CN103291213B - 一种钻井水压扭转冲击装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井工程中使用的水压扭转冲击装置。本发明采用如下技术方案：一种钻井水压扭转冲击装置，其特征在于：所述水压扭转冲击发生器主要由导流定位盖、上旋转压盖、冲击撞锤、冲击撞锤座、转向分流器、截流喷嘴、下旋转压盖组成，其中导流定位盖、上旋转压盖、冲击撞锤座和下旋转压盖通过螺栓与钻头安装座紧固设置，所述冲击撞锤、冲击撞锤座和转向分流器轴中心位置均为通孔设置，其中转向分流器套设在冲击撞锤的轴中心通孔上，冲击撞锤设置在冲击撞锤座的轴中心通孔上，通过采用上述方案，本发明克服现有技术存在的不足，提供一种能够提高在较硬或研磨性地层的机械钻速、解决PDC 钻头粘一滑现象的井下工具。
Description
技术领域
本发明涉及钻井工程中使用的水压扭转冲击装置。
背景技术
现有的钻头在使用过程存在以下几方面的问题：（1）钻进过程中，钻头通常有粘、滑、卡钻现象，钻柱总是像发条一样拧紧，待扭矩积聚，又快速释放，这种工程问题较为严重，钻柱扭转震荡，使整个钻井过程不稳定，对钻头、钻柱配套部件的使用寿命产生不利影响。（2）对于较硬地层或研磨性地层，钻头的吃入深度不够，机械钻速有待提高。
目前，钻井作业中使用的各类旋冲或冲旋工具只能产生轴向冲击力，不但不会解决钻头粘一滑、卡钻现象，加剧的不稳定钻进反而会缩短钻头寿命。其中现有技术中的扭转冲击发生器（专利号：US 6742609B2 ）采用涡轮驱动冲击锤产生高频扭转冲击，西南石油大学的扭转冲击钻井工具（专利申请号：200910058083.9）利用螺杆钻具驱动冲击锤，这两种钻井工具易损件多、消耗的压降大。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供一种能够提高在较硬或研磨性地层的机械钻速、解决PDC 钻头粘一滑现象的井下工具。在现有钻井体系工况下，该工具巧妙地将部分钻井液的流体能量转换成高频的、周向扭转的、冲击型的井底机械破岩功率并直接作用钻头上，这种能够产生高频小幅度扭转冲击的钻井工具能够使钻头稳定的钻进，工具内部无涡轮或螺杆等其它钻具，易损件少，消耗的压降少，使用寿命长的新型的钻井水压扭转冲击装置。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种钻井水压扭转冲击装置，包括有钻挺短节、水压扭转冲击发生器和钻头安装座，水压扭转冲击发生器置于钻挺短节内，其特征在于：所述水压扭转冲击发生器主要由导流定位盖、上旋转压盖、冲击撞锤、冲击撞锤座、转向分流器、截流喷嘴、下旋转压盖组成，其中导流定位盖、上旋转压盖、冲击撞锤座和下旋转压盖通过螺栓与钻头安装座紧固设置，所述冲击撞锤、冲击撞锤座和转向分流器轴中心位置均为通孔设置，其中转向分流器套设在冲击撞锤的轴中心通孔上，冲击撞锤设置在冲击撞锤座的轴中心通孔上，所述冲击撞锤、冲击撞锤座和转向分流器之间均成转动配合，其中冲击撞锤座整体成圆柱形，其内壁上对称的设置有两道弧形的冲击撞击腔，冲击撞锤座内壁上且位于冲击撞击腔之间对称的设置有两组进排水槽，每组进排水槽包括有两个进水槽和位于两个进水槽中间的排水槽，所述上旋转压盖上设置有与进水槽贯通的孔，所述下旋转压盖上设置有与排水槽贯通的孔，所述冲击撞锤的外壁面上对称的设置有两个横截面为扇形块，两扇形块置于冲击撞锤座的冲击撞击腔内，且其扇形块的外壁贴设在冲击撞击腔的内壁上，所述冲击撞锤位于扇形块的两侧均设置有进排水通孔，所述冲击撞锤内壁面上对称的设置有弧形凸块，两弧形凸块的位置与冲击撞锤外壁面上的扇形块成十字交叉设置，弧形凸块的两侧均设置有通孔，所述转向分流器的外壁面上对称的设置有转向分压腔，每个转向分压腔的两侧均设置有排泄槽，位于两个转向分压腔之间的两个进水道，进水道与转向分流器的轴中心通孔贯通，其中冲击撞锤的两弧形凸块分别位于转向分流器的两转向分压腔内，且弧形凸块的顶端抵触在转向分流器的转向分压腔腔底面上，所述转向分压腔和排泄槽沿转向分流器轴向设置，且转向分压腔和排泄槽的两端延伸至转向分流器的两端，所述下旋转压盖上对称设置有两个弧形排水通道，且每个弧形排水通道与转向分流器的进水道两侧的排泄槽循环导通。
