CN106917582B

CN106917582B - 一种轴向双作用液力冲击器

Info

Publication number: CN106917582B
Application number: CN201710319887.4A
Authority: CN
Inventors: 冯进; 魏俊; 何顺; 马良丰; 陈斌; 刘倩倩
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: CN106917582A

Abstract

本发明涉及一种轴向双作用液力冲击器，属油气田钻井工具技术领域。该冲击器包括外壳、上接头、下接头、花键套、冲击锤体和导流套；外壳内通过套筒安装有锤座，套筒一侧的外壳内装有节流套和高压分流筒，高压分流筒内通过对称设置的上限位座和下限位座装有活塞杆；活塞杆的一端固装有活塞固定接头；活塞杆的一端固装有冲击锤体，该冲击器在高速钻井液压力的作用下，活塞杆往复循环高速振动，并将该运动传递到冲击锤锤体，锤体冲击锤座并最终转化为钻头的高频冲击破岩作用，从而提高了钻头的破岩效率，解决了传统旋转钻井方式碰到硬地层时，钻井效率降低，钻井周期长、成本高的问题；对提高钻井效率和降低钻井成本具有积极的推广意义。

Description

一种轴向双作用液力冲击器

技术领域

本发明涉及一种轴向双作用液力冲击器，属油气田钻井工具技术领域。

背景技术

石油素有"世界经济的血液"之称，在我国的工业及经济发展中历来有着举足轻重的作用，是我国国民经济的重要支柱。近几年来，随着油气资源勘探开发不断深入，钻遇“三高”（岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高）的可能性越来越大，这两者都考验着石油行业的兴衰，因此，如何提高钻井效率，降低成本，是石油行业需要解决的重要问题。传统的旋转钻井方式碰到硬地层时，钻井效率降低，钻头寿命变的更短，钻井周期更长，成本更高；因此有效地提高钻井速率是如今钻井工程中急需解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能有效提高破岩效率，提高钻进速度，从而降低开采成本的轴向双作用液力冲击器。

本发明的技术方案是：

一种轴向双作用液力冲击器，包括外壳、上接头、下接头、花键套、冲击锤体和导流套；其特征在于：外壳的一端螺纹安装有上接头；外壳的另一端通过花键套装有下接头；外壳内通过套筒安装有锤座，套筒一侧的外壳内装有节流套和高压分流筒，高压分流筒内通过对称设置的上限位座和下限位座装有活塞杆；活塞杆的一端固装有活塞固定接头；活塞杆的一端固装有冲击锤体，活塞杆内设置有滑块，滑块的一端通过滑块顶砧与活塞固定接头接触连接；高压分流筒和上限位座的一侧通过导流接头和导流套装有分水头。

所述的上限位座和下限位座上分别设置有限位座孔；节流套上设置有节流套孔；导流套上设置有导流套孔；

所述的高压分流筒圆周上螺旋设置有凸缘，凸缘之间的高压分流筒圆周上均布有高压分流孔。所述的导流接头上设置有螺纹退刀槽，导流接头通过螺纹退刀槽与高压分流筒相互卡接。

所述的冲击锤体为变径体，冲击锤体上设置有冲击锤孔。

所述的滑块上对称设置有凸起，凸起上分别设置有滑块孔，滑块孔与滑块的中心孔连通。

所述的活塞杆圆周上设置有梯形槽，活塞杆的两端圆周上分别设置有退刀螺纹槽，退刀螺纹槽之间的活塞杆上均布有多个活塞杆孔，活塞杆孔与活塞杆的中心孔连通；活塞杆一端通过退刀螺纹槽与冲击锤体螺纹连接；活塞杆另一端通过退刀螺纹槽与活塞固定接头卡接。

所述的花键套一端与外壳螺纹连接；花键套的另一端与下接头键连接。

所述的锤座与下接头相互螺纹连接。

所述的节流套与高压分流筒接触连接。

所述的上限位座和下限位座之间的活塞杆上套装有换向节流套，换向节流套上设置有换向节流孔。

本发明的有益效果是：

该轴向双作用液力冲击器的活塞杆一端通过螺纹与冲击锤体相连，在高速钻井液压力的作用下，活塞杆往复循环高速振动，并将该运动传递到冲击锤锤体，锤体冲击锤座并最终转化为钻头的高频冲击破岩作用，从而提高了钻头的破岩效率，解决了传统旋转钻井方式碰到硬地层时，钻井效率降低，钻头寿命变短，钻井周期长、成本高的问题；对提高钻井效率和降低钻井成本具有积极的推广意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的节流套的结构示意图；

