CN105735892B - 吸震式高频扭力冲击器 - Google Patents
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Abstract
本发明主要应用于石油钻井技术领域，特别涉及一种吸震式高频扭力冲击器，包括钻具主体，钻具主体两端分别设置进水口和出水口，进水口和出水口之间设置压力切换装置，压力切换装置外周安装冲击锤，冲击锤与钻具主体之间设置冲击腔体，冲击腔体进水口端设置冲击腔体盖，冲击腔体末端和钻具本体末端之间安装扭力传送接头，冲击腔体和扭力传送接头之间设置密封圈及吸震碟簧组。本发明冲击频率较其它钻具至少提升1倍，来自钻柱的轴向震动被安装在钻具底部的碟簧组吸收，更加全面的保护了PDC钻头的切削齿，钻具结构简单，不易损原件，寿命长，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸震式高频扭力冲击器，主要应用于石油钻井技术领域。
背景技术
PDC钻头上焊接的PDC复合片具有非常强的抗研磨能力，但是抗冲击性能却是它致命的弱点，经现场试验和国内外各家钻头企业的使用情况来看，PDC钻头90％以上的失效都是PDC切削齿的崩齿造成的。在钻井过程中PDC钻头正常状态下应该能连续的稳定的切削地底岩石，然而这种理想的状态在实际钻井中是并不存在的，在井下PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、轴向、扭向和这几种震动的组合，钻头的震动极易损坏钻头的PDC切削齿，进而造成钻头损坏，影响钻头寿命，增加钻井成本。造成钻头损坏主要的原因是钻头在钻进较硬的或者抗压强度比较大的岩层时，过长的钻杆不能为PDC钻头切削岩石提供足够的扭矩，造成钻头暂时停顿，钻机转盘的能量积蓄于整个钻杆导致钻杆呈扭曲状态，当钻杆蓄能达到PDC钻头所需扭力时钻杆蓄能突然释放，造成钻头突然加速，造成钻头剧烈震动，进而导致钻头损坏，而来自于钻柱的轴向震动也是造成PDC钻头损坏的不可忽视的原因之一。
国内外许多厂家都在研究和制作能为钻井提速的钻井工具，其中轴向冲击为主，这种工具在一定程度上确实能为钻头增加一定的机械钻速，然而却极易使钻头的PDC复合片崩齿，降低了PDC钻头的使用寿命。现在许多机构都对扭力冲击钻井技术进行了研究和应用，也取得了不错的效果，扭力冲击钻井技术能使钻井效率提高30％甚至几倍的提高。
尽管扭力冲击钻井技术能明显的提高钻井效率，但长期以来却不能被广泛的推广应用，其主要原因之一是结构设计不合理或易损部件太多，严重制约了钻具的寿命，综合考虑钻井作业整体是不合适的。目前阿特拉功能公司Torkbuster扭力冲击发生器是比较成熟的工具，但是该工具对泥浆要求比较苛刻，寿命较短而且必须配备专用的PDC钻头，服务费高昂，而且此钻具不能吸收钻柱的轴向震动来进一步保护PDC钻头。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种既能给PDC钻头提供高频、稳定、有效的用来切削岩层的扭力冲击，消除钻井过程中钻头的粘滑现象，又能有效的吸收来自钻柱的轴向冲击，更加全面的保护PDC钻头脆弱的切削齿的吸震式高频扭力冲击器。
本发明所述的吸震式高频扭力冲击器，包括钻具主体，钻具主体两端分别设置进水口和出水口，进水口和出水口之间设置压力切换装置，压力切换装置外周安装冲击锤，冲击锤与钻具主体之间设置冲击腔体，冲击腔体进水口端设置冲击腔体盖，冲击腔体末端和钻具本体末端之间安装扭力传送接头，冲击腔体和扭力传送接头之间设置密封圈及吸震碟簧组。
压力切换装置、冲击锤、冲击腔体的设置可以分解泥浆的冲击力，泥浆产生压降，在泥浆压力差下实现反向扭力冲击，冲击频率较其它钻具至少提升1倍，来自钻柱的轴向震动被安装在钻具底部的吸震碟簧组吸收，更加全面的保护了PDC钻头的切削齿，钻具结构简单，不易损原件，寿命长。
