CN109424314B - 一种水平井用液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水平井用液动冲击器，包括活塞组件、冲锤及套设于所述活塞组件及冲锤外侧的壳体，所述冲锤与活塞组件的活塞杆连接，所述活塞组件及冲锤的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合，所述活塞组件的活塞杆通过活塞扶正件支撑于所述壳体内，所述冲锤通过冲锤扶正件支撑于所述壳体内。本发明具有在水平钻井状态设备运行可靠性及安全性高等优点。

Description

一种水平井用液动冲击器

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，尤其涉及一种水平井用液动冲击器。

背景技术

在石油作业中，随着经济发展对油气资源需求的不断增长，油气资源的勘探开发范围逐渐向低压低渗透油气储层迈进，水平井作为开发低渗透油气藏的有效途径，其勘探开发比例在逐步增加。

在深井水平井钻井过程中，岩石硬度高、岩石可钻性极值高、岩石研磨性强的复杂地层越来越多，现有的机械钻井方式钻速慢，近年来开始采用液动冲击器作为辅助破岩工具，以有效提高硬脆性地层的机械钻速。但液动冲击器的应用范围多局限于直井段或小井斜段，若现有的液动冲击器直接应用于水平段钻井中，工具工作状态由垂直状态变为水平状态，将造成诸如活塞与活塞杆偏磨、冲锤扶正块与外筒偏磨等问题，影响了冲击器井下工作寿命和冲击功的有效传递。因此，如何有效采用液动冲击器进行水平井钻井成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在水平钻井时设备运行可靠性及安全性高的水平井用液动冲击器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种水平井用液动冲击器，包括活塞组件、冲锤及套设于所述活塞组件及冲锤外侧的壳体，所述冲锤与活塞组件的活塞杆连接，所述活塞组件及冲锤的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合，所述活塞组件的活塞杆通过活塞扶正件支撑于所述壳体内，所述冲锤通过冲锤扶正件支撑于所述壳体内。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述活塞扶正件为活塞扶正环，所述活塞扶正环上设有供活塞杆穿过的第一贯穿孔，所述第一贯穿孔的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合。

所述活塞扶正环盖设于所述活塞组件的活塞缸的一端，并通过设于壳体上的挡位部压紧定位所述活塞组件。

所述活塞扶正环上设有与活塞缸端部抵接配合的环形凹槽。

所述冲锤扶正件为冲锤扶正环，所述冲锤扶正环上设有供冲锤穿过的第二贯穿孔，所述第二贯穿孔的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合。

所述冲锤扶正环与冲锤之间设有用于防止冲锤在冲击过程中转动的限位部件，所述限位部件包括设于所述冲锤上的限位凸起及设于冲锤扶正环上的限位凹槽，所述限位凸起与限位凹槽限位配合。

所述冲锤扶正环上设有供润滑冷却流体通过的轴向过流通道，沿所述冲锤扶正环的周向，所述轴向过流通道与所述限位凹槽错开布置。

所述冲锤扶正环通过卡簧或轴承安装于所述壳体上。

冲锤包括大径段、小径段及连接于所述大径段与小径段之间的锥形段，所述小径段与活塞组件连接，所述冲锤扶正件设于所述大径段上。

所述壳体包括套设于活塞组件外侧的活塞外壳、套设于冲锤外侧的冲锤外壳，以及连接于活塞外壳与冲锤外壳之间的连接外壳，所述连接外壳与活塞外壳及冲锤外壳螺纹连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的液动冲击器将活塞组件及冲锤的中心轴线与壳体的中心轴线重合，且通过活塞扶正件及冲锤扶正件对活塞组件的活塞杆及冲锤进行扶正，使得在水平钻井时冲锤及活塞组件不会产生重力下掉，其始终保持水平状态并位于壳体的中心位置。这样有效避免了液动冲击器内部运动副的偏磨，提高了设备井下工作时间及使用寿命；同时，液动冲击器内部磨损的减少保证了活塞组件的有效密封及冲锤的可靠运行，使得水平钻井时液动冲击器的冲击力可有效传递，其设备运行可靠性及安全性高。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明冲锤的结构示意图。

图3是图2的A-A截面的剖视图。

图4是本发明壳体的结构示意图。

图5是图4的B-B截面的剖视图。

图中各标号表示：

1、壳体；11、活塞外壳；12、冲锤外壳；13、连接外壳；14、挡位部；2、射流元件；3、活塞组件；31、活塞缸；311、第一腔室；312、第二腔室；313、冲程流道；314、回程流道；32、活塞；33、活塞杆；4、冲锤；41、大径段；42、小径段；43、锥形段；5、活塞扶正环；51、第一贯穿孔；52、环形凹槽；6、冲锤扶正环；61、第二贯穿孔；62、轴向过流通道；7、限位部件；71、限位凸起；72、限位凹槽；8、传力件；81、过流孔。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的水平井用液动冲击器，包括活塞组件3、冲锤4及壳体1，其中，活塞组件3的活塞杆33与冲锤4连接，用于提供冲锤4的冲击动力；冲锤4通过传力件8传递冲击力至冲击钻头，实现钻井作业；壳体1套设于活塞组件3及冲锤4的外侧，用于保护活塞组件3及冲锤4。本实施例中，活塞组件3及冲锤4的中心轴线与壳体1的中心轴线重合，活塞组件3的活塞杆33通过活塞扶正件支撑于壳体1内，冲锤4通过冲锤扶正件支撑于壳体1内。