图3为本发明的节流套的剖视结构示意图；

图4为本发明的高压分流筒的剖视结构示意图；

图5为本发明的高压分流筒的截面结构示意图；

图6为本发明的限位座的结构示意图；

图7为本发明的活塞杆的结构示意图；

图8为本发明的冲击锤体的结构示意图；

图9为本发明的滑块的结构示意图；

图10为本发明的导流套的结构示意图；

图11为本发明的导流接头的结构示意图；

图12为本发明的活塞固定接头的结构示意图；

图13为本发明的分水头的结构示意图。

图中：1、外壳，2、上接头，3、下接头，4、花键套，5、冲击锤体，6、导流套，7、套筒，8、锤座，9、节流套，10、高压分流筒，11、节流套孔，12、凸缘，13、高压分流孔，14、上限位座，15、下限位座，16、活塞杆，17、限位座孔，18、梯形槽，19、退刀螺纹槽，20、活塞杆孔，21、活塞固定接头，22、冲击锤孔，23、换向节流套，24、换向节流孔，25、滑块，26、凸起，27、滑块孔，28、滑块顶砧，29、导流接头，30、分水头，31、导流套孔，32、螺纹退刀槽。

具体实施方式

该轴向双作用液力冲击器包括外壳1、上接头2、下接头3、花键套4、冲击锤体5和导流套6。外壳1的一端螺纹安装有上接头2；外壳1的另一端通过花键套4装有下接头3；花键套4的一端与外壳1螺纹连接；花键套4的另一端与下接头3键连接。

外壳1内通过套筒7安装有锤座8，锤座8与下接头3相互螺纹连接。套筒7一侧的外壳1内装有节流套9和高压分流筒10，节流套9与高压分流筒10接触连接。节流套9上设置有节流套孔11；节流套孔11与节流套9的中心孔连通；高压分流筒10圆周上螺旋设置有凸缘12，凸缘12之间的高压分流筒10圆周上均布有高压分流孔13。

高压分流筒10内通过对称设置的上限位座14和下限位座15装有活塞杆16；上限位座14和下限位座15上分别设置有限位座孔17；活塞杆16圆周上设置有梯形槽18，活塞杆16的两端圆周上分别设置有退刀螺纹槽19，退刀螺纹槽19之间的活塞杆16上均布有多个活塞杆孔20，（活塞杆孔20由右至左为1孔、2孔、3孔、4孔、5孔）活塞杆孔20与活塞杆16的中心孔连通。活塞杆16的一端通过退刀螺纹槽19安装有活塞固定接头21；活塞杆的另一端通过退刀螺纹槽19螺纹安装有冲击锤体5，冲击锤体5为变径体，冲击锤体5上设置有冲击锤孔22。

上限位座14和下限位座15之间的活塞杆16上套装有换向节流套23，换向节流套23上设置有换向节流孔24。

活塞杆16的中心孔内设置有滑块25，滑块25上对称设置有凸起26，凸起26上分别设置有滑块孔27，滑块孔27与滑块25的中心孔连通。滑块26的一端通过滑块顶砧28与活塞固定接头21接触连接。

高压分流筒10和上限位座14的一侧通过导流接头29和导流套6装有分水头30。导流套6上设置有导流套孔31；导流接头29上设置有螺纹退刀槽32，导流接头29通过螺纹退刀槽32与高压分流筒10相互卡接。

该轴向双作用液力冲击器工作时，钻井液经过上接头2进入工具内部，经分水头30和导流套6进入高压分流筒10外腔。钻井液在高压分流筒10处分成两支，一支顺高压分流筒10的凸缘12径直向下由节流套9产生高压射出并经过冲击锤体5的冲击锤孔22最终由下接头3流出，另一支由高压分流筒10的高压分流孔13进入高压分流筒10内。钻井液经高压分流筒10的凸缘12形成螺旋流，其中的大颗粒物在离心力的作用下延螺旋凸缘12的上侧流动，充分避免了钻井液中的大颗粒物进入高压分流筒10内对活塞杆16的运动造成影响。由于高压分流筒10内设置有上限位座14、下限位座15、活塞杆16和换向节流套23等构成的液压换向机构。经高压分流筒10的高压分流孔13进入至高压分流筒10内的钻井液由上限位座14的限位座孔17经活塞杆16的活塞杆孔20（1孔）进入滑块25与活塞杆16之间的上侧空腔，从而压迫滑块25下行；这一过程中，高压钻井液由换向节流套23的换向节流孔24进入至活塞杆16的梯形槽18，并由梯形槽18中活塞杆孔20（3孔）进入滑块25的凸起26外侧。当滑块25的凸起26外侧与活塞杆16的活塞杆孔20（4孔）联通时，高压钻井液进入活塞杆16的梯形槽18下侧端面与下限位座15之间的空腔，并作用在梯形槽18下侧端面迫使活塞杆16上行。当梯形槽18上侧端面与上限位座14接触（液压换向系统上死点）时活塞杆16停止上行运动并进入下行程阶段。