所述的压力切换装置从进水口至出水口依次为分流过滤器、螺旋叶片换向器及汇流器，分流过滤器与螺旋叶片换向器之间、螺旋叶片换向器与汇流器之间通过轴承连接，分流过滤器、螺旋叶片换向器及汇流器均设置为中空，形成水流通道。分流过滤器与螺旋叶片换向器之间、螺旋叶片换向器与汇流器之间通过轴承连接，当泥浆进入分流过滤器后，带动螺旋叶片换向器转动，实现对泥浆的反向冲击力，对PDC钻头进行保护。
所述的分流过滤器包括主进水口，分流过滤器侧壁上设置分流水槽。分流过滤器上部主进水口大于分流过滤器出水口。
所述的螺旋叶片换向器包括换向段、汇流段及泄压段，换向段包括螺旋叶片，相邻螺旋叶片之间形成逼压水道，汇流段分布有汇流孔，泄压段外壁上设置泄压槽，泄压槽两侧设置与水流通道连通的高压通道。
所述的汇流器上分布有与水流通道连通的通孔，汇流器末端连接冲击腔体。
所述的冲击锤包括冲击锤本体，冲击锤本体上分布有通水孔，冲击锤本体上对称设置转动锤，冲击腔体内对应转动锤设置安装槽，冲击腔体两端分别通过螺纹与冲击腔体盖、扭力传送接头。冲击锤本体的通水孔为压力传感孔，冲击腔体内的安装槽为冲击发生仓。安装槽的空间可供转动锤往复旋转。通水孔对称分布在转动锤的两侧。
所述的冲击腔体末端与扭力传送接头之间设置密封圈和吸震碟簧组，钻具主体末端设置钻具主体扶正器，钻具主体扶正器外端面分布有耐磨块。耐磨块可延长钻具主体扶正器的使用寿命。
所述的钻具主体扶正器末端设置花键，耐磨块上设置防掉螺栓孔，对应花键在扭力传送接头上设置花键止转槽，对应防掉螺栓孔在扭力传送接头上设置防掉槽，防掉槽和防掉螺栓孔之间通过防掉螺栓紧固。固定紧固，结构稳定。
所述的钻具主体和分流过滤器之间形成蓄压仓，冲击腔体和汇流器之间形成泄压仓。
工作原理及过程：
高压泥浆经进水口进入分流过滤器，因为分流过滤器出水口较小，泥浆在此处产生压降，逼迫部分泥浆通过分流过滤器的分流水槽进入蓄压仓，清洁泥浆通过蓄压仓进入螺旋叶片换向器的逼压水道，然后通过汇流孔进入高压通道完成第一次汇流；
当泥浆进入螺旋叶片换向器的逼压水道时，螺旋叶片换向器在泥浆的带动下随之转动，当高压通道通过冲击锤的压力传感孔与冲击腔体的冲击发生仓连接时，螺旋叶片换向器的泄压槽通过转动锤另一端的压力传感孔与冲击发生仓被隔开的另一端连接，在泥浆的压差下冲击锤实现一次扭力敲击；螺旋叶片换向器继续转动，高压通道经过冲击锤的压力传感孔与被转动锤隔开的另一端相连，泄压槽同时连接冲击发生仓的另一端，在泥浆压力差下实现反向扭力冲击，这样当换向器旋转360度一周时，钻具实现四次扭力冲击。冲击频率较其它钻具至少提升1倍，来自钻柱的轴向震动被安装在钻具底部的吸震碟簧组吸收，更加全面的保护了PDC钻头的切削齿。
本发明的有益效果是：
冲击频率较其它钻具至少提升1倍，来自钻柱的轴向震动被安装在钻具底部的碟簧组吸收，更加全面的保护了PDC钻头的切削齿，钻具结构简单，不易损原件，寿命长，制造成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中压力切换装置的结构示意图。
图3是冲击锤的结构示意图。
图4是冲击腔体的结构示意图。
图5是扭力传送接头的结构示意图。
图6是钻具主体的结构示意图。
图7是正向冲击位置的结构示意图。
图8是反向冲击位置的结构示意图。
