CN109695430B - 一种pdc钻头内部的液力双作用震击旋冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器，由伸缩短节及震击执行机构构成，伸缩短节的上端同轴固装在钻铤下端，震击执行机构同轴安装在钻头内，伸缩短节的下端与钻头内的震击执行机构同轴连接。本发明在钻铤与钻头之间加入伸缩短节，在钻头内制有砧子，通过圆盘状盘体周向切线所制的敲击头实现对钻头的周向敲击，该周向敲击点离钻头齿更近，产生的冲击力较大，且冲击力损失较少；本发明的圆盘状敲击锤在弹簧的弹性力作用坠落到螺旋斜面的最低点，通过中心轴柱对钻头内实现轴向冲击，周向敲击和轴向冲击的共同作用，效率更高。

Description

一种PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器
技术领域
本发明属于石油钻井工程领域，涉及油井的内破碎岩石的旋冲器，尤其是一种PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器。
背景技术
PDC钻头是目前最常用的钻头类型之一。因钻头齿在剪切破碎岩石过程中有“滞滑”现象，使破碎岩石的效率大幅降低。目前比较有效的方式是利用液动工具产生持续的周向敲击，但由于距钻头较远，其冲击力损失较大，减弱了冲击效果。
通过公开专利文献的检索，发现如下两篇公开专利文献：
1、一种稳斜式液动旋冲器(CN201896583U)，属于油田作业器械技术领域,其结构在该旋冲器的外围设置有扶正块。该旋冲器在保持原有功能时外围又增加了螺旋或直线扶正面。本实用新型与现有技术相比,其利用旋冲器本体外围的扶正面与井壁接触保证钻具中心轴线的直线度，从而确保近钻头上部钻具不会产生弯曲,最大限度稳定井深轨迹,缩短建井周期。
2、一种石油钻探三作用回流式液动旋冲器(CN 201738809U)，属于油田作业器械技术领域，其结构是旋冲器外管内设置有上封室和下封室，上封室和下封室之间通过空心活塞连杆贯穿密封连接，空心活塞连杆中部和冲器外管之间设置有扶正套；上缸盖总成与旋冲器外管内腔的上封室连接，上封室内设置有分流阀，分流阀下方设置有齿条延时器；下封室内设置有重锤和砧板；旋冲器外管下端部设置有T型花键轴，T型花键轴穿套在旋冲器外管内，T型花键轴通过花键套与旋冲器外管连接，下封室和T型花键轴之间设置有承压座，T型花键轴下端设置有下接头。本实用新型可使机械钻速提高，保护钻具，防止跳钻,稳定井深轨迹的三重作用。
通过技术特征的对比，上述公开专利文献与本发明申请在技术方案上不相同，也不类似，因此不会影响本发明申请的创造性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种冲击损失小、冲击效率高且使用寿命长的PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器，由伸缩短节及震击执行机构构成，伸缩短节的上端同轴固装在钻铤下端，震击执行机构同轴安装在钻头内，伸缩短节的下端与钻头内的震击执行机构同轴连接。
而且，所述伸缩短节由外筒、内筒及顶杆构成，外筒上端制成锥形内丝扣以与钻铤的下端螺纹固接，外筒内同轴滑动安装内筒，该内筒为六方或者八方棱柱结构；在外筒下端外的内筒下端也制成锥形内丝扣，以与钻头上端所制的锥形外丝扣螺纹固接；所述顶杆同轴安装在外筒内的上端，并穿过内筒且其下端与震击执行机构连接。
