CN105239921A - 一种液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种液动冲击器，这种液动冲击器包括本体、液动机构、阀套、隔压筒、冲击体，液动机构安装在本体上部，液动机构的中心轴下部连接阀套，隔压筒包绕在阀套外共同形成冲击腔，冲击体位于冲击腔内，阀套下部周身均匀布置阀孔，隔压筒周身均匀布置出液孔，隔压筒与本体固定连接；砧子设置在冲击体下，砧子通过套筒与本体连接，砧子内部有流道，流道上部入口设有喷嘴；液动机构包括涡轮组、中心轴，中心轴为空心柱体，涡轮组设置于中心轴外并位于中心轴中部，中心轴的上部有进液口，中心轴下部有出液口，进液口、出液口均位于液动腔内，中心轴的下端口与冲击腔相通。本发能够保证冲击体上下的压差，使其上下移动。

Description

一种液动冲击器

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域中使用的提速工具，具体涉及一种液动冲击器。

背景技术

在油田钻井过程中，时常会遇到难钻地层，钻井难度大，对钻头磨损严重，钻井成本随之增大。为有效地提高钻头在中硬岩层中的钻进效率，会在钻头上加装提速工具，液动冲击器便是常用的提速工具。液动冲击器接在钻头上，在旋转钻进的同时，给钻头施加具有一定频率的轴向冲击力，使钻头对岩层产生轴向的具有一定频率的冲击力，来提高破岩效率。

目前，液动冲击器通常是利用钻井用的高压流体流经换向元件、工作阀等部件，产生上下压差，来驱动冲击体进行往复运动，进而产生一定频率的冲击。但在深部地层钻井中，由于流体压力高，液体压缩性差，导致液动冲击器性能不稳定，难以正常运行。如现有液动冲击器，利用本体内流通的钻井液在冲击体的上端和冲击体的下端之间形成的压力差，利用压力差对冲击体起到导向作用，并使得冲击体沿轴向往复运动，隔压筒的封闭和打开是通过冲击体的上下移动来实现腔体的打开和封闭。但由于液体压缩性差，冲击体在下移的过程，要克服冲击体下方的液体阻力，在长时间高压的深部钻井中，冲击体的动力会在克服阻力的过程中逐渐消耗，最终，冲击体会平衡在隔压筒出液口附近的一个稳定的位置，使得上下压差相同，停止工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种液动冲击器，这种液动冲击器用于解决现有液动冲击器性能不稳定的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种液动冲击器包括本体、液动机构、阀套、隔压筒、冲击体、喷嘴、砧子，本体为筒体，液动机构安装在本体上部，液动机构的中心轴下部连接阀套，隔压筒包绕在阀套外共同形成冲击腔，冲击体位于冲击腔内，阀套下部周身均匀布置阀孔，隔压筒周身均匀布置出液孔，隔压筒与本体固定连接；砧子设置在冲击体下，砧子通过套筒与本体连接，砧子内部有流道，流道上部入口设有喷嘴，套筒与本体通过螺纹连接，套筒与砧子通过多边方套配合，砧子与本体紧配合，砧子下部有与钻头连接的内螺纹；液动机构包括涡轮组、中心轴，中心轴为空心柱体，涡轮组设置于中心轴外并位于中心轴中部，中心轴的上部有进液口，中心轴下部有出液口，进液口、出液口均位于液动腔内，中心轴的下端口与冲击腔相通。

上述方案中中心轴上端通过支撑板和轴承固定在本体内；中心轴下部也通过支撑板和轴承固定在本体内；阀套为内部具有台阶的筒状体，台阶之上的筒壁厚于台阶之下的筒壁，冲击体的头部外径大于阀套台阶处的内径，中心轴下端抵于阀套台阶上；冲击体为外部具有台阶的筒状体，冲击体底部设有凸起结构。

上述方案中砧子与本体间设有支撑块，用于将砧子与本体紧固在一起，防止上提钻柱而造成砧子和钻头脱落。

上述方案中阀套阀套下部周身均匀布置6个阀孔，隔压筒周身均匀布置6个出液孔。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用涡轮组带动阀套，实现冲击腔的封闭和打开。冲击腔的打开会释放冲击体底部液流形成低压，冲击腔的封闭会在冲击体底部形成高压，随着液流的流过，涡轮组会不停的运转，冲击体下部的液体会随之间歇的流出，保证冲击体上下的压差，使其上下移动。