图中：1、钻具主体；2、分流过滤器；3、轴承；4、进水口；5、冲击腔体盖；6、螺旋叶片；7、冲击腔体；8、冲击锤；9、分流水槽；10、出水口；11、汇流器；12、耐磨块；13、密封圈；14、吸震碟簧组；15、扭力传送接头；16、逼压水道；17、API螺纹；18、汇流段；19、通孔；20、钻具主体扶正器；21、汇流孔；22、泄压槽；23、高压通道；24、螺旋叶片换向器；25、通水孔；26、冲击锤本体；27、安装槽；28、花键止转槽；29、防掉槽；30、花键；31、防掉螺栓孔；32、转动锤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1～图8所示，本发明所述的吸震式高频扭力冲击器，包括钻具主体1，钻具主体1两端分别设置进水口4和出水口10，进水口4和出水口10之间设置压力切换装置，压力切换装置外周安装冲击锤8，冲击锤8与钻具主体1之间设置冲击腔体7，冲击腔体7进水口端设置冲击腔体盖5，冲击腔体7末端和钻具主体1末端之间安装扭力传送接头15，冲击腔体7和扭力传送接头15之间设置密封圈13及吸震碟簧组14。压力切换装置从进水口至出水口依次为分流过滤器2、螺旋叶片换向器24及汇流器11，分流过滤器2与螺旋叶片换向器24之间、螺旋叶片换向器24与汇流器11之间通过轴承3连接，分流过滤器2、螺旋叶片换向器24及汇流器11均设置为中空，形成水流通道。分流过滤器2包括主进水口，分流过滤器2侧壁上设置分流水槽9。螺旋叶片换向器24包括换向段、汇流段18及泄压段，换向段包括螺旋叶片6，相邻螺旋叶片6之间形成逼压水道16，汇流段18分布有汇流孔21，泄压段外壁上设置泄压槽22，泄压槽22两侧设置与水流通道连通的高压通道23。汇流器11上分布有与水流通道连通的通孔19，汇流器11末端通过API螺纹17连接冲击腔体7。冲击锤8包括冲击锤本体26，冲击锤本体26上分布有通水孔25，冲击锤本体26上对称设置转动锤32，冲击腔体7内对应转动锤32设置安装槽27，冲击锤本体26的通水孔25为压力传感孔，冲击腔体7内的安装槽27为冲击发生仓。冲击腔体7两端分别通过螺纹与冲击腔体盖5、扭力传送接头15。冲击腔体7末端与扭力传送接头15之间设置密封圈13和吸震碟簧组14，钻具主体1末端设置钻具主体扶正器20，钻具主体扶正器20外端面分布有耐磨块12。钻具主体扶正器20末端设置花键30，耐磨块12上设置防掉螺栓孔31，对应花键30在扭力传送接头15上设置花键止转槽28，对应防掉螺栓孔31在扭力传送接头15上设置防掉槽29，防掉槽29和防掉螺栓孔31之间通过防掉螺栓紧固。钻具主体1和分流过滤器2之间形成蓄压仓，冲击腔体7和汇流器11之间形成泄压仓。
工作原理及过程：
高压泥浆经进水口4进入分流过滤器2，因为分流过滤器2出水口较小，泥浆在此处产生压降，逼迫部分泥浆通过分流过滤器2的分流水槽9进入蓄压仓，清洁泥浆通过蓄压仓进入螺旋叶片换向器24的逼压水道16，然后通过汇流孔21进入高压通道23完成第一次汇流，当泥浆进入螺旋叶片换向器24的逼压水道16时，螺旋叶片换向器24在泥浆的带动下随之转动，当高压通道23通过冲击锤8的压力传感孔与冲击腔体7的冲击发生仓连接时，螺旋叶片换向器24的泄压槽22通过转动锤32另一端的压力传感孔与冲击发生仓被隔开的另一端连接，在泥浆的压差下冲击锤8实现一次扭力敲击；螺旋叶片换向器24继续转动，高压通道23经过冲击锤8的压力传感孔与被转动锤32隔开的另一端相连，泄压槽22同时连接冲击发生仓的另一端，在泥浆压力差下实现反向扭力冲击，这样当换向器旋转360度一周时，钻具实现四次扭力冲击。冲击频率较其它钻具至少提升1倍，来自钻柱的轴向震动被安装在钻具底部的吸震碟簧组14吸收，更加全面的保护了PDC钻头的切削齿。
Claims (6)
1.一种吸震式高频扭力冲击器，其特征在于：包括钻具主体(1)，钻具主体(1)两端分别设置进水口(4)和出水口(10)，进水口(4)和出水口(10)之间设置压力切换装置，压力切换装置外周安装冲击锤(8)，冲击锤(8)与钻具主体(1)之间设置冲击腔体(7)，冲击腔体(7)进水口端设置冲击腔体盖(5)，冲击腔体(7)末端和钻具主体(1)末端之间安装扭力传送接头(15)，冲击腔体(7)和扭力传送接头(15)之间设置密封圈(13)及吸震碟簧组(14)；
