CN108222873B - 复合振动冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合振动冲击器，包括：外壳、导流杯、传动接头、扭转冲击器。其中，传动接头为空心管体，包括：接头部和连接部，连接部的直径小于接头部的直径。外壳为空心管体。传动接头的连接部插设入外壳内、且传动接头的接头部卡在外壳的第一端与外壳固定连接。导流杯和扭转冲击器均位于外壳内。导流杯的进液口与外壳的第二端内侧相连，导流杯的出液口与扭转冲击器的进液端相连。扭转冲击器的出液端伸入传动接头的连接部内。扭转冲击器用于周向振动，且扭转冲击器带动传动接头产生纵向振动。该复合振动冲击器可同时实现周向振动冲击与纵向振动冲击，适用于深部地层难钻的位置，例如软硬交错地层，提高钻头破岩效率。

Description

复合振动冲击器

技术领域

本发明涉及采油设备，尤其涉及一种复合振动冲击器。

背景技术

随着我国石油勘探开发的发展，新区的勘探开发不断扩大，采油井的深度不断加深，进入的地层越来越老，钻遇地层越来越复杂，岩石也越来越硬，动力沿程损失大，液柱对井底的压持效应明显，钻井速度慢，严重制约了油气田开发的进程。因此，如何提高钻井破岩效率，是亟待解决的问题。

另一方面，钻井液等液体比管柱等固体有更高的能量传递效率，可将足够的能量传到井底，解决深井能量利用率低的问题。同时，钻具纵向振动也能更好地适应坚硬地层，因而，现有技术提出将脉冲射流和冲击振动钻井两类技术进行结合形成钻井冲击器。

但是，现有的钻井冲击器并不适用于深部地层难钻的位置。

发明内容

本发明提供一种适用于深部地层难钻的位置的复合振动冲击器。

第一方面，本发明提供一种复合振动冲击器。该复合振动冲击器包括：外壳、导流杯、传动接头、扭转冲击器；所述传动接头为空心管体，其中，所述传动接头包括：接头部和连接部，所述连接部的直径小于所述接头部的直径；所述外壳为空心管体，所述传动接头的所述连接部插设入所述外壳内、且所述传动接头的所述接头部卡在所述外壳的第一端与所述外壳固定连接；所述导流杯、所述扭转冲击器均位于所述外壳内，所述导流杯的进液口与所述外壳的第二端内侧相连，所述导流杯的出液口与所述扭转冲击器的进液端相连；所述扭转冲击器的出液端伸入所述传动接头的所述连接部内，其中，所述扭转冲击器用于周向振动，且所述扭转冲击器带动所述传动接头产生纵向振动。

可选地，所述扭转冲击器包括：液动锤外壳、液动锤、中心管、液动锤压盖、启动器；所述液动锤外壳包括：第一管体和第二管体，所述第一管体的第一端和所述第二管体的第一端固定连接，所述第一管体的直径大于所述第二管体的直径；所述第一管体位于所述外壳内，所述第二管体伸入所述传动接头的所述连接部内；所述液动锤压盖扣设在所述第一管体的第二端，所述液动锤压盖上设有通孔，所述中心管穿设在所述通孔内、并伸入所述液动锤外壳内；所述中心管的进液端与所述导流杯的出液口密封连接；所述启动器套设在所述中心管外侧、且位于所述第一管体内；所述液动锤套设在所述启动器外侧、且位于所述第一管体内，并在所述启动器控制下运动。

可选地，所述扭转冲击器还包括：喷嘴；所述喷嘴与所述中心管的出液端连接、且位于所述第二管体内，所述喷嘴与所述第二管体形成振荡腔。

可选地，所述中心管的出液端设有泄压盘，所述泄压盘与所述中心管的出液端连接；所述泄压盘上设有多个泄流孔。

可选地，所述多个泄流孔包括：横向泄流孔和纵向泄流孔。

可选地，所述导流杯为V型漏斗状；所述导流杯的杯体上设有分流孔，所述分流孔流出的液体用于为所述启动器供液。

可选地，所述复合振动冲击器还包括：砧子，所述砧子单侧开口、其中非开口侧为平面端；所述砧子位于所述传动接头的所述连接部内、且所述平面端比开口端接近所述扭转冲击器。

可选地，所述传动接头的所述连接部内设有密封槽；所述砧子通过所述密封槽与所述传动接头的所述连接部密封连接。

可选地，所述复合振动冲击器还包括：双母接头；所述双母接头包括：螺纹部，所述螺纹部伸入所述传动接头的所述连接部内；所述螺纹部包括：第一母螺纹和第二母螺纹，所述第一母螺纹比所述第二母螺纹接近所述砧子；所述第一母螺纹与所述砧子螺接，所述第二母螺纹与所述传动接头的所述连接部螺接。

