CN112145083A - 随钻震击器辅助激发装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种随钻震击器辅助激发装置，包括：由内向外包括三层，分别为心轴总成、内筒、外筒；其中，在所述心轴总成与内筒上均设置有若干个供钻井泥浆泵泵入泥浆进入钻具水眼而产生压力的传压孔；所述心轴总成与内筒之间设置有纵向的内间隙，该内间隙构形成心轴总成与内筒之间的压力传递通道；所述内筒与外筒之间设置有纵向的外间隙，该外间隙构成内筒与外筒之间的压力传递通道。通过本装置，能在卡钻的短时间内启动震击器从而做到解卡。

Description

随钻震击器辅助激发装置

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种随钻震击器辅助激发装置。

背景技术

随钻震击器在实际应用过程中，并不能做到100％工作，并且在大位移井、井眼情况复杂的井眼，震击器并不能工作，大大增加了钻具卡钻的风险。而不能工作的原因有两点，第一点是由于井眼原因(井壁坍塌或者岩屑过多造成砂桥卡钻)，钻具上提下放时，钻机给与的拉力主要克服在井壁阻力上，传递到震击器上的轴向力不能使震击器工作；第二点是卡点在于震击器上方时，钻机施加的轴向拉力或压力不能传递到震击器上，所以无法工作。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种随钻震击器辅助激发装置，该装置使得钻具遇卡时，常规操作，震击器无法工作后，通过泵压增压给震击器向上或者向下的轴向力，从而辅助或者直接激发震击器工作。

一种随钻震击器辅助激发装置，包括：由内向外包括三层，分别为心轴总成、内筒、外筒；其中，在所述心轴总成与内筒上均设置有若干个供钻井泥浆泵泵入泥浆进入钻具水眼而产生压力的传压孔；所述心轴总成与内筒之间设置有纵向的内间隙，该内间隙构形成心轴总成与内筒之间的压力传递通道；所述内筒与外筒之间设置有纵向的外间隙，该外间隙构成内筒与外筒之间的压力传递通道。

进一步地，如上所述的随钻震击器辅助激发装置，所述心轴总成从上到下包括依次螺纹连接的上心轴接头、阀座心轴、活塞心轴、下心轴；

所述上心轴接头的外圆周上设置有花键，该花键与内筒上设置的花键槽配合以传递扭矩；

所述阀座心轴上设置有阀块、阀块支架、通孔、剪切销钉、挡块；

所述阀块支架的顶端通过一C型卡簧固定固定连接所述阀块，其下端设置有一环形挡环，该环形挡环通过所述剪切销钉固定，在所述阀块支架与环形挡环之间的空隙内放置有弹簧；

所述挡块设置在所述环形挡环的下方；当所述弹簧处于未压缩状态时，所述阀块堵封所述通孔，当所述弹簧处于压缩状态时，所述通孔被打开；

所述活塞心轴上设置有上下两个密封圈，该两个密封圈紧贴所述内筒的内壁，与所述内筒组合形成活塞结构；在该活塞结构上分布有一个传压孔，该传压孔设置在内筒上；

所述下心轴上设置有压力传递孔，当该压力传递孔与内筒上的传压孔连通时，释放压力。

进一步地，如上所述的随钻震击器辅助激发装置，所述活塞心轴有多个，与内筒可以组合形成多个活塞结构，在每个活塞结构上分布有一个所述传压孔。

进一步地，如上所述的随钻震击器辅助激发装置，所述内筒从上到下包括依次螺纹连接内筒上接头、内筒阀座段、内筒活塞段、内筒压力释放段、内筒下接头；

所述内筒上接头为不规则的环状构件，其内圆周上设置有与所述花键配合使用传递扭矩的花键槽；其外圆周上分布有螺纹，该螺纹的上半部分与外筒的上端螺纹连接，该螺纹的下半部分与所述内筒阀座段的上端螺纹连接；