当液压换向系统处于上死点时，活塞杆16的活塞杆孔20（5孔）与下限位座15的限位座孔17对齐，高压钻井液进入滑块25与活塞杆16的下侧空腔，从而使滑块25上行；当滑块25的凸起26外侧与活塞杆16活塞杆孔20（2孔）联通时，高压钻井液进入活塞杆16的梯形槽18与上限位座14之间的空腔，并作用在梯形槽18上侧端面从而使活塞杆16下行。当梯形槽18下侧端面与下限位座15接触（液压换向系统下死点）时停止下行运动并进入上行程阶段。

由于活塞杆16通过螺纹与冲击锤体5相连，在高速钻井液压力的作用下，活塞杆16往复循环高速振动的过程中，通过冲击锤体5不断锤击锤座8，由此形成对钻头的高频轴向冲击力；从而提高钻头和岩石间的接触应力及破碎坑内的裂纹扩展，进而提高了钻头的破岩效率。该轴向双作用液力冲击器结构简单，设计新颖，解决了传统旋转钻井方式碰到硬地层时，钻井效率降低，钻头寿命变短，钻井周期长、成本高的问题；对提高钻井效率和降低钻井成本具有积极的推广意义。

Claims

1.一种轴向双作用液力冲击器，包括外壳（1）、上接头（2）、下接头（3）、花键套（4）、冲击锤体（5）和导流套（6）；外壳（1）的一端螺纹安装有上接头（2）；外壳（1）的另一端通过花键套（4）装有下接头（3）；外壳（1）内通过套筒（7）安装有锤座（8），套筒（7）一侧的外壳（1）内装有节流套（9）和高压分流筒（10），其特征在于：高压分流筒（10）内通过对称设置的上限位座（14）和下限位座（15）装有活塞杆（16）；活塞杆（16）的一端固装有活塞固定接头（21）；活塞杆（16）的一端固装有冲击锤体（5），活塞杆（16）内设置有滑块（25），滑块（25）的一端通过滑块顶砧（28）与活塞固定接头（21）接触连接；高压分流筒（10）和上限位座（14）的一侧通过导流接头（29）和导流套（6）装有分水头（30）；所述的高压分流筒（10）圆周上螺旋设置有凸缘（12），凸缘（12）之间的高压分流筒（10）圆周上均布有高压分流孔（13）；所述的导流接头（29）上设置有螺纹退刀槽（32），导流接头（29）通过螺纹退刀槽（32）与高压分流筒（10）相互卡接；

所述的滑块（25）上对称设置有凸起（26），凸起（26）上分别设置有滑块孔（27），滑块孔（27）与滑块（25）的中心孔连通；

所述的活塞杆（16）圆周上设置有梯形槽（18），活塞杆（16）的两端圆周上分别设置有退刀螺纹槽（19），退刀螺纹槽（19）之间的活塞杆（16）上均布有多个活塞杆孔（20），活塞杆孔（20）与活塞杆（16）的中心孔连通；活塞杆（16）一端通过退刀螺纹槽（19）与冲击锤体（5）螺纹连接；活塞杆（16）另一端通过退刀螺纹槽（19）与活塞固定接头（21）卡接；

所述的花键套（4）一端与外壳（1）螺纹连接；花键套（4）的另一端与下接头（3）键连接;

该冲击器工作时，钻井液在高压分流筒（10）处分成两支，一支顺高压分流筒（10）的凸缘（12）径直向下由节流套（9）产生高压射出并经过冲击锤体（5）的冲击锤孔（22）最终由下接头（3）流出，另一支由高压分流筒（10）的高压分流孔（13）进入高压分流筒（10）内；钻井液经高压分流筒（10）的凸缘（12）形成螺旋流，其中的大颗粒物在离心力的作用下沿螺旋凸缘（12）的上侧流动，避免了钻井液中的大颗粒物进入高压分流筒（10）内对活塞杆（16）的运动造成影响。

2.根据权利要求1所述的一种轴向双作用液力冲击器，其特征在于：所述的上限位座（14）和下限位座（15）上分别设置有限位座孔（17）；节流套（9）上设置有节流套孔（11）；导流套（6）上设置有导流套孔（31）。

3.根据权利要求1所述的一种轴向双作用液力冲击器，其特征在于：所述的冲击锤体（5）为变径体，冲击锤体（5）上设置有冲击锤孔（22）。

4.根据权利要求1所述的一种轴向双作用液力冲击器，其特征在于：所述的锤座（8）与下接头（3）相互螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种轴向双作用液力冲击器，其特征在于：所述的节流套（9）与高压分流筒（10）螺纹连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种轴向双作用液力冲击器，其特征在于：所述的上限位座（14）和下限位座（15）之间的活塞杆（16）上套装有换向节流套（23），换向节流套（23）上设置有换向节流孔（24）。