本发明提供的复合振动冲击器通过扭转冲击器实现周向振动，且扭转冲击器带动传动接头产生纵向振动，能够同时实现周向振动冲击与纵向振动冲击，适用于深部地层难钻的位置，例如软硬交错地层，提高钻头破岩效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明复合振动冲击器实施例一的结构示意图；

图2为本发明复合振动冲击器实施例一在应用时的周向振动起始位置示意图；

图3为本发明复合振动冲击器实施例一在应用时的周向振动终点位置示意图；

图4为本发明复合振动冲击器实施例一在应用时的周向振动临界位置示意图。

附图标记说明：

1：外壳；

2：导流杯；

3：液动锤外壳；

4：液动锤；

5：传动接头；

6：砧子；

7：双母接头；

8：液动锤压盖；

9：启动器；

10：中心管；

11：喷嘴；

12：振荡腔；

13：扭转冲击器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的在于提供一种复合振动冲击器，以解决目前钻探中深部地层研磨性强，软硬交错，钻头吃入地层效果差、PDC钻头在钻进中卡滑严重，钻头失效快等问题，提高破岩效率。

图1为本发明复合振动冲击器实施例一的结构示意图。参照图1，复合振动冲击器100包括：外壳1、导流杯2、传动接头5和扭转冲击器13(虚线圆圈部分)。其中：

传动接头5为空心管体。其中，传动接头5包括：接头部51和连接部52，连接部的直径小于接头部的直径。

外壳1为空心管体，传动接头5的连接部插设入外壳1内、且传动接头5的接头部卡在外壳1的第一端与外壳1固定连接。

导流杯2和扭转冲击器13均位于外壳1内。导流杯2的进液口与外壳1的第二端内侧相连，导流杯2的出液口与扭转冲击器13的进液端相连，以使液体进入扭转冲击器13。其中，导流杯2与扭转冲击器13的连接方式可以为螺纹连接。

扭转冲击器13的出液端伸入传动接头5的连接部内。其中，扭转冲击器13与传动接头5例如可通过螺纹连接。扭转冲击器13用于周向振动，且扭转冲击器13带动传动接头5产生纵向振动(即轴向振动)，从而实现复合振动冲击器100的复合运动。

本发明实施例提供的复合振动冲击器，通过扭转冲击器实现周向振动，且扭转冲击器带动传动接头产生纵向振动，能够同时实现周向振动冲击与纵向振动冲击，适用于深部地层难钻的位置，例如软硬交错地层，提高钻头破岩效率。

在上述实施例中，扭转冲击器13可以包括：液动锤外壳3、液动锤4、中心管10、液动锤压盖8、启动器9。

具体地，液动锤外壳3可以包括：第一管体31和第二管体32。其中，第一管体31的第一端和第二管体32的第一端固定连接，第一管体的直径大于第二管体的直径。第一管体31位于外壳1内，第二管体32伸入传动接头5的连接部内。可选地，第一管体31和第二管体32可以为一体成型的空心管体。

液动锤压盖8扣设在第一管体31的第二端，液动锤压盖8上设有通孔，中心管10穿设在该通孔内、并伸入液动锤外壳3内。液压锤压盖8和液动锤4在一起，起密封和限位作用。

中心管10的进液端与导流杯2的出液口密封连接，连接方式可以为螺纹连接。

启动器9套设在中心管10外侧、且位于第一管体内。

液动锤4套设在启动器9外侧、且位于第一管体内，并在启动器9控制下运动。启动器9是液动锤4运动的调节部件，也就是整个复合振动冲击器100的换向开关。启动器9的运动受控于流体高低压的变换。

其中，液动锤外壳3的主要功能为承受扭转冲击力，安置启动器9、液动锤4和中心管10等，及传动扭矩等功能。

可见，液动锤外壳3是启动器9、液压锤和中心管10等多个部件的载体，是复合振动冲击器100的核心部件。液动锤外壳3的运动部件都在其中。传动扭矩是指通过下接头将扭矩传递给传动接头5。