在所述内筒阀座段上设置有传压孔，所述阀座心轴与内筒阀座段之间构成的压力传递通道上设置有密封圈，该密封圈将该压力传递通道分割为上下两个密封腔；

所述内筒活塞段为内径不一样的筒状结构，其上也设置有传压孔；该内筒活塞段其上下两端均有密封圈，与所述活塞心轴配合组成活塞结构；

所述内筒压力释放段下部设置设有一个传压孔；该内筒压力释放段与所述下心轴配合组成活塞结构；

所述内筒下接头用于连接外筒和下部钻具。

进一步地，如上所述的随钻震击器辅助激发装置，所述外筒包括：外筒上接头、外筒中间段、外筒压力释放段、外筒下部密封接头；

所述外筒上接头上半部分和所述内筒上接头螺纹连接到一起，下半部分与所述外筒中间段螺纹连接在一起；

所述外筒中间段和内筒一起组成压力传递通道，其上下端均连接为螺纹连接；

所述外筒压力释放段与内筒压力释放段形成压力通道，上下为螺纹连接；

所述外筒下部密封接头上设置有带有密封圈，用于密封内筒和外筒。

有益效果：

本发明提供的随钻震击器辅助激发装置主要应用在复杂井及水平井，当存在高失效性的风险，扭矩及轴向力不能由井口传递到震击器上时，通过本装置，能在卡钻的短时间内启动震击器从而做到解卡。

附图说明

图1为本发明随钻震击器辅助激发装置结构示意图；

图2为上心轴接头结构示意图；

图3为阀座心轴结构示意图；

图4为心轴活塞结构示意图；

图5为内筒上接头结构示意图；

图6为内筒阀座段结构示意图；

图7为内筒活塞段结构示意图；

图8为内筒压力释放段结构示意图；

图9为内筒下接头结构示意图；

图10为外筒上接头结构示意图；

图11为外筒中间段结构示意图；

图12为外筒释放段结构示意图；

图13为外筒下接头结构示意图；

附图说明：

1-上心轴接头，2-阀座心轴，3-活塞心轴，4-下心轴，5-内筒上接头，6-内筒阀座段，7-内筒活塞段，8-内筒压力释放段，9-内筒下接头，10-外筒上接头，11-外筒中间段，12-外筒压力释放段，13-外筒下部密封接头，14-传压孔，15-花键，16-承压环，17-阀块，18-阀块支架，19-通孔，20-剪切销钉，21-挡块，22-密封圈一，23-密封圈二，24-花键槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明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作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。

如图1所示，本发明提供的随钻震击器辅助激发装置，该装置由内向外由三层组成，分别为心轴总成-内筒-外筒，所述内筒和外筒连接在一起。

所述心轴总成包括：上心轴接头1、阀座心轴2、活塞心轴3、下心轴4；所述上心轴接头1、阀座心轴2、活塞心轴3、下心轴4之间通过螺纹连接方式依次连接。所述内筒包括：内筒上接头5、内筒阀座段6、内筒活塞段7、内筒压力释放段8、内筒下接头9；所述内筒上接头5、内筒阀座段6、内筒活塞段7、内筒压力释放段8、内筒下接头9之间皆为螺纹依次连接。所述外筒包括：外筒上接头10、外筒中间段11、外筒压力释放段12、外筒下部密封接头13；所述外筒上接头10、外筒中间段11、外筒压力释放段12、外筒下部密封接头13依次螺纹连接，外筒上段头10与内筒上接头5的外侧螺纹连接。所述心轴总成与内筒之间设置有纵向的间隙，该间隙构形成心轴总成与内筒之间的压力传递通道，在该间隙上分布若干传压孔；在内筒与外筒之间也设置有纵向的间隙，该间隙构成内筒与外筒之间的压力传递通道。

如图2所示，所述上心轴接头1下端带有花键15和承压环16；所述花键15用于传递心轴与内筒之间的扭矩；所述承压环16用于传递钻柱重量，为环状的具有限位功能的承压部件。

