CN107605396B - 一种分流式射吸液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种分流式射吸液动冲击器，这种分流式射吸液动冲击器的外壳短接上端连接上接头、下端连接传动短接，传动短接上顶与上接头之间的腔体内设置有上喷嘴座、锤内套、阀套、冲击锤，锤内套上端与上喷嘴座固定连接，上喷嘴通过卡簧固定在上喷嘴座的中心孔内，锤内套环形台阶内有对称的排液孔，上喷嘴座四周的孔道与排液孔一一对应构成分液流道，阀套下端设置有使锤内套上下相通的溢流槽，阀套位于锤内套上部，阀套内部设置活塞，冲击锤通过丝扣与活塞构成活塞冲击锤组件，活塞与冲击锤装在同一轴线上；传动短接上顶设置有中心孔，该中心孔内通过卡簧设置下喷嘴。本发明能够产生稳定的周期性的轴向冲击振动，冲击频率高，冲击力高。

Description

一种分流式射吸液动冲击器

技术领域

本发明涉及石油钻井行业里的一种高效破岩工具，具体涉及一种分流式射吸液动冲击器。

背景技术

为了满足油气勘探工作的发展需要，钻井行业的发展趋势是向更深，更复杂区块扩展。在钻深井的过程中，随着深度的增加，岩石的可钻性降低，钻进难度变大，进尺速度变慢的问题开始突出。因此提高深井、超深井的钻进速度是目前国内外石油行业的关键着眼点。

目前，各类冲击器是提高钻进速度的主要工具。但是如今现有的冲击器都普遍存在零件过多、工作寿命短、单次冲击力小、工作效率低下等问题。这些问题的普遍存在严重的制约了液动冲击器的推广和使用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种分流式射吸液动冲击器，这种分流式射吸液动冲击器用于解决现有冲击器的寿命过短，单次冲击力过小的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种分流式射吸液动冲击器包括上接头、外壳短接、传动短接，外壳短接上端连接上接头、下端连接传动短接，传动短接具有上顶，传动短接上顶与上接头之间的腔体内设置有上喷嘴座、锤内套、阀套、冲击锤，锤内套为空心的柱体，柱体内腔的上部有环形台阶，锤内套上端与上喷嘴座固定连接，上喷嘴通过卡簧固定在上喷嘴座的中心孔内，锤内套环形台阶内有对称的排液孔，上喷嘴座四周的孔道与排液孔一一对应构成分液流道，阀套为圆筒，阀套下端设置有使锤内套上下相通的溢流槽，阀套位于锤内套上部，两者间隙用合金环固定密封；阀套内部设置活塞，活塞与阀套上部的间隙用耐磨环密封，冲击锤通过丝扣与活塞构成活塞冲击锤组件，活塞与冲击锤装在同一轴线上；传动短接上顶设置有中心孔，该中心孔内通过卡簧设置下喷嘴。

上述方案中冲击锤为具有锤顶和锤底的空心柱体，锤顶上部为锥形头，锥形头能够嵌入到阀套内，锤顶中心设置有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽具有内螺纹，内螺纹用来与上部活塞相连接，锤底中心有出液孔，锤底外壁均匀设置4条排液槽，可以使冲击锤外的流体介质通过。

上述方案中传动短接通过六方轴套与外壳短接连接，传动短接下部具有外台阶，传动短接上部外壁有突出的牙齿，六方轴套内壁有也突出的牙齿，六方轴套与传动短接之间通过牙齿相互配合。

上述方案中传动短接与外壳短接之间设置有整流锁、锁死环、橡胶圈。

本发明具有以下有益效果：

1. 本发明本发明能够产生稳定的周期性的轴向冲击振动，冲击频率可以达1000-4000次/min，冲击力为500~1000N。该工具结构简单，易于实现，液流在腔内畅通性好，分流式设计可以使压耗降低，无回流通道，可使用通用密封件；无弹簧，无须担心弹簧易疲劳断裂的问题，适用于高频冲击；耐背压性好，流体液能利用率高；工作性能稳定，是一种新型、稳定、可靠、安全的液动冲击器，易于在油田的使用与推广。