通过采用上述方案，本发明巧妙地将部分钻井液的流体能量转换成高频的、周向扭转的、冲击型的井底机械破岩功率并直接作用钻头上，这种能够产生高频小幅度扭转冲击的钻井工具能够使钻头稳定的钻进，工具内部无涡轮或螺杆等其它钻具，易损件少，消耗的压降少，使用寿命长。
本发明的进一步设置是：所述冲击撞锤和转向分流器的两端配合后均形成一个U型环槽，所述上旋转压盖和下旋转压盖上分别设置有置于U型环槽凸环，凸环的外周面与U型环槽两内壁面之间分别设置有旋转钢珠；所述冲击撞锤的弧形凸块两侧的通孔与冲击撞锤座的一组进排水槽的进水槽和排水槽交替轮换形成进出水导通从而实现转向分流器的转动；所述冲击撞锤的扇形块两侧的进排水通孔与转向分流器的进水道和进水道两侧的排泄槽交替轮换形成进出水导通从而实现冲击撞锤的转动。
通过采用上述方案，使钻井水压扭转冲击装置更加合理，性能更好。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1 为本发明实施例剖视图一；
图2 为本发明实施例剖视图二；
图3为本发明实施例冲击撞锤、冲击撞锤座和转向分流器在中间位置剖视图；
图4为图3的启动位置剖视图；
图5为图4在冲击撞锤顺时针撞击后的剖视图；
图6为图5在转向分流器顺时针转动后的剖视图；
图7为图6在冲击撞锤逆时针撞击后的剖视图；
图8为图7在转向分流器逆时针转动后的剖视图；
图9为图8在冲击撞锤顺时针撞击后的剖视图；
图10为本发明实施例冲击撞锤座结构示意图；
图11为本发明实施例冲击撞锤结构示意图；
图12为本发明实施例转向分流器结构示意图。
具体实施方式
如图1——图12所示，一种钻井水压扭转冲击装置，包括有钻挺短节1、水压扭转冲击发生器2和钻头安装座3，水压扭转冲击发生器2置于钻挺短节1内，在本发明实施例中，所述水压扭转冲击发生器2主要由导流定位盖21、上旋转压盖22、冲击撞锤24、冲击撞锤座23、转向分流器25、截流喷嘴26、下旋转压盖27组成，其中导流定位盖21、上旋转压盖22、冲击撞锤座23和下旋转压盖27通过螺栓与钻头安装座3紧固设置，所述冲击撞锤24、冲击撞锤座23和转向分流器25轴中心位置均为通孔设置，其中转向分流器25套设在冲击撞锤24的轴中心通孔上，冲击撞锤24设置在冲击撞锤座23的轴中心通孔上，所述冲击撞锤24、冲击撞锤座23和转向分流器25之间均成转动配合，其中冲击撞锤座23整体成圆柱形，其内壁上对称的设置有两道弧形的冲击撞击腔231，冲击撞锤座23内壁上且位于冲击撞击腔231之间对称的设置有两组进排水槽232，每组进排水槽232包括有两个进水槽2321和位于两个进水槽2321中间的排水槽2322，所述上旋转压盖22上设置有与进水槽2321贯通的孔，所述下旋转压盖27上设置有与排水槽2322贯通的孔，所述冲击撞锤24的外壁面上对称的设置有两个横截面为扇形块241，两扇形块241置于冲击撞锤座23的冲击撞击腔231内，且其扇形块241的外壁贴设在冲击撞击腔231的内壁上，所述冲击撞锤24位于扇形块241的两侧均设置有进排水通孔2411，所述冲击撞锤24内壁面上对称的设置有弧形凸块242，两弧形凸块242的位置与冲击撞锤24外壁面上的扇形块241成十字交叉设置，弧形凸块242的两侧均设置有通孔2421，所述转向分流器25的外壁面上对称的设置有转向分压腔251，每个转向分压腔251的两侧均设置有排泄槽252，位于两个转向分压腔251之间的两个进水道253，进水道253与转向分流器25的轴中心通孔贯通，其中冲击撞锤24的两弧形凸块242分别位于转向分流器25的两转向分压腔251内，且弧形凸块242的顶端抵触在转向分流器25的转向分压腔251腔底面上，所述转向分压腔251和排泄槽252沿转向分流器25轴向设置，且转向分压腔251和排泄槽252的两端延伸至转向分流器25的两端，所述下旋转压盖27上对称设置有两个弧形排水通道271，且每个弧形排水通道271与转向分流器25的进水道253两侧的排泄槽252循环导通。通过采用上述方案，本发明巧妙地将部分钻井液的流体能量转换成高频的、周向扭转的、冲击型的井底机械破岩功率并直接作用钻头上，这种能够产生高频小幅度扭转冲击的钻井工具能够使钻头稳定的钻进，工具内部无涡轮或螺杆等其它钻具，易损件少，消耗的压降少，使用寿命长。