本发明的液动冲击器将活塞组件3及冲锤4的中心轴线与壳体1的中心轴线重合，且通过活塞扶正件及冲锤扶正件对活塞组件3的活塞杆33及冲锤4进行扶正，使得在水平钻井时冲锤4及活塞组件3不会产生重力下掉，其始终保持水平状态并位于壳体1的中心位置。这样有效避免了液动冲击器内部运动副的偏磨，提高了设备井下工作时间及使用寿命；同时，液动冲击器内部磨损的减少保证了活塞组件3的有效密封及冲锤4的可靠运行，使得水平钻井时液动冲击器的冲击力可有效传递，其设备运行可靠性及安全性高。

本实施例中，活塞扶正件为活塞扶正环5。活塞扶正环5上设有第一贯穿孔51，活塞杆33可轴向移动的贯穿于第一贯穿孔51中。第一贯穿孔51的中心轴线与壳体1的中心轴线重合，使得活塞杆33在水平钻井时始终位于壳体1的中心位置，减小了活塞32与活塞缸31、活塞杆33与活塞扶正环5等运动副之间的摩擦磨损，使得活塞组件3密封可靠性高，保证了冲击运动的可靠运行。

本实施例中，活塞扶正环5盖设于活塞组件3的活塞缸31的一端，壳体1上设有挡位部14，活塞扶正环5通过挡位部14压紧定位活塞组件3，其使得活塞缸31内形成密封空间，保证了活塞组件3的可靠运行。在优选实施例中，活塞扶正环5上设有环形凹槽52，环形凹槽52与活塞缸31的端部抵接配合，其进一步保证了活塞缸31的有效可靠密封。

如图4所示，本实施例中，冲锤扶正件为冲锤扶正环6，冲锤扶正环6上设有第二贯穿孔61，冲锤4可轴向移动的贯穿于第二贯穿孔61中。第二贯穿孔61的中心轴线与壳体1的中心轴线重合，使得冲锤4与活塞杆33同心设置，且在水平钻井时始终位于壳体1的中心位置，减小了冲锤4与壳体1之间的摩擦磨损，保证了冲击运动的可靠运行。本实施例中，冲锤扶正环6通过卡簧安装于壳体1上。在其他实施例中，冲锤扶正环6也可通过轴承安装于壳体1上，使得冲锤扶正环6在壳体1旋转时不随壳体1旋转，保证冲锤4的冲锤可靠性。

如图2所示，本实施例中，包括冲锤4包括大径段41、小径段42及锥形段43。其中，小径段42与活塞组件3连接；大径段41通过传力件8将冲击作用力传递给冲击钻头，采用小径段42、大径段41的设置使得冲锤4有足够的连接强度，保证了冲锤4的有效冲击；锥形段43连接于大径段41与小径段42之间，锥形段43设置有效减小流体的流通阻力。本实施例中，冲锤扶正环6设于大径段41上。

本实施例中，冲锤扶正环6与冲锤4之间设有用于防止冲锤4在冲击过程中转动的限位部件7。限位部件7包括限位凸起71及限位凹槽72，其中，限位凸起71设于冲锤4上，限位凹槽72设于冲锤扶正环6上，限位凸起71与限位凹槽72限位配合。在其他实施例中，也可将限位凸起71设于冲锤扶正环6上，限位凹槽72设于冲锤4上。

如图3及图5所示，本实施例中，限位凸起71为三个，三个限位凸起71沿冲锤4的周向均匀布置；同时，限位凹槽72为三个，三个限位凹槽72与限位凸起71限位配合。在其他实施例中，限位凸起71及限位凹槽72的数量可根据实际情况进行设置。本实施例中，冲锤扶正环6上设有用于供润滑冷却流体通过的轴向过流通道62，轴向过流通道62为三个，沿冲锤扶正环6的周向，轴向过流通道62与限位凹槽72错开布置。在其他实施例中，轴向过流通道62的数量可根据实际情况进行设置。

本实施例中，传力件8上设有过流孔81；活塞组件3与壳体1之间形成圆弧形过流通道。在冲锤往复运动过中，润滑冷却流体依次通过活塞组件3位置处的圆弧形过流通道、冲锤4与壳体1之间的间隙空间、冲锤扶正环6上的轴向过流通道62及传力件8的过流孔81从冲击钻头流出，实现冲击钻头的冷却，同时，润滑冷却流体可对冲锤扶正环6进行冷却及润滑。