2. 本发明产生的高频轴向冲击振动可以提高钻头牙齿吃入岩石的深度、加快岩屑脱离井底的速度，提高机械钻速，提高幅度达1到2倍，能够有效降低钻井成本。

3. 本发明整个阀控机构相对简单，只有阀套和活塞冲击锤组合体两个运动件，发生故障的机率降低。

4.本发明的轴向振动频率可以通过改变喷嘴尺寸、泵排量的大小进行调整，相对灵活。

5. 本发明不存在弹簧等缓冲复位装置，工作介质流道均为圆柱状直孔，与液流接触面积最小，液流阻力最小，减少了能量损耗，提高了水力冲击功利用效率，解决了冲击效能低、单次冲击力小的问题。

6. 本发明为液动全金属结构，无电子元件，冲击过程不会对电测仪器产生干扰，有利于MWD、LWD等随钻电测仪器的稳定工作；工作稳定，冲击器内部不易出现压力平衡点，利于长时间的稳定工作。

附图说明

图1为启动前阀套与冲击锤与活塞的组和件处于工作行程下限；

图2为启动后，阀套在高速液流的卷吸作用下高速上升，由于阀套阀质量远小于冲击锤，所以率先抵达工作行程；

图3为活塞与冲击锤的组合件高速上升，与上喷嘴相接使得上方的流道被堵死，上腔压力升高，下腔压力因工作介质由底部排液孔流出而降低；出现压差，活塞与冲击锤向下运动。

图4为冲击锤在上下腔压力差作用下高速向下击打传动短节完成一个循环。

图中：1.上接头；2.外壳短接；3.上喷嘴座；4.上喷嘴；5.锤内套；6.阀套；7.活塞；8.冲击锤；9.下喷嘴；10.六方轴套；11.传动短接：12.锁死环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种分流式射吸液动冲击器包括上接头1、外壳短接2、传动短接11，外壳短接2上端连接上接头1、下端连接传动短接11，传动短接11具有上顶，传动短接11上顶与上接头1之间的腔体内设置有上喷嘴座3、锤内套5、阀套6、冲击锤8，锤内套5为空心的柱体，柱体内腔的上部有环形台阶，锤内套5上端有螺孔，通过螺丝与上喷嘴座3链接，上喷嘴4通过卡簧固定在上喷嘴座3的中心孔内，这样便于更换喷嘴，通过更换不同的喷嘴尺寸便能获得不同喷射流速；锤内套5环形台阶内有对称的排液孔，上喷嘴座3四周的孔道与排液孔一一对应构成分液流道，阀套6为圆筒，阀套6下端设置有使锤内套5上下相通的溢流槽，阀套6位于锤内套5上部，两者间隙用合金环固定密封；阀套6内部设置活塞7，活塞7与阀套6上部的间隙用耐磨环密封，冲击锤8通过丝扣与活塞7构成活塞冲击锤组件，活塞7与冲击锤8装在同一轴线上；传动短接11上顶设置有中心孔，该中心孔内通过卡簧设置下喷嘴9。活塞冲击锤组件在工作介质射流的作用下使阀套6与活塞7不断地关闭与开启，控制着上下压差交替转换，从而使冲击锤8不断地冲击运动击打传动短接11，传动短接11将能量传递给钻头，工作介质也不断地从传动短接11的排液孔排入井底。

冲击锤8为具有锤顶和锤底的空心柱体，锤顶上部为锥形头，锥形头能够嵌入到阀套6内，锤顶中心设置有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽具有内螺纹，内螺纹用来与上部活塞7相连接，锤底中心有出液孔，锤底外壁均匀设置4条排液槽，可以使冲击锤8外的流体介质通过。

传动短接11通过六方轴套10与外壳短接2连接，传动短接11下部具有外台阶，传动短接11上部外壁有突出的牙齿，六方轴套10内壁有也突出的牙齿，六方轴套10与传动短接11之间通过牙齿相互配合。传动短接11与外壳短接2之间设置有整流锁、锁死环12、橡胶圈。

本发明的安装方法：将活塞7放入阀套6内，活塞7下端与冲击锤8的上端链接并固定，中间的间隙从上之下依次加入阀套6与活塞7进行间隙密封。将组合好的整体放入锤内套5内。将上喷嘴4装入上喷嘴座3中心孔中，用卡簧固定，把安装好的组件放入外壳短接2内，外壳短接2上部安装上接头1，下部安装六方轴套10，最后把下喷嘴9装到传动短接11的上顶的中心孔中，传动短接11的上部安装整流锁、锁死环12、橡胶圈，然后穿过六方轴套10与外壳短接2相配合，完成安装。

