CN104989307B - 一种水力振荡周向冲击器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种水力振荡周向冲击器，这种水力振荡周向冲击器的外壳接头下端旋入传动短接，双母射流发生器顶在外壳接头内，双母射流发生器的侧柱插入液动锤凹槽内并配合形成两个分流道的泄压流道，液动锤位于传动短接上部，外壳接头内壁具有环形凹槽和泄流通道，环形凹槽与双母射流发生器外壁上的返液出口相对应设置，传动短接设置有导流孔；双母射流发生器为具有中心流道的柱形体，挡块将中心流道分隔成左右两个分流道，压力反馈通道的入口、出口均与中心流道相通；液动锤上部有凹槽，在凹槽两侧留有开口，液动锤还具有对称的弧形凸台，传动短接有容纳弧形凸台的弧形腔。本发明不存在薄弱部位，寿命长，冲击效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油行业中应用于中硬到硬地层的钻井用工具，具体涉及一种水力振荡周向冲击器。
背景技术
在石油资源日益匮乏和需求急剧增大这两大因素的推动下，新区的勘探开发不断扩大，采油井的深度不断加深，钻遇地层越来越复杂，动力沿程损失大，液柱对井底的压持效应明显，钻井速度慢，工具易损坏，从而导致钻井周期加长，钻井成本变高，严重制约了油气田开发的进程。因此提高深井、超深井钻速是目前国内外各油田的迫切需要。
当前，各类冲击器是提高深井机械钻速的主要井下动力工具。但是国内所应用到现场常规冲击器经常因较多的连接、活动件，形成易损、薄弱部位，存在寿命短的问题。同时中深井中所应用的钻头多为PDC钻头，由于破岩时产生粘滑振动，PDC钻头经常过早失效。因此，研发新型工具迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力振荡周向冲击器，这种水力振荡周向冲击器用于解决常规冲击器因连接、活动件多导致的寿命短、冲击效果不好的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种水力振荡周向冲击器包括外壳接头、双母射流发生器、液动锤、传动短接；外壳接头下端旋入传动短接，双母射流发生器顶在外壳接头内，双母射流发生器的侧柱插入液动锤凹槽内并配合形成两个分流道的泄压流道，液动锤位于传动短接上部，外壳接头内壁具有环形凹槽和泄流通道，环形凹槽与双母射流发生器外壁上的返液出口相对应设置，泄流通道位于环形凹槽下面并且相通，传动短接设置有导流孔，导流孔一端与泄流通道下端相通，导流孔另一端与传动短接内腔相通；双母射流发生器为具有中心流道的柱形体，中心流道与外壳接头内腔相通，挡块嵌于中心流道的底部并从底部伸出，将中心流道分隔成左右两个分流道，挡块的两侧各设置一侧柱，双母射流发生器内部设置有左右两条压力反馈通道，每条压力反馈通道的外侧设置有返液出口，每条压力反馈通道的入口、出口均与中心流道相通，每个返液出口的一端均与中心流道相通，每个返液出口的另一端设置均在双母射流发生器外壁上；液动锤上部有凹槽，在凹槽两侧留有开口，两个开口方向相同，液动锤还具有对称的弧形凸台，传动短接上部具有容纳弧形凸台的弧形腔，液动锤凹槽的开口与弧形腔相通。
上述方案中传动短接下端与钻头螺纹连接。
上述方案中双母射流发生器的中心流道为瓶状的，压力反馈通道为圆形孔道，压力反馈通道的入口设置在瓶中下部靠近相对应的分流道，压力反馈通道的出口设置有瓶颈处，返液出口位于压力反馈通道的入口、出口之间，这样泄压效果好，压力反馈通道的入口位于瓶颈处，可将液流更容易地推向相对侧的分流道。
上述方案中双母射流发生器由两个侧盖、两个侧柱、挡块、构成，挡块位于两个侧柱之间，两个侧盖将两个侧柱及挡块固定在中间，侧盖与侧柱相交处具有凹槽，返液出口设置在凹槽处的侧柱上，两个侧柱与挡块均比侧盖长，两个侧柱与挡块裸露在侧盖外呈山字形，挡块顶在液动锤凹槽的槽底上。
上述方案中外壳接头是一个圆柱空心体，内腔上端为母接头，以与上部钻柱连接，中下端为二级收缩形式，第一收缩段放置双母射流发生器。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明充分地利用了水力能量，使钻头在旋转工作的同时产生周向振动，提高破岩效率。同时，周向运动也减小了粘滑振动对钻进的影响。冲击器没有冲锤、弹簧等中间缓冲储能装置，亦没有阀孔的关闭，不存在薄弱部位，因此寿命长，冲击效果好。