如图1所示，本实施例中，活塞组件3的活塞32将活塞缸31分隔成第一腔室311及第二腔室312，活塞缸31上设有冲程流道313及回程流道314。其中，第一腔室311与冲程流道313的一端连通，第二腔室312与回程流道314的一端连通，冲程流道313及回程流道314的另一端与射流元件2连通。本实施例中，射流元件2设于活塞组件3的远离活塞扶正环5的一端，液动冲击器通过射流元件2附壁切换实现钻井液交替进入活塞32的第一腔室311及第二腔室312，从而实现冲程和回程。活塞组件3的往复运动频率与流体流量有关，通过控制进出活塞组件3的流体流量可以控制活塞32的运动频率。

本实施例中，壳体1包括套设于活塞外壳11、冲锤外壳12及连接外壳13。其中，射流元件2、活塞组件3及活塞扶正环5设于活塞外壳11内；冲锤4设于冲锤外壳12内；连接外壳13连接于活塞外壳11与冲锤外壳12之间，压紧限位活塞扶正环5的挡位部14设于连接外壳13上。本实施例中，连接外壳13的两端与活塞外壳11及冲锤外壳12为螺纹连接。

本实施例中，水平井用液动冲击器的装配方法为：(1)将射流元件2和活塞缸31依次装入活塞外壳11内，将活塞32和活塞扶正环5装入活塞缸31，之后将连接外壳13与活塞外壳11连接，打紧螺纹扣；(2)将冲锤扶正环6装入冲锤外壳12中，并通过卡簧固定，将冲锤外壳12与连接外壳13连接，打紧螺纹扣；(3)将冲锤4穿过冲锤外壳12及冲锤扶正环6与活塞杆33连接，且冲锤4与冲锤扶正环6滑动配合；(4)将传力件8与冲锤外壳12下端扣相连，打紧扣，液动冲击器组装完成。

本实施例中，水平井用液动冲击器的井下工作过程为：钻井液流经射流元件2流入活塞缸31内，推动活塞32运动，与活塞杆33连接的冲锤4也随之发生往复运动，冲锤4下行过程中冲击传力件8，并将冲击力传递给冲击钻头，辅助钻头破岩；当活塞32在活塞缸31内行程达到最大时，活塞缸31内升高的压力会使射流元件2内的射流附壁效应换向，流体流入活塞缸31的第二腔室312，推到活塞32上行，活塞杆33带动冲锤4上行，冲锤4离开传力件8上行；当上行活塞32行程最大时，流体流入活塞缸31的第一腔室311，推动活塞32下行，冲锤4冲击传力件8，实现液动冲击器的水平井钻井作业。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种水平井用液动冲击器，包括活塞组件、冲锤及套设于所述活塞组件及冲锤外侧的壳体，所述冲锤与活塞组件的活塞杆连接，其特征在于，所述活塞组件及冲锤的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合，所述活塞组件的活塞杆通过活塞扶正件支撑于所述壳体内，所述冲锤通过冲锤扶正环支撑于所述壳体内，所述冲锤扶正环通过轴承安装在所述壳体上，使得所述冲锤扶正环在所述壳体旋转时不随所述壳体旋转，

所述冲锤扶正环上设有供冲锤穿过的第二贯穿孔，所述第二贯穿孔的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合，所述冲锤扶正环与冲锤之间设有用于防止冲锤在冲击过程中转动的限位部件，所述限位部件包括设于所述冲锤上的限位凸起及设于冲锤扶正环上的限位凹槽，所述限位凸起与限位凹槽限位配合，所述冲锤扶正环上还设有供润滑冷却流体通过的轴向过流通道，沿所述冲锤扶正环的周向，所述轴向过流通道与所述限位凹槽错开布置，以与所述限位凸起间隔开。

2.根据权利要求1所述的水平井用液动冲击器，其特征在于，所述活塞扶正件为活塞扶正环，所述活塞扶正环上设有供活塞杆穿过的第一贯穿孔，所述第一贯穿孔的中心轴线与所述壳体的中心轴线重合。

3.根据权利要求2所述的水平井用液动冲击器，其特征在于，所述活塞扶正环盖设于所述活塞组件的活塞缸的一端，并通过设于壳体上的挡位部压紧定位所述活塞组件。

4.根据权利要求3所述的水平井用液动冲击器，其特征在于，所述活塞扶正环上设有与活塞缸端部抵接配合的环形凹槽。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的水平井用液动冲击器，其特征在于，冲锤包括大径段、小径段及连接于所述大径段与小径段之间的锥形段，所述小径段与活塞组件连接，所述冲锤扶正件设于所述大径段上。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的水平井用液动冲击器，其特征在于，所述壳体包括套设于活塞组件外侧的活塞外壳、套设于冲锤外侧的冲锤外壳，以及连接于活塞外壳与冲锤外壳之间的连接外壳，所述连接外壳与活塞外壳及冲锤外壳螺纹连接。

Images