本发明的工作过程：开始时，如图1所示，冲击锤8与活塞7的组合和阀套6处于最下端，当高速液流通过上喷嘴4会使工作介质流速增加产生卷吸作用使得压力减小，又因为下部分喷嘴的直径相较大所以上下产生压差，冲击锤8与活塞7的组合和阀套6在压力的作用下向上运动，由于阀套6的质量小于冲击锤8与活塞7的组合，因此阀套6先运动至上止点（如图2所示），随后冲击锤8与活塞7也到达上止点，返回阶段结束。返回阶段结束时，活塞7与冲击锤8的锥形头伸入到阀套6中，将阀套6下部闭合，工作介质不能从阀套6下部流出，上腔压力升高，冲程阶段开始（如图3所示），当阀套6下行到下止点时停止，冲击锤8与活塞7的组合由于惯性继续向下运动最终冲击传动短接11，完成一次循环（如图4所示）。冲击锤8与活塞7的组合上下往复运动与阀套6交替形成开启与关闭的阀控机构，从而实现循环往复冲击，进而辅助破岩。

Claims (4)

1.一种分流式射吸液动冲击器，其特征在于：这种分流式射吸液动冲击器包括上接头（1）、外壳短接（2）、传动短接（11），外壳短接（2）上端连接上接头（1）、下端连接传动短接（11），传动短接（11）具有上顶，传动短接（11）上顶与上接头（1）之间的腔体内设置有上喷嘴座（3）、锤内套（5）、阀套（6）、冲击锤（8），锤内套（5）为空心的柱体，柱体内腔的上部有环形台阶，锤内套（5）上端与上喷嘴座（3）固定连接，上喷嘴（4）通过卡簧固定在上喷嘴座（3）的中心孔内，锤内套（5）环形台阶内有对称的排液孔，上喷嘴座（3）四周的孔道与排液孔一一对应构成分液流道，阀套（6）为圆筒，阀套（6）下端设置有使锤内套（5）上下相通的溢流槽，阀套（6）位于锤内套（5）上部，两者间隙用合金环固定密封；阀套（6）内部设置活塞（7），活塞（7）与阀套（6）上部的间隙用耐磨环密封，冲击锤（8）通过丝扣与活塞（7）构成活塞冲击锤组件，活塞（7）与冲击锤（8）装在同一轴线上；传动短接（11）上顶设置有中心孔，该中心孔内通过卡簧设置下喷嘴（9）；

活塞冲击锤组件在工作介质射流的作用下使阀套（6）与活塞（7）不断地关闭与开启，控制着上下压差交替转换，其中开始工作时，冲击锤（8）与活塞（7）的组合和阀套（6）处于最下端，当高速液流通过上喷嘴（4）使工作介质流速增加，产生卷吸作用使得压力减小，又因为下喷嘴的直径较大，所以上下产生压差，冲击锤（8）与活塞（7）的组合和阀套（6）在压力的作用下向上运动。

2.根据权利要求1所述的分流式射吸液动冲击器，其特征在于：所述的冲击锤（8）为具有锤顶和锤底的空心柱体，锤顶上部为锥形头，锥形头能够嵌入到阀套（6）内，锤顶中心设置有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽具有内螺纹，内螺纹用来与上部活塞（7）相连接，锤底中心有出液孔，锤底外壁均匀设置4条排液槽，使冲击锤（8）外的流体介质通过。

3.根据权利要求2所述的分流式射吸液动冲击器，其特征在于：所述的传动短接（11）通过六方轴套（10）与外壳短接（2）连接，传动短接（11）下部具有外台阶，传动短接（11）上部外壁有突出的牙齿，六方轴套（10）内壁有也突出的牙齿，六方轴套（10）与传动短接（11）之间通过牙齿相互配合。

4.根据权利要求3所述的分流式射吸液动冲击器，其特征在于：所述的传动短接（11）与外壳短接（2）之间设置有整流锁、锁死环（12）、橡胶圈。