CN103821452B - 一种高频低幅轴向冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种高频低幅轴向冲击器，它包括钻铤外壳短接、中心管、选流器、纵振冲击器，中心管与选流器连接，选流器与纵振冲击器的节流管连接；节流管上设置有栅形孔及泄压孔，换向节套装在节流管外，冲锤套装在换向节外；锤体内壁有轴对称冲击槽和外壳半圆槽，冲锤内有分流键，在冲锤有两个锤砧孔和两个分流键孔；换向节有轴对称换向槽和换向节半圆槽，换向节有换向节孔；启动流道由分流孔、选流器和钻铤外壳短接形成的空间、分流键孔依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔、换向节孔、锤砧孔、冲击槽依次相通构成，冲击槽与节流管的泄压孔相通。本发明能产生稳定的高频低幅的轴向冲击振动，提高钻井机械钻速。

Description

一种高频低幅轴向冲击器

一、技术领域：

本发明涉及的是石油天然气钻井过程中使用的钻头配套装置，为井下动力冲击工具，具体涉及的是一种高频低幅轴向冲击器。

二、背景技术：

随着勘探开发技术的进步，油气井深度逐渐增大，深井、超深井数目增多。深部地层岩石硬度大，可钻性级值高。钻头在钻进这些地层时，普遍存在机械钻速慢、钻井成本高的问题。现场实践和室内实验研究表明，对钻头施加一定周期性的冲击力，有助于提高钻头的破岩效率，提高机械钻速。因此，井下动力辅助破岩工具已成为深部地层高效破岩技术的有益补充，有望成为深井钻井提速的一个重要技术手段。中国实用新型专利ZL200420122138.0中公布了一种低频大振幅液力冲击器，其冲击功率大，在中硬地层中破岩效果明显，但在硬地层中容易造成钻头使用寿命低的问题。

目前，现有技术存在钻井工具结构复杂、易损部件多，且适用井深范围有限等问题，这些因素限制了高频低幅冲击钻井技术的发展。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种高频低幅轴向冲击器，它用于解决现有的井下动力冲击工具结构复杂，系统可靠性低，难以有效提高当前深井、超深井钻井机械钻速的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种高频低幅轴向冲击器包括钻铤外壳短接、中心管、选流器、纵振冲击器，中心管顶在外壳短接内的凸台上，并与选流器连接，选流器与纵振冲击器的节流管连接；纵振冲击器包括锤盖体、锤体、冲锤、换向节、节流管，锤盖体连接在锤体的上面，二者连接后形成冲击器壳体，冲击器壳体的中心安装有节流管，节流管具有底座，节流管上设置有栅形孔及泄压孔，换向节套装在节流管外，冲锤套装在换向节外；锤体内壁有轴对称的冲击槽和轴对称的外壳半圆槽，冲锤外表面有轴对称的锤砧，冲锤内表面有轴对称的分流键，在冲锤中部有两个关于锤砧纵向对称的锤砧孔和两个关于分流键纵向对称的分流键孔；换向节外表面有轴对称的换向槽和轴对称的换向节半圆槽，换向节中部有换向节孔，其底座与锤体内中心管连接；启动流道由分流孔、选流器和钻铤外壳短接形成的空间、分流键孔依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔、换向节孔、锤砧孔、冲击槽依次相通构成，冲击槽与节流管的泄压孔相通。

上述方案中锤体为内部和外部均带有凸台的开放筒体，钻铤外壳短接套装在锤体外并卡在锤体的外卡槽中，钻铤外壳短接的下部与锤体还用棘爪连接；中心管为具有抬肩结构的圆筒，中心管与选流器螺纹连接，选流器为带有内螺纹的漏斗形部件，选流器的器壁上有分流孔，选流器与节流管螺纹连接；节流管上端从锤盖体穿出，节流管的底座与锤体内壁紧固连接，锤体的出口与钻头相连；中心管、选流器、节流管相通。

上述方案中换向节为外壁带有凸台的筒状物，凸台位于换向节的中部，换向节的上部紧固有定位螺母，密封环设置在定位螺母之上，定位螺母可以控制换向节轴向运动的距离，密封环可以起到密封作用。

