CN102936998A - 自由活塞式冲击钻井系统 - Google Patents

Abstract

一种自由活塞式冲击钻井系统，包括空气管路、自由活塞式发动机和含冲击钎头的钻头，自由活塞式发动机包括燃料舱、缸体和喉管，燃料舱内设有平衡活塞，燃料舱上端与来自地面的空气管路相连通，燃料舱下端分别连通有吸油管路和溢油管路，吸油管路上连接有喷油泵，溢油管路上连接有溢油阀，吸油管路和溢油管路的末端共同连通有喷油阀，喷油阀包括喷油阀外壳，喷油阀外壳内设有喷油阀阀芯和喷油阀阀座，喷油阀阀芯外端连接有控制凸轮，喷油阀阀座与喉管相对应，喉管上方设有空气管路，喉管上方的空气管路中连接有空气滤清器；所述缸体上端连接有进气管路和排气管，喉管与进气管路相连通，进气管路与缸体的连接处设有进气气门。

Description

自由活塞式冲击钻井系统

技术领域

本发明涉及一种油气钻井系统，尤其涉及一种自由活塞式冲击钻井系统。

背景技术

现有钻井技术中，井下工具的动力来源主要有两种，一种是通过电缆输送到井下的电力，一种是来自循环钻井液的动力，其中循环钻井液的动力是最为常用的大功率动力源，可以用来驱动涡轮、螺杆钻具，也可以通过推动往复运动的活塞来执行各种井下操作。无论哪种动力源，都是以消耗地面的能源为代价的。

发明内容

本发明针对不足，提供一种能够节省能源消耗的自由活塞式冲击钻井系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种自由活塞式冲击钻井系统，包括空气管路、自由活塞式发动机和含冲击钎头的钻头，其特征在于，自由活塞式发动机包括燃料舱、缸体和喉管，燃料舱内设有平衡活塞，燃料舱上端与来自地面的空气管路相连通，燃料舱下端分别连通有吸油管路和溢油管路，吸油管路上连接有喷油泵，溢油管路上连接有溢油阀，吸油管路和溢油管路的末端共同连通有喷油阀，喷油阀包括喷油阀外壳，喷油阀外壳内设有喷油阀阀芯和喷油阀阀座，喷油阀阀芯外端连接有控制凸轮，喷油阀阀座与喉管相对应，喉管上方设有空气管路，喉管上方的空气管路中连接有空气滤清器；所述缸体上端连接有进气管路和排气管，喉管与进气管路相连通，进气管路与缸体的连接处设有进气气门，排气管与缸体的连接处设有排气气门，缸体内设有活塞，活塞与缸体底壁之间设有回复弹簧；含冲击钎头的钻头包括钻头，钻头中间固定连接有冲击钎头套，冲击钎头套中间设有冲击钎头，冲击钎头与活塞固定相连。

根据所述的自由活塞式冲击钻井系统，其特征在于，所述冲击钎头的中心线与所述钻头的中心线之间存在偏心距e。

随着空气钻井技术的广泛应用，井下的富氧环境能够为燃油式发动机（即自由活塞式发动机）的应用提供一定的条件，本发明将燃油式内燃发动机放到井下，为井下钻具提供动力，因此节省了地面能源的消耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图中：

1、空气管路；2、自由活塞式发动机；3、含冲击钎头的钻头。

201、燃料舱；202、平衡活塞；203、吸油管路；204、喷油泵；205、溢油阀；206、溢油管路；207、喷油阀；208、控制凸轮；209、空气滤清器；210、喉管；211、进气管路；212、进气气门；213、排气气门；214、排气管；215、活塞；216、回复弹簧；217、喷油阀阀芯；218、喷油阀阀座；219、喷油阀外壳；220、缸体。

301、冲击钎头；302、冲击钎头套；303、钻头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种自由活塞式冲击钻井系统，如图1所示，包括空气管路1、自由活塞式发动机2和含冲击钎头的钻头3，自由活塞式发动机2包括燃料舱201、缸体220和喉管210，燃料舱201内设有平衡活塞202，燃料舱201上端与来自地面的空气管路1相连通，燃料舱201下端分别连通有吸油管路203和溢油管路206，吸油管路203上连接有喷油泵204，溢油管路206上连接有溢油阀205，吸油管路203和溢油管路206的末端共同连通有喷油阀207，喷油阀207包括喷油阀外壳219，喷油阀外壳219内设有喷油阀阀芯217和喷油阀阀座218，喷油阀阀芯217外端连接有控制凸轮208，喷油阀阀座218与喉管210相对应，喉管210上方设有空气管路1，喉管210上方的空气管路1中连接有空气滤清器209；所述缸体220上端连接有进气管路211和排气管214，喉管210与进气管路211相连通，进气管路211与缸体220的连接处设有进气气门212，排气管214与缸体220的连接处设有排气气门213，缸体220内设有活塞215，活塞215与缸体220底壁之间设有回复弹簧216；含冲击钎头的钻头3包括钻头303，钻头303中间固定连接有冲击钎头套302，冲击钎头套302中间设有冲击钎头301，冲击钎头301与活塞215固定相连。所述冲击钎头301的中心线与所述钻头303的中心线之间存在偏心距e。