2、本发明运用钻井液的残余压力工作，不需要额外补充能量。
3、本发明结构简单，易于实现，成本较低，便于在油田现场的推广应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是A-A剖面结构示意图；
图3是本发明外壳接头剖面结构示意图；
图4是本发明D-D剖面结构示意图；
图5是本发明双母射流发生器剖面结构示意图；
图6是本发明双母射流发生器立体图；
图7是本发明液动锤结构俯视图；
图8是本发明传动外壳结构示意图；
图9是本发明F-F剖面结构示意图。
图中：1.外壳接头；2.双母射流发生器；3.液动锤；4.挡块；5.传动短接；6.导流孔；7.凹槽；8.开口；9.弧形腔；10.泄流通道；11.环形凹槽；12.中心流道；13.分流道；14.压力反馈通道入口；15.返液出口；16.弧形凸台；17.压力反馈通道出口；18.侧柱；19.侧盖。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明：
这种水力振荡周向冲击器包括外壳接头1、双母射流发生器2、液动锤3、传动短接5；外壳接头1下端旋入传动短接5，双母射流发生器2顶在外壳接头1内，双母射流发生器2的侧柱18插入液动锤凹槽7内并配合形成两个分流道13的泄压流道，液动锤3位于传动短接5上部，外壳接头1内壁具有环形凹槽11和泄流通道10，环形凹槽11与双母射流发生器2外壁上的返液出口15相对应设置，泄流通道10位于环形凹槽11下面并且相通，传动短接5设置有导流孔6，导流孔6一端与泄流通道10下端相通，导流孔6另一端与传动短接5内腔相通，传动短接下端与钻头螺纹连接。
外壳接头1是一个圆柱空心体，内腔上端为母接头，以与上部钻柱连接，中下端为二级收缩形式，第一收缩段放置双母射流发生器2。外壳接头1设有环形凹槽11，以使液体顺利流入泄流通道10，进而通过传动短接5侧壁导流孔6流入其内部，进而流入钻头。
双母射流发生器2为具有中心流道12的柱形体，中心流道12与外壳接头1内腔相通，中心流道12在下部被分成左右两个分流道13，流道中设置有压力反馈路径，同时两侧设有导通的返液出口15，具体为：双母射流发生器2由两个侧盖19、两个侧柱18、挡块4构成，挡块4位于两个侧柱18之间，将中心流道12分隔成左右两个分流道13，两个侧盖19将两个侧柱18及挡块4固定在中间，两个侧柱18与挡块4均比侧盖19长，两个侧柱18与挡块4裸露在侧盖19外呈山字形，挡块4顶在液动锤凹槽7的槽底上，与液动锤3配合，形成两个流道的下游流道。
双母射流发生器2内部设置有左右两条压力反馈通道，每条压力反馈通道的外侧设置有返液出口15，每条压力反馈通道入口14、压力反馈通道出口17均与中心流道12相通，每个返液出口15的一端均与中心流道12相通，侧盖19与侧柱18相交处具有凹槽，返液出口15的另一端设置在凹槽处的侧柱18上。
双母射流发生器2的中心流道12为瓶状的，压力反馈通道为圆形孔道，压力反馈通道入口14设置在瓶中下部靠近相对应的分流道13，压力反馈通道出口17设置有瓶颈处，返液出口15位于压力反馈通道入口14、压力反馈通道出口17之间。
液动锤3是一种能够周向旋转运动的构件，它的形状是一个截去两侧对称弧形体积的圆柱体，这样，使液动锤3具有对称的弧形凸台16，液动锤3上部有凹槽7，在凹槽7两侧留有开口8，两个开口8方向相同，即两个开口8设在同一侧；传动短接5上部具有容纳弧形凸台16的弧形腔9，液动锤凹槽7的开口8与弧形腔9相通。当钻井液从开口8流出时，会流入液动锤3弧形凸台16与传动外壳所组成的封闭空间时形成憋压，推动液动锤3的周向旋转，冲击传动短接5，进而带动传动短接5下面所接的钻头振动。液动锤凹槽7两侧的开口8为同一方向，以满足当钻井液从左流道流出时按一个方向旋转，从右流道流出时沿相反的方向旋转。如此实现传动外壳继而钻头的周向振动。
传动短接5一方面容纳液动锤3，一方面起传递作用：将液动锤3冲击产生的周向振动和上部钻柱的扭矩传递给钻头。