2、本发明结构简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的冲击腔封闭状态的结构示意图；

图2为本发明冲击体上升状态的结构示意图；

图3为本发明的冲击腔打开状态的结构示意图；

图4为本发明中阀套与隔压筒剖视图。

图中：1-涡轮组，2-中心轴，3-本体，4-阀套，5-喷嘴，6-套筒，7-砧子，8-支撑板，9-轴承，10-阀孔，11出液孔，12-冲击体，13-隔压筒，14-支撑块，15-进液口，16-液动腔，17-出液口，18-冲击腔，19-流道。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种液动冲击器包括本体3、液动机构、阀套4、隔压筒13、冲击体12、喷嘴5、砧子7，本体3为筒体，为内部装置提供支撑，并传递钻压和扭矩。液动机构安装在本体3上部，液动机构的中心轴2下部连接阀套4，如图4所示，隔压筒13包绕在阀套4外共同形成冲击腔18，冲击体12位于冲击腔18内，冲击体12可在阀套4内上下滑动，阀套4下部周身均匀布置6个阀孔10，隔压筒13周身均匀布置6个出液孔11，隔压筒13与本体3固定连接。砧子7设置在冲击体12下，当冲击体12与砧子7接触时，可使流体从冲击体12底部流入，进入节流装置的喷嘴5产生高压。砧子7通过套筒6与本体3连接，砧子7内部有流道19，流道19上部入口设有喷嘴5，喷嘴5为节流装置的主要部件，节流装置当液流经过时，产生高压。套筒6与本体3通过螺纹连接，套筒6与砧子7通过多边方套配合，砧子7上部与本体3间设有支撑块14，砧子7下部有与钻头连接的内螺纹，砧子7与钻头直接连接，通过螺纹配合。

液动机构包括涡轮组1、中心轴2，中心轴2为空心柱体，涡轮组1设置于中心轴2外并位于中心轴2中部，中心轴2的上部有进液口15，中心轴2下部有出液口17，进液口15、出液口17均位于液动腔16内，中心轴2的下端口与冲击腔18相通。中心轴2上部有进液口15，流体进入液动腔16，流经涡轮组1，从中心轴2下部的出液口17流出，由中心轴2内的流道进入阀套4和隔压筒13组成的冲击腔18，又由于阀套4和隔压筒13底部设置有间隔的出液口17，流体流出冲击腔18后，通过隔压筒13和本体3间的空隙，由喷嘴5下部的流道流入砧子7内。中心轴2上端通过支撑板8和轴承9固定在本体3内；中心轴2下部也通过支撑板8和轴承9固定在本体3内，两支撑板8间形成液动腔16，腔体内流经液体，为涡轮组1提供动力，涡轮组1可带动阀套4和中心轴2旋转，阀套4和隔压筒13底部有间隔出液口17，通过阀套4的旋转，流体可由阀套4上的阀孔10和隔压筒13出液口17对正时流出，阀套4的阀孔10和隔压筒13出液口17错开时，冲击腔18封闭，以此来实现腔体的封闭和打开。

阀套4为内部具有台阶的筒状体，台阶之上的筒壁厚于台阶之下的筒壁，冲击体12的头部外径大于阀套4台阶处的内径，中心轴2下端抵于阀套4台阶上。

冲击体12为外部具有台阶的筒状体，冲击体12底部设有凸起结构，流体进入冲击腔18时，冲击体12位于底部，流体流经喷嘴5，压力增大，推动冲击体12上移；而后，流体可由冲击体12内的流道流出，在冲击腔18打开的时候，冲击体12底部流体从阀套4的阀孔10和隔压筒13的出液口17流出，压力降低，冲击体12下移。如此往复循环，使得冲击体12产生冲击。