在本发明实施例中，所述冲击撞锤24和转向分流器25的两端配合后均形成一个U型环槽245，所述上旋转压盖22和下旋转压盖27上分别设置有置于U型环槽凸环222、272，凸环222、272的外周面与U型环槽245两内壁面之间分别设置有旋转钢珠254；所述冲击撞锤24的弧形凸块242两侧的通孔2421与冲击撞锤座23的一组进排水槽232的进水槽2321和排水槽2322交替轮换形成进出水导通从而实现转向分流器25的转动；所述冲击撞锤24的扇形块241两侧的进排水通孔2411与转向分流器25的进水道253和进水道253两侧的排泄槽252交替轮换形成进出水导通从而实现冲击撞锤24的转动。
具体工作原理：旋转钻杆带动钻挺短节1 转动，压力水分流成三部分：一部分经截流喷嘴26直接到达钻头；一部分经导流定位盖21上的启动腔分流口211、上旋转压盖22和进水槽2321进入对角两个转向分压腔251，推动转向分流器25顺时针旋转，转向分流器25的进水道253转到和冲击撞锤24上对角两个进排水通孔2411对应时，压力水会经转向分流器轴中心通孔、进水道253和进排水通孔2411进入冲击撞击腔231，使冲击撞锤24带动转向分流器25逆时针转动，当冲击撞锤24转动到碰到冲击撞击腔231一侧侧壁面后停止转动，转向分流器25另一侧的进水道253进水，原进水的进水道253向排水槽2322排水，转向分流器25逆时针转动，直至进水道253和另一对进排水通孔2411对应时，压力进入另一边的冲击撞击腔231，使冲击撞锤24带动转向分流器25顺时针转动，依次循环，，图3—图9就是依次工作的图，在流体驱动下，冲击锤24 顺时针冲击过程与逆时针冲击过程交替进行。
Claims (5)
1.一种钻井水压扭转冲击装置，包括有钻挺短节、水压扭转冲击发生器和钻头安装座，水压扭转冲击发生器置于钻挺短节内，其特征在于：所述水压扭转冲击发生器主要由导流定位盖、上旋转压盖、冲击撞锤、冲击撞锤座、转向分流器、截流喷嘴、下旋转压盖组成，其中导流定位盖、上旋转压盖、冲击撞锤座和下旋转压盖通过螺栓与钻头安装座紧固设置，所述冲击撞锤、冲击撞锤座和转向分流器轴中心位置均为通孔设置，其中转向分流器套设在冲击撞锤的轴中心通孔上，冲击撞锤设置在冲击撞锤座的轴中心通孔上，所述冲击撞锤、冲击撞锤座和转向分流器之间均成转动配合，其中冲击撞锤座整体成圆柱形，其内壁上对称的设置有两道弧形的冲击撞击腔，冲击撞锤座内壁上且位于冲击撞击腔之间对称的设置有两组进排水槽，每组进排水槽包括有两个进水槽和位于两个进水槽中间的排水槽，所述上旋转压盖上设置有与进水槽贯通的孔，所述下旋转压盖上设置有与排水槽贯通的孔，所述冲击撞锤的外壁面上对称的设置有两个横截面为扇形块，两扇形块置于冲击撞锤座的冲击撞击腔内，且其扇形块的外壁贴设在冲击撞击腔的内壁上，所述冲击撞锤位于扇形块的两侧均设置有进排水通孔，所述冲击撞锤内壁面上对称的设置有弧形凸块，两弧形凸块的位置与冲击撞锤外壁面上的扇形块成十字交叉设置，弧形凸块的两侧均设置有通孔，所述转向分流器的外壁面上对称的设置有转向分压腔，每个转向分压腔的两侧均设置有排泄槽，位于两个转向分压腔之间的两个进水道，进水道与转向分流器的轴中心通孔贯通，其中冲击撞锤的两弧形凸块分别位于转向分流器的两转向分压腔内，且弧形凸块的顶端抵触在转向分流器的转向分压腔腔底面上，所述转向分压腔和排泄槽沿转向分流器轴向设置，且转向分压腔和排泄槽的两端延伸至转向分流器的两端，所述下旋转压盖上对称设置有两个弧形排水通道，且每个弧形排水通道与转向分流器的进水道两侧的排泄槽循环导通。
2.根据权利要求1所述的一种钻井水压扭转冲击装置，其特征在于：所述冲击撞锤和转向分流器的两端配合后均形成一个U型环槽，所述上旋转压盖和下旋转压盖上分别设置有置于U型环槽凸环，凸环的外周面与U型环槽两内壁面之间分别设置有旋转钢珠。
3.根据权利要求1或2所述的一种钻井水压扭转冲击装置，其特征在于：所述冲击撞锤的弧形凸块两侧的通孔与冲击撞锤座的一组进排水槽的进水槽和排水槽交替轮换形成进出水导通从而实现转向分流器的转动。
4.根据权利要求1或2所述的一种钻井水压扭转冲击装置，其特征在于：所述冲击撞锤的扇形块两侧的进排水通孔与转向分流器的进水道和进水道两侧的排水槽交替轮换形成进出水导通从而实现冲击撞锤的转动。
5.根据权利要求3所述的一种钻井水压扭转冲击装置，其特征在于：所述冲击撞锤的扇形块两侧的进排水通孔与转向分流器的进水道和进水道两侧的排泄槽交替轮换形成进出水导通从而实现冲击撞锤的转动。
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