本发明工作时，钻井液从外壳接头1上口端流入双母射流器装置2。因发生附壁效应，钻井液会先集中在分流道13的某一侧。假设液体先附壁于右侧流道输出，经双母射流发生器2与液动锤凹槽7形成的流道，通过液动锤凹槽7右侧留有的开口8，进入液动锤3与锤外壳形成的封闭空间形成憋压。液动锤3在压力的推动下旋转到死点，撞击锤外壳，引起传动短接5向一个方向振动。运动到该死点后，封闭空间压力不断上升，钻井液沿原流道上返，通过双母射流发生器2的返液出口15，进入外壳接头1的环形凹槽11，进入泄流通道10，通过传动外壳侧壁的通孔流入钻柱内部，进而流入钻头。同时，在右侧流道形成压力反馈，经压力反馈通道迫使钻井液附壁于双母射流发生器2左流道。左侧流道下封闭空间液体压力不断升高，迫使液动锤3沿相反方向转动，进而使传动外壳、钻头沿相反方向振动。与右流道相同，液动锤3旋转到左侧流道死点时，在左侧流道形成反馈，使钻井液又附壁于右侧流道。如此循环往复，便实现了钻头的周向往复振动。
Claims (5)
1.一种水力振荡周向冲击器，其特征在于：这种水力振荡周向冲击器包括外壳接头（1）、双母射流发生器（2）、液动锤（3）、传动短接（5）；外壳接头（1）下端旋入传动短接（5），双母射流发生器（2）顶在外壳接头（1）内，双母射流发生器（2）的侧柱（18）插入液动锤凹槽（7）内并配合形成两个分流道的泄压流道，液动锤（3）位于传动短接（5）上部，外壳接头（1）内壁具有环形凹槽（11）和泄流通道（10），环形凹槽（11）与双母射流发生器（2）外壁上的返液出口（15）相对应设置，泄流通道（10）位于环形凹槽（11）下面并且相通，传动短接（5）设置有导流孔（6），导流孔（6）一端与泄流通道（10）下端相通，导流孔（6）另一端与传动短接（5）内腔相通；双母射流发生器（2）为具有中心流道（12）的柱形体，中心流道（12）与外壳接头（1）内腔相通，挡块（4）嵌于中心流道（12）的底部并从底部伸出，将中心流道（12）分隔成左右两个分流道，挡块（4）的两侧各设置一侧柱（18），双母射流发生器（2）内部设置有左右两条压力反馈通道，每条压力反馈通道的外侧设置有返液出口（15），每条压力反馈通道入口（14）、压力反馈通道出口（17）均与中心流道（12）相通，每个返液出口（15）的一端均与中心流道（12）相通，每个返液出口（15）的另一端设置均在双母射流发生器（2）外壁上；液动锤（3）上部有凹槽（7），在凹槽（7）两侧留有开口（8），两个开口（8）方向相同，液动锤（3）还具有对称的弧形凸台（16），传动短接（5）上部具有容纳弧形凸台（16）的弧形腔（9），液动锤凹槽（7）的开口（8）与弧形腔（9）相通。
2.根据权利要求1所述的水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的传动短接（5）下端与钻头螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的双母射流发生器（2）的中心流道（12）为瓶状的，压力反馈通道为圆形孔道，压力反馈通道入口（14）设置在瓶中下部靠近相对应的分流道（13），压力反馈通道出口（17）设置有瓶颈处，返液出口（15）位于压力反馈通道入口（14）、压力反馈通道出口（17）之间。
4.根据权利要求3所述的水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的双母射流发生器（2）由两个侧盖（19）、两个侧柱（18）、挡块（4）构成，挡块（4）位于两个侧柱（18）之间，两个侧盖（19）将两个侧柱（18）及挡块（4）固定在中间，侧盖（19）与侧柱（18）相交处具有凹槽（7），返液出口（15）设置在凹槽（7）处的侧柱（18）上，两个侧柱（18）与挡块（4）均比侧盖（19）长，两个侧柱（18）与挡块（4）裸露在侧盖（19）外呈山字形，挡块（4）顶在液动锤凹槽（7）的槽底上。
5.根据权利要求4所述的水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的外壳接头（1）是一个圆柱空心体，内腔上端为母接头，以与上部钻柱连接，中下端为二级收缩形式，第一收缩段放置双母射流发生器（2）。
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