压力切换装置从进水口至出水口依次为分流过滤器(2)、螺旋叶片换向器(24)及汇流器(11)，分流过滤器(2)与螺旋叶片换向器(24)之间、螺旋叶片换向器(24)与汇流器(11)之间通过轴承(3)连接，分流过滤器(2)、螺旋叶片换向器(24)及汇流器(11)均设置为中空，形成水流通道；螺旋叶片换向器(24)包括换向段、汇流段(18)及泄压段，换向段包括螺旋叶片(6)，相邻螺旋叶片(6)之间形成逼压水道(16)，汇流段(18)分布有汇流孔(21)，泄压段外壁上设置泄压槽(22)，泄压槽(22)两侧设置与水流通道连通的高压通道(23)；冲击锤(8)包括冲击锤本体(26)，冲击锤本体(26)上分布有通水孔(25)，冲击锤本体(26)上对称设置转动锤(32)，冲击腔体(7)内对应转动锤(32)设置安装槽(27)，冲击腔体(7)两端分别通过螺纹与冲击腔体盖(5)、扭力传送接头(15)。
2.根据权利要求1所述的吸震式高频扭力冲击器，其特征在于：分流过滤器(2)包括主进水口，分流过滤器(2)侧壁上设置分流水槽(9)。
3.根据权利要求1所述的吸震式高频扭力冲击器，其特征在于：汇流器(11)上分布有与水流通道连通的通孔(19)，汇流器(11)末端连接冲击腔体(7)。
4.根据权利要求1所述的吸震式高频扭力冲击器，其特征在于：冲击腔体(7)末端与扭力传送接头(15)之间设置密封圈(13)和吸震碟簧组(14)，钻具主体(1)末端设置钻具主体扶正器(20)，钻具主体扶正器(20)外端面分布有耐磨块(12)。
5.根据权利要求4所述的吸震式高频扭力冲击器，其特征在于：钻具主体扶正器(20)末端设置花键(30)，耐磨块(12)上设置防掉螺栓孔(31)，对应花键(30)在扭力传送接头(15)上设置花键止转槽(28)，对应防掉螺栓孔(31)在扭力传送接头(15)上设置防掉槽(29)，防掉槽(29)和防掉螺栓孔(31)之间通过防掉螺栓紧固。
6.根据权利要求1所述的吸震式高频扭力冲击器，其特征在于：钻具主体(1)和分流过滤器(2)之间形成蓄压仓，冲击腔体(7)和汇流器(11)之间形成泄压仓。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tan Wenyong Inventor after: Huo Xufeng Inventor after: Wang Zhaohui Inventor after: Zhang Yongqing Inventor after: Luo Pengfeng Inventor after: Ning Jun Inventor after: Tang Shengxian Inventor after: Hua Zhichao Inventor after: Zhang Wenbin Inventor after: Wang Xiaowei Inventor before: Tan Wenyong Inventor before: Huo Xufeng Inventor before: Wang Zhaohui Inventor before: Zhang Yongqing Inventor before: Luo Pengfeng Inventor before: Ning Jun Inventor before: Tang Shengxian Inventor before: Hua Zhichao Inventor before: Zhang Wenbin Inventor before: Wang Xiaowei |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180223 Termination date: 20210223 |