CN101666207A - 蓄能式液压潜孔锤 - Google Patents

Abstract

一种蓄能式液压潜孔锤，它冲击功大，能量利用率高，适合泥浆深井钻探，主要应用于石油钻井、水井钻探、岩心钻探、基础桩孔钻井等工程，是一种大幅提高钻井效率、质量，降低钻井成本的碎岩工具，它是由上接头、外壳、砧子和装在壳体里面的具有阀控、举锤、蓄能和击锤功能的阀控击锤机构组成，由液压表面力推动活塞作功可以高效率利用液能，用较小的压强和流量就能使锤簧获得击锤的设计能量；液流路线简单、通道断面大，击锤时排进下腔的钻井液能以很少的能耗迅速流向负压状态的上腔；举锤、蓄能和向井底排液都是在回程中完成，冲程时排向井底的瞬时流量几乎为零，因此钻井液进入潜孔锤后只在举锤时作功，击锤瞬间能耗极少。

Description

蓄能式液压潜孔锤

技术领域

本发明涉及应用于石油钻井、水井钻探、岩心钻探、基础桩孔钻井等工程的碎岩工具，特别是一种蓄能式液压潜孔锤。

背景技术

现有液压潜孔锤主要有三种类型：正作用、双作用和反作用以及由它们派生出来的复合作用潜孔锤。上述三类潜孔锤中正作用和双作用结构简单、性能稳定，有较好的耐背压特性，已被普遍采用，但它们都是直接由压力液流推动冲锤冲击作功，因此也都不同程度存在能量利用率低，冲击功小等严重缺陷。反作用液压潜孔锤的主要特点是，利用冲锤回程液能将冲程所需能量储存在蓄能器里，然后以泵入液流瞬间液能的数倍或数十倍释放能量推动冲锤冲击作功，因此冲击功大，能量利用率高。但是此类潜孔锤必须配有结构简单、性能可靠，耐背压特性好，适应泥浆、深井和高频振动的蓄能器；能够及时、准确、快速切换，具有大断面排液通道的阀门和击锤瞬间排液阻力能降到最小才能达到理想的效果。由于已有技术中没有很好的解决上述问题，因此反作用液压潜孔锤未能在生产中得到推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种蓄能式液压潜孔锤，能够大幅度提高钻进效率、质量和降低钻井成本，克服上述现有技术存在的不足。

本发明通过以下技术方案实现：

一种蓄能式液压潜孔锤，它主要由上接头、外壳、导流管、锤杆、吊座、锤簧、调节螺母、缸套、阀簧、活塞、阀门、砧子等件构成，外壳和导流管的上部分别与上接头刚性连接，锤杆中心有轴向贯穿的钻井液通道，其特征在于：导流管下部的外径与锤杆上部对应部位的钻井液通道内壁形成滑动密封配合，吊座一头套在锤杆上部以托住锤杆，另一头与上接头刚性连接，吊座侧壁上有通液孔将外壳中的上腔与下腔连通；调节螺母通过螺纹连接在锤杆中部，套在锤杆上段的锤簧按设计预压量压缩于吊座与调节螺母之间，调节螺母下方有依次套在锤杆上的缸套、阀簧、活塞和阀门；缸套与阀门外径刚性连接，阀门内径与锤杆下部的对应部位形成滑动密封配合，锤杆与活塞内径刚性连接，活塞的外径与缸套内壁形成滑动密封配合，阀簧在活塞封底的缸套内腔中，活塞与阀门之间的阀腔通过锤杆下部的径向孔连通锤杆钻井液通道；位于锤杆钻井液通道正下方的砧子外径与外壳花键连接并可限量轴向移动，砧子外侧开有连通外壳中的下腔与砧子下方排液端的砧子排液孔。

本发明提出的蓄能式液压潜孔锤，具有以下优点和积极效果：

1、由液压表面力推动活塞(10)作功可以高效率利用液能，用较小的压强和流量就能使锤簧(6)获得击锤的设计能量。

2、液流路线简单、通道断面大，击锤时排进下腔(23)的钻井液能以很少的能耗迅速流向负压状态的上腔(13)。

3、举锤、蓄能和向井底排液都是在回程中完成，冲程时排向井底的瞬时流量几乎为零，因此钻井液进入潜孔锤后只在举锤时作功，击锤瞬间能耗极少。

4、它冲击功大，能量利用率高，适合泥浆深井钻探，主要应用于石油钻井、水井钻探、岩心钻探、基础桩孔钻井等工程，是一种大幅提高钻井效率、质量，降低钻井成本的碎岩工具。它是由上接头、外壳、砧子和装在壳体里面的具有阀控、举锤、蓄能和击锤功能的阀控击锤机构组成。结构简单，装拆容易，使用中无需调试。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中各构件为：1、上接头，2、外壳，3、导流管，4、锤杆，5、吊座，6、锤簧，7、调节螺母，8、缸套，9、阀簧，10、活塞，11、阀门，12、砧子，13、上腔，14、通液孔，15、锤杆上的钻井液通道内壁，16、阀行程上限，17、锤行程上限，18、活塞外径，19、阀腔，20、径向孔，21、阀门内径，22、锤杆下端面，23、下腔，24、砧子排液孔。