上述方案中冲锤套装在换向节的凸台处，冲锤的底端座在锤体内部的凸台上，锤体内部的凸台可以控制冲锤轴向运动的距离。

有益效果：

1、本发明能产生周期性的稳定的高频低幅的轴向冲击振动，是一种多功能、多用途冲击器，该工具产生的振动轴向冲击载荷能够提高钻头牙齿吃入岩石、加速岩屑脱离井底，有效提高当前深井、超深井钻井机械钻速；易损部件少，工作稳定，使用寿命长，有利于降低钻井成本。

2、本发明没有电子部件，完全液力机械全金属结构，尺寸较小，其冲击过程不会对随钻电测仪器产生干扰，有利于MWD、LWD等随钻电测仪器的稳定工作。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2为图1中的A-A截面图；

图3为图1中的B-B截面图；

图4为图1中的C-C截面图；

图5为图1中的D-D截面图；

图6为图1中的E-E截面图；

图7为图1中的F-F截面图；

图8为图1中C-C截面图处换向节的示意图。

1-钻铤外壳短接；2-中心管；3-选流器；4-锤盖体；5-锤体；6-冲锤；7-换向节；8-节流管；9-定位螺母；10-密封环；11-分流孔；12-外壳半圆槽；13-锤砧；14-分流键；15-锤砧孔；16-分流键孔；17-冲击槽；18-换向槽；19-换向节半圆槽；20-换向节孔；21-高压孔；22-栅形孔；23-泄压孔；24-外卡槽。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种高频低幅轴向冲击器包括钻铤外壳短接1、中心管2、选流器3、纵振冲击器，钻铤外壳短接1上端通过API标准螺纹与钻铤下端螺纹连接，钻铤外壳短接1的下端与锤体5下部间隙安装。中心管2顶在外壳短接内的凸台上，并与选流器3连接，选流器3与纵振冲击器的节流管8螺纹连接。参阅图2，中心管2为具有抬肩结构的圆筒，中心管2与选流器3螺纹连接，选流器3为带有内螺纹的漏斗形部件，选流器3的器壁上有六个分流孔11，六个分流孔11在选流器3上端均匀分布。

结合图3、图4、图5、图6所示，纵振冲击器是由锤盖体4、锤体5、冲锤6、换向节7、节流管8、定位螺母9和密封环10共同组成的多腔体结构。锤盖体4连接在锤体5的上面，二者连接后形成冲击器壳体，冲击器壳体的中心安装有节流管8，节流管8具有底座；节流管8上端从锤盖体4穿出，节流管8的底座与锤体5内壁紧固连接，锤体5的出口与钻头相连，中心管2、选流器3、节流管8相通；换向节7套装在节流管8外，冲锤6套装在换向节7的凸台处，冲锤6的底端座在锤体5内部的凸台上，冲锤6与锤体5间隙安装，冲锤6与锤体5同轴安装；换向节7为外壁带有凸台的筒状物，凸台位于换向节7的中部，换向节7的上部紧固有定位螺母9，密封环10设置在定位螺母9之上。冲锤6在密封环10、换向节7和锤体5间做周期往复轴向运动，换向节7在密封环10、节流管8间做周期往复轴向运动。

如图7所示，锤体5为内部带有凸台的开放筒体，锤体5的下部还具有外卡槽24，外卡槽24均匀设置，钻铤外壳短接套装在锤体外并卡在锤体的外卡槽25中，钻铤外壳短接1的下部与锤体5还用棘爪连接。

锤体5内壁有轴对称的冲击槽17和轴对称的外壳半圆槽12，锤体5外壁有轴对称的高压孔21，冲锤6外表面有轴对称的锤砧13，冲锤6内表面有轴对称的分流键14，在冲锤6中部各有两个关于锤砧13纵向对称的锤砧孔15及关于分流键14纵向对称的分流键孔16；节流管8上设置有栅形孔22及泄压孔23，换向节7外表面有轴对称换向槽18和换向节半圆槽19，换向节7中部有换向节孔20；其底座与锤体内中心管2连接；启动流道由分流孔11、选流器3和钻铤外壳短接1形成的空间、分流键孔16依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔22、换向节孔20、锤砧孔15、冲击槽17依次相通构成，冲击槽17与节流管8的泄压孔23相通，从冲击器出来的流体从泄压孔23流出。