而且，所述震击执行机构的结构包括液动涡轮、弹簧、圆盘状敲击锤、砧子及螺旋状断面斜板，在钻头内底部同轴固装螺旋状断面斜板，在该螺旋状断面斜板上同轴安装圆盘状敲击锤，该圆盘状敲击锤由圆盘状盘体及中心轴柱构成，在圆盘状盘体周向切线制有敲击头，在中心轴柱上部径向制有一导板，中心轴柱同轴安装在螺旋状断面斜板的中心孔内，其导板在螺旋状断面斜板上导向旋转滑行；在钻头内上部径向制有一砧子，该砧子对应圆盘状敲击锤的敲击头在螺旋状断面斜板上升到顶端时的位置；在圆盘状敲击锤上方的钻头内上部固装液动涡轮，该液动涡轮为空心轴状，其内同轴安装有一常开阀门，液动涡轮的定子与钻头内固接，涡轮转子下同轴连接一弹簧，该弹簧再与圆盘状敲击锤的圆盘状盘体上平面相连；弹簧始终处于压缩状态，使连接在圆盘状敲击锤体上的导板与其下部螺旋状断面斜板的螺旋斜面压紧。
而且，在钻头内的底部位置制有多个钻井液导流通道。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明在钻铤与钻头之间加入伸缩短节，伸缩短节的顶杆随伸缩短节向钻头方向移动，推动液动涡轮空心轴内的阀门关闭，由此钻井液将全部通过液动涡轮，使液动涡轮进入正常工作状态，实现只有在正常钻进时，才进入工作状态，使工具的使用寿命更长。
2、本发明在钻头内制有砧子，通过圆盘状盘体周向切线所制的敲击头实现对钻头的周向敲击，该周向敲击点离钻头齿更近，产生的冲击力较大，且冲击力损失较少；本发明的圆盘状敲击锤在弹簧的弹性力作用下坠落到螺旋斜面的最低点，通过中心轴柱对钻头内实现轴向冲击，周向敲击和轴向冲击的共同作用，效率更高。
3、本发明的螺旋状断面斜板是螺旋的断面结构，圆盘状敲击锤顺螺旋斜面运行实现周向敲击后即在螺旋的断面下坠重力冲击钻头底面，弹簧给予的轴向压力使中心轴柱的下冲力很大，有效实现了液力双作用的震击效果；而且，圆盘状敲击锤顺螺旋斜面继续往复运行，实现周向及轴向的持续冲击力，冲击效果十分显著。
附图说明
图1为本发明的外形结构示意图；
图2为图1的A-A向截面示意图；
图3为图2的钻头部分结构放大示意图(敲击锤坠落在钻头内底部)；
图4为图2的B-B向截面结构放大示意图；
图5为图3的C-C向截面结构放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例做进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器，由伸缩短节及震击执行机构构成，伸缩短节的上端同轴固装在钻铤1下端，震击执行机构同轴安装在钻头4内，伸缩短节的下端与钻头内的震击执行机构同轴连接。
所述伸缩短节的结构是：参见图1、2、3，由外筒2、内筒3及顶杆5构成，外筒上端制成锥形内丝扣以与钻铤的下端螺纹固接，外筒内同轴滑动安装内筒，该内筒为六方或者八方棱柱结构，在外筒内导向上下伸缩，并不能进行径向位移；在外筒下端外的内筒下端也制成锥形内丝扣，以与钻头上端所制的锥形外丝扣螺纹固接；所述顶杆同轴安装在外筒内的上端，并穿过内筒且其下端与震击执行机构连接。
所述震击执行机构的结构是：参见图2、3、4、5，包括液动涡轮7、弹簧8、圆盘状敲击锤9、砧子13及螺旋状断面斜板10，在钻头内底部同轴固装螺旋状断面斜板，在该螺旋状断面斜板上同轴安装圆盘状敲击锤，该圆盘状敲击锤由圆盘状盘体及中心轴柱构成，在圆盘状盘体周向切线制有敲击头14，在中心轴柱上部径向制有一导板11，中心轴柱同轴安装在螺旋状断面斜板的中心孔内，其导板在螺旋状断面斜板上导向旋转滑行；在钻头内上部径向制有一砧子，该砧子对应圆盘状敲击锤的敲击头在螺旋状断面斜板上升到顶端时的位置，以实现敲击头对砧子的敲击以周向震击钻头；圆盘状敲击锤的中心轴柱的下端面对应钻头内的底部，在圆盘状敲击锤下落时轴向震击钻头。为提高轴向震击的效果，避免因钻头内底部存在液体造成对中心轴柱的下行阻力，在该位置的钻头底部制有多个钻井液导流通道12。在圆盘状敲击锤上方的钻头内上部固装液动涡轮，该液动涡轮为空心轴状，其内同轴安装有一常开阀门6，该阀门由伸缩短节的顶杆控制；液动涡轮的定子与钻头内固接，涡轮转子下同轴连接一弹簧，该弹簧再与圆盘状敲击锤的圆盘状盘体上平面相连。弹簧始终处于压缩状态，使连接在圆盘状敲击锤体上的导板与其下部螺旋状断面斜板的螺旋斜面压紧。