本发明是一种利用自由活塞式发动机进行冲击钻井的系统，由井下自由活塞式发动机和含有冲击钎头的钻头两部分组成，自由活塞式发动机包含有与井底环境压力相平衡的燃料舱和行程控制的喷油装置，含有冲击钎头的钻头包含有与钻头轴线有一定偏心距的冲击钎头和冲击钎头套，自由活塞式发动机与冲击钎头通过螺纹相连。

在本发明中，自由活塞式发动机包括燃料舱201、平衡活塞202、吸油管路203、喷油泵204、溢油阀205、溢油管路206、喷油阀207、控制凸轮208、空气滤清器209、喉管210、进气管路211、进气气门212、排气气门213、排气管214、活塞215、回复弹簧216。其中，燃料舱201安装在整个工具的最上方，燃料舱201内部安装有平衡活塞202，平衡活塞202将燃料舱201分成上下两个相互独立的容腔，上部容腔与来自地面的空气管路1相连，下部容腔内充满燃料，平衡活塞202可以在燃料舱201内自由的做上下运动，以平衡上部容腔与下部容腔的压力；喷油泵204、溢油阀205和喷油阀207安装在燃料舱201下方，喷油泵204通过吸油管路203不断的从燃料舱201内抽取燃料，当喷油阀207关闭时，喷油泵204抽取的燃料通过溢油阀205、溢油管206流回燃料舱201，当喷油阀207打开时，喷油泵204抽取的燃料经由喷油阀207喷入喉管210内；来自地面的空气经过空气滤清器209过滤后进入喉管210，与经由喷油阀207喷入的燃料混合后进入发动机的进气管路211；进气气门212、排气气门213以及喷油阀阀芯217由控制凸轮208按一定的时序统一控制；做功冲程完成之后，活塞215在回复弹簧216的作用下开始压缩冲程。

在传统的冲击钻井系统中，钻头整体冲击井底，冲击力一定时，作用面积大，破碎岩石的效果有限，本发明中使用含有冲击钎头的钻头包括冲击钎头301、冲击钎头套302、钻头303。其中，冲击钎头301安装在钻头303内部，且与活塞215通过螺纹连接在一起作往复运动，冲击钎头301的中心线与钻头303的中心线之间存在偏心距e，在钻头303转动的过程中冲击钎头301在以e为半径的井底圆周上造成应力集中，辅助钻头303破岩。

本发明是不同于电力、钻井液动力的井下工具的动力来源，自由活塞式发动机直接输出往复运动，不需要转换环节，因此，总效率较电力、钻井液动力驱动的往复运动井下工具高；采用冲击钎头作为冲击岩石的部件，与整体钻头冲击岩石相比作用面积小、作用压强大、引起的岩石应力集中大，因此岩石的破碎效果明显，另外冲击钎头轴线与钻头轴线之间存在的偏心e使冲击钎头的覆盖面积增大，整体上提高了井底的岩石破碎效果。

Claims (2)

1.一种自由活塞式冲击钻井系统，包括空气管路（1）、自由活塞式发动机（2）和含冲击钎头的钻头（3），其特征在于，自由活塞式发动机（2）包括燃料舱（201）、缸体（220）和喉管（210），燃料舱（201）内设有平衡活塞（202），燃料舱（201）上端与来自地面的空气管路（1）相连通，燃料舱（201）下端分别连通有吸油管路（203）和溢油管路（206），吸油管路（203）上连接有喷油泵（204），溢油管路（206）上连接有溢油阀（205），吸油管路（203）和溢油管路（206）的末端共同连通有喷油阀（207），喷油阀（207）包括喷油阀外壳（219），喷油阀外壳（219）内设有喷油阀阀芯（217）和喷油阀阀座（218），喷油阀阀芯（217）外端连接有控制凸轮（208），喷油阀阀座（218）与喉管（210）相对应，喉管（210）上方设有空气管路（1），喉管（210）上方的空气管路（1）中连接有空气滤清器（209）；所述缸体（220）上端连接有进气管路（211）和排气管（214），喉管（210）与进气管路（211）相连通，进气管路（211）与缸体（220）的连接处设有进气气门（212），排气管（214）与缸体（220）的连接处设有排气气门（213），缸体（220）内设有活塞（215），活塞（215）与缸体（220）底壁之间设有回复弹簧（216）；含冲击钎头的钻头（3）包括钻头（303），钻头（303）中间固定连接有冲击钎头套（302），冲击钎头套（302）中间设有冲击钎头（301），冲击钎头（301）与活塞（215）固定相连。

2.根据权利要求1所述的自由活塞式冲击钻井系统，其特征在于，所述冲击钎头（301）的中心线与所述钻头（303）的中心线之间存在偏心距e。

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