具体实施方式

实施例

本蓄能式液压潜孔锤如图1所示，由上接头1、外壳2、导流管3、锤杆4、吊座5、锤簧6、调节螺母7、缸套8、阀簧9、活塞10、阀门11和砧子12等件构成，其特征在于：外壳和导流管的上部分别与上接头刚性连接；锤杆中心开有贯穿的钻井液通道，通道上段内壁与导流管滑动密封配合；吊座套在锤杆上部以托住锤杆，另一头与上接头刚性连接，吊座管壁上有通液孔连通外壳中的上腔与下腔；锤簧6套在锤杆4上段，调节螺母7顺着锤杆上的螺纹将锤簧按设计预压量压缩于吊座与调节螺母之间；调节螺母以下套有缸套8、阀簧9、活塞10和阀门11，活塞的内径与锤杆刚性连接，外径18与缸套滑动密封配合，阀门的外径与缸套刚性连接，内径21与锤杆滑动密封配合；锤杆下部有径向孔20与阀腔19连通；砧子与外壳花键连接并可限量轴向移动，砧子外侧有排液孔24连通砧子12下方排液端。

本发明还有以下特征：阀控、举锤、蓄能和击锤几项功能都是以锤杆为主体，将相关功能件和辅件组合起来成为一个功能完整的独立部件，简称阀控击锤机构，它结构简单、装拆容易，无需调试。

锤杆上段套接的锤簧是一根小刚度大压缩量的金属弹簧，其刚度是该弹簧单圈刚度的1/20～1/50，有利延长使用寿命，减少举锤过程压力变化梯度，而且金属弹簧不受背压影响。

环状平面阀门11排液截面大、切换迅速。滑动密封部位15、18和21都紧邻液流通道，有很好的清渣功能，适合泥浆中使用。

砧子12起到阀座的作用，当钻具提离井底，砧子下移，锤杆4被吊座5托住，其下端面22与砧子12分离，此时液流畅通，阀控击锤机构停止工作，避免空打。

本发明提出的蓄能式液压潜孔锤工作过程：

钻具下到井底，砧子12上移与锤杆4下端面22紧密压合，锤杆下端的钻井液通道出口被阻断，经导流管3进入锤杆中钻井液通道的液流从径向孔20进入阀腔19、迫使阀门11连同缸套8下移压缩阀簧9直至阀门压住砧子12，液流再次受阻，液压骤然升高并转而推动活塞10连同锤杆上升，压缩阀簧和锤簧6蓄能，并将停留在上腔13的钻井液流排至下腔23，直到活塞升至锤行程上限17继而推开阀门11，阀腔19内液压下降，被压缩的阀簧9迅速将阀门11和缸套8升至阀行程上限16，液流通道敞开，锤杆中的钻井液通道至下腔23处于完全卸压状态，此时锤杆连同阀控击锤机构受锤簧推力不断加速向砧子冲击。锤杆击砧后阀门11在惯性力和液压作用下随即关闭，下一个举锤、击锤周期开始，周而复始不停地冲击作功。

Claims (3)

1、一种蓄能式液压潜孔锤，它主要由上接头(1)、外壳(2)、导流管(3)、锤杆(4)、吊座(5)、锤簧(6)、调节螺母(7)、缸套(8)、阀簧(9)、活塞(10)、阀门(11)、砧子(12)构成，外壳(2)和导流管(3)的上部分别与上接头(1)刚性连接，锤杆(4)中心有轴向贯穿的钻井液通道，其特征在于：导流管(3)下部的外径与锤杆(4)上部对应部位的钻井液通道内壁(15)形成滑动密封配合，吊座(5)一头套在锤杆(4)上部以托住锤杆(4)，另一头与上接头(1)刚性连接，吊座侧壁上有通液孔(14)将外壳(2)中的上腔(13)与下腔(23)连通；调节螺母(7)通过螺纹连接在锤杆中部，套在锤杆(4)上段的锤簧(6)按设计预压量压缩于吊座(5)与调节螺母(7)之间，调节螺母(7)下方有依次套在锤杆(4)上的缸套(8)、阀簧(9)、活塞(10)和阀门(11)；缸套(8)与阀门(11)外径刚性连接，阀门(11)内径(21)与锤杆(4)下部的对应部位形成滑动密封配合，锤杆(4)与活塞(10)内径刚性连接，活塞(10)的外径(18)与缸套(8)内壁形成滑动密封配合，阀簧(9)在活塞(10)封底的缸套(8)内腔中，活塞(10)与阀门(11)之间的阀腔(19)通过锤杆(4)下部的径向孔(20)连通锤杆(4)钻井液通道；位于锤杆(4)钻井液通道正下方的砧子(12)外径与外壳(2)花键连接并可限量轴向移动，砧子(12)外侧开有连通外壳(2)中的下腔(23)与砧子(12)下方排液端的砧子排液孔(24)。

2、根据权利要求1所述的蓄能式液压潜孔锤，其特征在于以锤杆(4)为主体，将吊座(5)、锤簧(6)、调节螺母(7)、缸套(8)、阀簧(9)、活塞(10)和阀门(11)组合起来成为一个功能完整的独立部件实现阀控、举锤、蓄能和击锤功能。

3、根据权利要求1所述的蓄能式液压潜孔锤，其特征在于锤簧(6)是刚度为该弹簧单圈刚度1/20～1/50的金属弹簧。

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