如图3所示，所述阀座心轴2包括：阀块17、阀块支架18、通孔19、剪切销钉20、挡块21；

所述阀块支架18的顶端通过一C型卡簧固定固定连接所述阀块17，其下端设置有一环形挡环，该环形挡环通过所述剪切销钉20固定，在所述阀块支架18与环形挡环之间的空隙内放置有弹簧；

所述挡块21设置在所述环形挡环的下方；当所述弹簧处于未压缩状态时，所述阀块17堵封所述通孔19，当所述弹簧处于压缩状态时，所述通孔19被打开。

所述阀块17、阀块支架18构成阀座；该阀座心轴2为2级变径，下部有一剪切销固定弹簧底座。该装置通过使用钻井泥浆泵泵入泥浆进入钻具水眼，从而产生压力，当产生的压力大于阀座弹簧的弹力，阀座向下，泥浆可以从传压孔内流出。具体地，当铁球从钻具水眼下放到此处时，阀块17下移，从而使得通孔19被打开，泥浆从通孔19流出，通过内筒的通孔，压力从此孔传递。挡块21用于防止阀座剪切断后，掉入下部。

具体地，所述剪切销钉固定环形挡板，该挡板和18阀块支架是由弹簧支撑连接的。第一个阶段，先投入一个大球，该大球正好能够堵封住所述阀座心轴2的中心，于是当该大球落至阀块17处后，在泵压的作用下，推动阀块17和阀块支架18一起下移，从而压缩弹簧，通孔19被打开，压力传递到下部。而当解卡后需要循环时，投入两个相对较小的铁球(该两个铁球在落入阀座心轴2的中心后，在泵压的作用下正好能够堵封住两个通孔19，此处需要计算使得投入的小铁球的直径是阀座心轴2内径的1/2)，从而关闭2个通孔19，当继续对高泵压加压，使得高压泵的压力达到预设值时，剪切销钉20被剪断，剪切销钉20固定的环形挡板脱落至挡块21处，与此同时，所述阀块17落至挡块21处上端，此处内径大于阀块17的外径，从而就可以使泥浆从阀块17与挡块21处上端的间隙通过，最终泥浆从所述心轴总成的中心流过，最终达循环的目的。

如图4所示，活塞心轴3上设置有上下两个密封圈，分别为密封圈一22、密封圈二23；该活塞心轴3在本发明装置中可以多个串联连接，上下连接为API螺纹，本图只画了一个。

如图1所示，所述下心轴4主要作用是心轴运动，压力释放，可以做到连续提供轴向力。在所述下心轴4上设置有压力传递孔，当该压力传递孔与内筒压力释放段8上的传压孔连通时，释放压力。

如图5和图1、图2所示，所述内筒上接头5为不规则环状构件，其外圆周设置有螺纹，内圆周上设置有花键槽24，用于和所述心轴上接头1的花键15配合使用，传递扭矩。

如图6所示，内筒阀座段6上设置有传压孔14。该内筒阀座段6和图3所示的阀座心轴3一起组合使用。

如图7所示，所述内筒活塞段7为内径不一样的筒状结构，其上也设置有传压孔14；该内筒活塞段7其上下两端均有密封圈，与图4所示的活塞心轴3配合使用，使活塞能够密封运动。

如图8所示，内筒压力释放段8下部同样设置设有一个传压孔14。该内筒压力释放段8和下心轴4一起配合，当内筒压力段传压孔14和下心轴4上的传压孔14连通时，压力释放，工具复位。