扭转冲击力由液动锤4冲击面反复冲击产生的。其冲击力大小受控于液动锤4的质量、钻井液流量以及冲击面的大小。

具体地，液动锤4是复合振动冲击器100的核心运动部件之一，主要功能是产生反复运动的扭转冲击，其运动受控于启动器9。液动锤4主要受液压冲击力作用。

进一步地，扭转冲击器13还可以包括：喷嘴11。喷嘴11与中心管10的出液端连接、且位于上述第二管体内。喷嘴11与第二管体32形成振荡腔12。该振荡腔12使钻井液产生自激振荡，形成高强度脉冲射流，以使传动接头5产生纵向振动。

喷嘴11是液动锤4的调节部件。喷嘴11产生一定的压耗。喷嘴11最终尺寸的大小决定了液动锤4的频率和扭力大小。

具体地，液动锤外壳3内腔下部有振荡腔12的下半部分，液动锤外壳3的第二管体通过与中心管10下部喷嘴11配合形成振荡腔12，迫使钻井液产生自激振荡，形成高强度的脉冲射流，作用于传动接头5，使钻头产生纵向振动。

另外，中心管10的出液端设有泄压盘14。该泄压盘与中心管10的出液端连接；且，泄压盘上设有多个泄流孔15。可选地，多个泄流孔15可以包括：横向泄流孔和纵向泄流孔，即泄流孔既可以是横向泄流孔，也可以是纵向泄流孔，本发明不对其进行限制。

泄压盘14的功能主要包括两个：其一是泄流，即将液压锤外壳3的冲击槽(未示出)中排出的流体引导到液动锤4下连接部位；其二是支撑作用，支撑液动锤4和启动器9。

可选地，液动锤4外表面对称的锤砧位于冲击槽内。

进一步地，中心管10是复合振动冲击器100的核心部件之一。中心管10固定在液压锤外壳3，并发挥固定液压锤压盖8的作用。中心管10的功能主要包括以下：对启动器9进行运动定位；疏导高压流体；安装喷嘴11；连接导流杯2。

对于导流杯2，其具体可以为V型漏斗状。导流杯2的杯体上设有分流孔(未示出)。分流孔流出的液体用于为启动器10供液。其中，分流孔的个数可以为多个，例如6个。具体地，导流杯2可以将液体分为内外两股，分流孔流出的外股液体流入到启动器9中的换向槽中，不间断给启动器9供液；其余从导流杯2出液口流出的内股液体给中心管10供液。

在上述实施例的基础上，复合振动冲击器100还可以包括：砧子6。砧子6单侧开口、其中非开口侧为平面端。砧子6位于传动接头5的连接部内、且其平面端比开口端接近扭转冲击器13。

可选地，传动接头5的连接部内设有密封槽(未示出)。砧子6通过该密封槽与传动接头5的连接部密封连接。传动接头5主要是传递扭转冲击力，其次是传递钻铤的钻压和扭矩，并通过砧子6将扭转冲击力、钻压及扭矩传递给钻头。

进一步地，复合振动冲击器100还可以包括：双母接头7。双母接头7可以包括：螺纹部(未示出)，该螺纹部伸入传动接头5的连接部内。其中，螺纹部可以包括：第一母螺纹(未示出)和第二母螺纹(未示出)，该第一母螺纹比第二母螺纹接近砧子6。第一母螺纹与砧子6螺接，第二母螺纹与传动接头5的连接部螺接。

以下详细说明该复合振动冲击器100的应用。

该复合振动冲击器100可以安装在钻铤下方，钻头上方。

其中：

外壳1短接是封装复合振动冲击器100各部件的外部结构高强度合金短接。在保证各部活动部件稳定运动的前提下，外壳1要承受上部钻铤产生的钻压、旋转扭矩、弯矩及液体，例如钻井液的内外压差。即压、扭、弯载荷为外壳1受到的主要外载。

其次，外壳1短接的尺寸要设计合理。尺寸太大，会造成复合振动冲击器100与井壁的间距太小，增加钻井液的通过阻力，影响下部钻具组合的正常工作。尺寸太小，会造成复合振动冲击器100的功率不足，或壁厚不够，影响扭转冲击器13井下工作的安全性。