本发明的工作原理是：
为了提高震击旋冲器的使用寿命，有效的方法是只在施加钻压后，液动涡轮才处于正常工作状态。本发明在钻头的上方加入一个伸缩短节和顶杆，液动涡轮为空心轴，轴内设有常开阀门。伸缩短节上下分别与钻铤和钻头相连，顶杆在伸缩短节内并与伸缩短节外筒相连。施加钻压前钻井液主体经空心轴内流过，部分流经液动涡轮的钻井液无法使涡轮正常工作。施加钻压时，伸缩短节被压缩，顶杆随伸缩短节向钻头方向移动，推动液动涡轮空心轴内的阀门关闭，钻井液将全部通过液动涡轮，使液动涡轮进入正常工作状态。
此时，液动涡轮的转子带动弹簧及圆盘状敲击锤旋转，当圆盘状敲击锤随螺旋状断面斜板的螺旋斜面升高到最高点后，盘状敲击锤的敲击头敲击砧子完成钻头的周向冲击，同时圆盘状敲击锤在弹簧的弹性力作用坠落到螺旋斜面的最低点，通过中心轴柱对钻头内实现轴向冲击；此时圆盘状敲击锤与砧子因高差而不再接触，砧子不会阻碍敲击锤继续随涡轮转子转动。由于螺旋状断面斜板的螺旋斜面可以使圆盘状敲击锤体产生上下运动，则在完成周向敲击的同时能形成轴向的向下冲击，达到了液力双作用震击的目的。

Claims (3)

1.一种PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器，其特征在于：由伸缩短节及震击执行机构构成，伸缩短节的上端同轴固装在钻铤下端，震击执行机构同轴安装在钻头内，伸缩短节的下端与钻头内的震击执行机构同轴连接；
所述震击执行机构的结构包括液动涡轮、弹簧、圆盘状敲击锤、砧子及螺旋状断面斜板，在钻头内底部同轴固装螺旋状断面斜板，在该螺旋状断面斜板上同轴安装圆盘状敲击锤，该圆盘状敲击锤由圆盘状盘体及中心轴柱构成，在圆盘状盘体周向切线制有敲击头，在中心轴柱上部径向制有一导板，中心轴柱同轴安装在螺旋状断面斜板的中心孔内，其导板在螺旋状断面斜板上导向旋转滑行；在钻头内上部径向制有一砧子，该砧子对应圆盘状敲击锤的敲击头在螺旋状断面斜板上升到顶端时的位置；在圆盘状敲击锤上方的钻头内上部固装液动涡轮，该液动涡轮为空心轴状，其内同轴安装有一常开阀门，液动涡轮的定子与钻头内固接，涡轮转子下同轴连接一弹簧，该弹簧再与圆盘状敲击锤的圆盘状盘体上平面相连；弹簧始终处于压缩状态，使连接在圆盘状敲击锤体上的导板与其下部螺旋状断面斜板的螺旋斜面压紧。
2.根据权利要求1所述的PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器，其特征在于：所述伸缩短节由外筒、内筒及顶杆构成，外筒上端制成锥形内丝扣以与钻铤的下端螺纹固接，外筒内同轴滑动安装内筒，该内筒为六方或者八方棱柱结构；在外筒下端外的内筒下端也制成锥形内丝扣，以与钻头上端所制的锥形外丝扣螺纹固接；所述顶杆同轴安装在外筒内的上端，并穿过内筒且其下端与震击执行机构连接。
3.根据权利要求1所述的PDC钻头内部的液力双作用震击旋冲器，其特征在于：在钻头内的底部位置制有多个钻井液导流通道。
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