迫在有限的范围内向上运动，这样液压油就可以无阻碍的通过活塞8底部凹槽25顶部的油道26返回上油腔。此时，轻轻转动钻柱将花键心轴1的外花键和花键筒2的内花键再一次配合，当液压油全部返回上油腔后，震击器复位完成。等待下一次震击操作，这样就完成一次震击作业。

Claims (1)

1.一种扭转震击器，由扭矩传递机构、震击机构及液压延时机构组成，扭矩传递机构：花键心轴(1)上的公花键与花键筒(2)上的内花键啮合，花键筒(2)依次与中连接筒(3)、下连接筒(4)和下接头筒(5)相连；震击机构：活塞(8)装在活塞轴(7)上，活塞轴(7)上端与延长心轴(6)以螺纹相连，所述中连接筒(3)和所述下连接筒(4)以螺纹相连；液压延时机构的所述活塞(8)装在所述活塞轴(7)上，所述活塞轴(7)下端与冲管(9)以螺纹连接，所述下连接筒(4)和所述下接头筒(5)用螺纹连接；活塞(8)外形带有螺旋形槽，下连接筒(4)下油腔带有与之相配合的螺旋形槽，向上提拉钻柱时，活塞(8)能在下油腔内螺旋上升；活塞(8)底部在圆周方向上均匀分布有2个凹槽(25)，每个凹槽(25)顶部各有一个油道(26)；在冲管(9)的接头上均匀分布2个凸台(27)；当活塞上升时，凸台(27)与活塞(8)上的2个凹槽(25)相配合。

Images