利用液流推动涡轮组1，带动中心轴2和阀板，通过旋转的阀套4的阀孔10和固定的隔压筒13上出液口17的开合，实现冲击腔18的封闭和打开，使得冲击体12上下产生压力差，令冲击体12上下移动产生冲击。现有液动冲击器，利用本体内流通的钻井液在冲击体的上端和冲击体的下端之间形成的压力差，利用压力差对冲击体起到导向作用，并使得冲击体沿轴向往复运动，隔压筒的封闭和打开是通过冲击体的上下移动来实现腔体的打开和封闭。但由于液体压缩性差，冲击体在下移的过程，要克服冲击体下方的液体阻力，在长时间高压的深部钻井中，冲击体的动力会在克服阻力的过程中逐渐消耗，最终，冲击体会平衡在隔压筒出液口附近的一个稳定的位置，使得上下压差相同，停止工作。与现有技术相比，本发明利用涡轮组1带动阀套4，实现冲击腔18的封闭和打开。冲击腔18的打开会释放冲击体12底部液流形成低压，冲击腔18的封闭会在冲击体12底部形成高压，随着液流的流过，涡轮组1会不停的运转，冲击体12下部的液体会随之间歇的流出，保证冲击体12上下的压差，使其上下移动。

为了便于理解，下面就本发明的工作过程加以描述：

首先，做出如下定义：连接钻头的砧子7为下端，进液处为上端。

开始钻井时，钻井液通过本体3上部的流道进入液动冲击器；流经中心轴2上部的进液口15后分流，进入液动腔16，随着流体向下流动，推动涡轮组1旋转，从而带动中心轴2和阀套4共同旋转；而后，流体从中心轴2下部的出液口17流出，通过中心轴2内部流道进入冲击腔18；当旋转的阀套4和固定的隔压筒13出液口17未对齐时，冲击腔18封闭（如图1）；流经冲击腔18底部的喷嘴5时，会产生高压，在压差作用下，冲击体12会随之向上抬升（如图2）；当旋转的阀套4和固定的隔压筒13出液口17对齐时，冲击腔18打开，液体流出（如图3）；液体从阀套4和隔压筒13的出液口17流出，冲击腔18底部压力降低，冲击体12下落；从冲击腔18流出的液体，流经隔压筒13和本体3之间的孔隙，进入砧子流道19，从砧子7内部的流道19流出到钻头。

如此往复循环，通过涡轮组1带动阀板旋转控制腔体的封闭，使冲击体12在上下压差作用下往复运动，形成一定频率的冲击，进而辅助破岩。

Claims (4)

1.一种液动冲击器，其特征在于：这种液动冲击器包括本体（3）、液动机构、阀套（4）、隔压筒（13）、冲击体（12）、喷嘴（5）、砧子（7），本体（3）为筒体，液动机构安装在本体（3）上部，液动机构的中心轴（2）下部连接阀套（4），隔压筒（13）包绕在阀套（4）外共同形成冲击腔（18），冲击体（12）位于冲击腔（18）内，阀套（4）下部周身均匀布置阀孔（10），隔压筒（13）周身均匀布置出液孔（11），隔压筒（13）与本体（3）固定连接；砧子（7）设置在冲击体（12）下，砧子（7）通过套筒（6）与本体（3）连接，砧子（7）内部有流道（19），流道（19）上部入口设有喷嘴（5），套筒（6）与本体（3）通过螺纹连接，套筒（6）与砧子（7）通过多边方套配合，砧子（7）与本体（3）紧配合，砧子（7）下部有与钻头连接的内螺纹；液动机构包括涡轮组（1）、中心轴（2），中心轴（2）为空心柱体，涡轮组（1）设置于中心轴（2）外并位于中心轴（2）中部，中心轴（2）的上部有进液口（15），中心轴（2）下部有出液口（17），进液口（15）、出液口（17）均位于液动腔（16）内，中心轴（2）的下端口与冲击腔（18）相通。

2.根据权利要求1所述的液动冲击器，其特征在于：所述的中心轴（2）上端通过支撑板（8）和轴承（9）固定在本体（3）内；中心轴（2）下部也通过支撑板（8）和轴承（9）固定在本体（3）内；阀套（4）为内部具有台阶的筒状体，台阶之上的筒壁厚于台阶之下的筒壁，冲击体（12）的头部外径大于阀套（4）台阶处的内径，中心轴（2）下端抵于阀套（4）台阶上；冲击体（12）为外部具有台阶的筒状体，冲击体（12）底部设有凸起结构。

3.根据权利要求2所述的液动冲击器，其特征在于：所述的砧子（7）与本体（3）间设有支撑块（14）。

4.根据权利要求3所述的液动冲击器，其特征在于：所述的阀套（4）下部周身均匀布置6个阀孔（10），隔压筒（13）周身均匀布置6个出液孔（11）。