选流器3将钻井液流体分为内外两股，外边的流体流向启动流道，通过分流孔11、选流器3和钻铤外壳短接1形成的空间、分流键孔16流入到换向节7中的换向槽18中，不间断给换向节供液；其余内部流体给节流管8供液。

本发明纵振冲击器工作时，钻铤外壳短接1下端通过棘爪和锤体5下部连接，锤体5下端与钻头连接并带动钻头振动；流体从钻铤外壳短接1的进液孔进入到中心管2中，接着进入选流器3中，并在选流器3中分流，中心流体由锤体5进入节流管8，其余从选流器3的分流孔11流向选流器3和钻铤外壳短接1形成的空间；由节流管8到冲击器出口部分，内部流体可以分为两部分：一部分流体由节流管8直接出来；另一部分流体经节流管8中的栅形孔22流经换向节7的换向节孔20进入锤砧孔15，最终进入到冲击槽17中，并最终从冲击槽17进入到泄压孔23，这部分流体与前两部分流体在冲击器出口汇合，再经过钻头喷嘴进入环空空间；在冲击流道中流体和启动流道中流体的共同作用下，冲锤6、换向节7和锤体5协同实现了锤砧13在冲击槽17中反复运动，产生轴向冲击，并通过锤体5下端传递给钻头。

Claims (3)

1.一种高频低幅轴向冲击器，其特征在于：这种高频低幅轴向冲击器包括钻铤外壳短接（1）、中心管（2）、选流器（3）、纵振冲击器，中心管（2）顶在外壳短接内的凸台上，并与选流器（3）连接，选流器（3）与纵振冲击器的节流管（8）连接；纵振冲击器包括锤盖体（4）、锤体（5）、冲锤（6）、换向节（7）、节流管（8），锤盖体（4）连接在锤体（5）的上面，二者连接后形成冲击器壳体，冲击器壳体的中心安装有节流管（8），节流管（8）具有底座，节流管（8）上设置有栅形孔（22）及泄压孔（23），换向节（7）套装在节流管（8）外，冲锤（6）套装在换向节（7）外；锤体（5）内壁有轴对称的冲击槽（17）和轴对称的外壳半圆槽（12），冲锤（6）外表面有轴对称的锤砧（13），冲锤（6）内表面有轴对称的分流键（14），在冲锤（6）中部有两个关于锤砧（13）纵向对称的锤砧孔（15）和两个关于分流键（14）纵向对称的分流键孔（16）；换向节（7）外表面有轴对称换向槽（18）和换向节半圆槽（19），换向节（7）中部有换向节孔（20）；其底座与锤体内中心管连接；启动流道由分流孔（11）、选流器（3）和钻铤外壳短接（1）形成的空间、分流键孔（16）依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔（22）、换向节孔（20）、锤砧孔（15）、冲击槽（17）依次相通构成，冲击槽（17）与节流管（8）的泄压孔（23）相通；所述的锤体（5）为内部和外部均带有凸台的开放筒体，钻铤外壳短接（1）套装在锤体（5）外并卡在锤体的外卡槽（24）中，钻铤外壳短接（1）的下部与锤体（5）还用棘爪连接；中心管（2）为具有抬肩结构的圆筒，中心管（2）与选流器（3）螺纹连接，选流器（3）为带有内螺纹的漏斗形部件，选流器（3）的器壁上有分流孔（11），选流器（3）与节流管（8）螺纹连接；节流管（8）上端从锤盖体（4）穿出，节流管（8）的底座与锤体（5）内壁紧固连接，锤体（5）的出口与钻头相连；中心管（2）、选流器（3）、节流管（8）相通。

2.根据权利要求1所述的高频低幅轴向冲击器，其特征在于：所述的换向节（7）为外壁带有凸台的筒状物，凸台位于换向节的中部，换向节（7）的上部紧固有定位螺母（9），密封环（10）设置在定位螺母（9）之上。

3.根据权利要求1所述的高频低幅轴向冲击器，其特征在于：所述的冲锤（6）套装在换向节的凸台处，冲锤（6）的底端座在锤体（5）内部的凸台上。