传动接头5内部加工有流道，顶端迎水面为平面，边缘部位为大圆角。传动接头5与外壳1之间采用密封配合连接，传动接头5上部表面加工有密封槽，以防止泄露和震动，根据国标密封圈规格设计密封槽尺寸。传动接头5中部车有凹槽，通过卡簧作用，以防止在上提钻具时下部钻具脱落，发生事故。传动接头5下端加工有NC50螺纹，通过双母接头7(或者其他转换接头)与钻头相接。

图2为本发明复合振动冲击器实施例一在应用时的周向振动起始位置示意图；图3为本发明复合振动冲击器实施例一在应用时的周向振动终点位置示意图；图4为本发明复合振动冲击器实施例一在应用时的周向振动临界位置示意图。

如图2、图3和图4所示，扭转冲击器13中的液动锤外壳3、液动锤4、启动器9和中心管10的相对位置分为起始位置、终点位置、临界位置三种。其中，液动锤4在液动锤外壳3内来回往复摆动锤击液动锤外壳3。液体在扭转冲击器13中的径向流动方向如图2、图3和图4中箭头所示方向，即周向振动。

另外，本发明复合振动冲击器与现有技术相比还具有以下优点：

1.实现了轴向振动与纵向振动功能一体化，缩短了工具长度；

2.结构简单，成本低廉；

3.施工简单易行，安全可靠。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种复合振动冲击器，其特征在于，包括：外壳、导流杯、传动接头、扭转冲击器；

所述传动接头为空心管体，其中，所述传动接头包括：接头部和连接部，所述连接部的直径小于所述接头部的直径；

所述外壳为空心管体，所述传动接头的所述连接部插设入所述外壳内、且所述传动接头的所述接头部卡在所述外壳的第一端与所述外壳固定连接；

所述导流杯、所述扭转冲击器均位于所述外壳内，所述导流杯的进液口与所述外壳的第二端内侧相连，所述导流杯的出液口与所述扭转冲击器的进液端相连；

所述扭转冲击器的出液端伸入所述传动接头的所述连接部内，其中，所述扭转冲击器用于周向振动，且所述扭转冲击器带动所述传动接头产生纵向振动；

所述复合振动冲击器还包括：砧子，所述砧子单侧开口、其中非开口侧为平面端；

所述砧子位于所述传动接头的所述连接部内、且所述平面端比开口端接近所述扭转冲击器；

所述传动接头的所述连接部内设有密封槽；

所述砧子通过所述密封槽与所述传动接头的所述连接部密封连接；

所述传动接头内部加工有流道。

2.根据权利要求1所述的复合振动冲击器，其特征在于，所述扭转冲击器包括：液动锤外壳、液动锤、中心管、液动锤压盖、启动器；

所述液动锤外壳包括：第一管体和第二管体，所述第一管体的第一端和所述第二管体的第一端固定连接，所述第一管体的直径大于所述第二管体的直径；

所述第一管体位于所述外壳内，所述第二管体伸入所述传动接头的所述连接部内；

所述液动锤压盖扣设在所述第一管体的第二端，所述液动锤压盖上设有通孔，所述中心管穿设在所述通孔内、并伸入所述液动锤外壳内；

所述中心管的进液端与所述导流杯的出液口密封连接；

所述启动器套设在所述中心管外侧、且位于所述第一管体内；

所述液动锤套设在所述启动器外侧、且位于所述第一管体内，并在所述启动器控制下运动。

3.根据权利要求2所述的复合振动冲击器，其特征在于，所述扭转冲击器还包括：喷嘴；

所述喷嘴与所述中心管的出液端连接、且位于所述第二管体内，所述喷嘴与所述第二管体形成振荡腔。

4.根据权利要求3所述的复合振动冲击器，其特征在于，所述中心管的出液端设有泄压盘，所述泄压盘与所述中心管的出液端连接；

所述泄压盘上设有多个泄流孔。

5.根据权利要求4所述的复合振动冲击器，其特征在于，所述多个泄流孔包括：横向泄流孔和纵向泄流孔。

6.根据权利要求2所述的复合振动冲击器，其特征在于，所述导流杯为V型漏斗状；

所述导流杯的杯体上设有分流孔，所述分流孔流出的液体用于为所述启动器供液。

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