如图9所示，所述内筒下接头9用于连接外筒和下部钻具。上下连接为螺纹连接。

如图10所示，该外筒上接头10用于连接外筒和内筒，其上半部分和内筒上接头5螺纹连接到一起，下半部分与外筒中间段11螺纹连接在一起。

如图11所示，该外筒中间段11和内筒一起组成压力传递通道，用于压力传递。上下连接为螺纹连接。

如图12所示，该外筒压力释放段12与内筒压力释放段8形成压力通道，上下为螺纹连接。

如图13所示，该外筒下部密封接头13用于密封内筒和外筒。连接为上部是螺纹连接，本体带有密封圈。

本发明提供的装置其工作原理为：因为随钻震击器的工作原理是通过钻具轴向力的变化，使得震击器内部机构进行拉伸或压缩，当达到拉力的临界值时，震击器的锁定机构突然释放，震击器内部打击构造相撞，造成震击，产生的振动波传递到卡点处，最终使得卡点处解卡；该工具安装到震击器的上下两个位置，钻进期间，通过上心轴接头1能够平稳输送扭矩和传递钻压，上心轴接头1下部的花键15和内筒相对应的花键槽24组成扭矩传递装置；上心轴接头1的下部有防脱装置及承重环16，使得上部钻具的动作能够平稳的通过该工具传递到下面的钻具。

该装置通过钻井泵提供的泵压，给与钻柱提供轴向上的拉力或压力，从而辅助或直接激发随钻震击器。

当需要提供向上的轴向力时：投入铁球关闭心轴上方的阀座，心轴水眼封堵，泵压通过内筒的传压孔传递到各个活塞上，使得钻柱上的力向上，使得心轴上移，当泵压达到设定值时，心轴上的泄压孔(传压孔14)上移，连通下部水眼，压力下降，心轴又向下移，当泵压上升时，心轴再次上移，如此反复直到震击解卡，解卡后，提高泵压至设定值，将阀座剪断，恢复循环，起钻。

当需要提供向下的轴向力时：投入铁球，关闭心轴下方的阀座，心轴水眼封堵，泵压通过内筒的进液孔(传压孔14)传递到各个活塞上，使得钻柱上的力向下，使得心轴下移，当泵压达到设定值时，心轴上的泄压孔下移，连通下部水眼，压力下降，心轴上移，当泵压上升时，心轴再次下移，如此反复直到震击解卡，解卡后，提高泵压至设定值，将阀座剪断，恢复循环，起钻。

即：根据轴向力产生原理，主要通过钻井泥浆泵提供能量--泵压，泵压做功与内筒和心轴，使得心轴向下运动，带动内筒下面连接的钻具向上运动，产生轴向力，从而使得震击器获得向上的拉力。需要向下震击时，激活震击器下放的工具，泵压做功与心轴和内筒，心轴上移，内筒下移，震击器连接心轴，从而使震击器获得向下的拉力。

在实际应用中，根据钻具的重量和连接方式及震击器的工作需要，选择多组活塞串联，提供足够的轴向力，从而使得震击器工作。

本发明提供的装置其工作过程为：该工具分别安装到震击器的上方和下方，该工具可以实现钻具悬重及扭矩的传递，可以在正常钻进过程中使用，当钻具卡钻后，先通过常规的操作，使用震击器进行解卡，如果震击器不能正常解卡，则根据实际情况，需要震击器上击或者下击；如果选择上击，则投入铁球，使震击器上方的激发工具工作，使用钻井队泥浆泵进行打压，使铁球通过钻具水眼进入球座后，心轴阀座打开，继续使用钻井泵打压，压力从传压孔传递至阀座心轴2和内筒阀座段6之间，再通过内筒传压孔14将压力传递至内筒与外筒之间，压力再通过内筒活塞段7处的传压孔将压力传递至活塞心轴3上部，推动心轴向下运动，而反作用力作用到内筒活塞段7处的内筒上，使得内筒向上运动，内筒通过内筒下接头9与震击器连接，从而使震击器心轴向上运动，达到震击效果。随着心轴下移，下心轴4处的传压孔和内筒压力释放段8处传压孔相通时，压力下降，心轴复位，完成一个行程；再次开泵加压，压力上升，继续震击；如果钻具解卡，需要建立循环时，通过钻具水眼，再送入2个小铁球，堵住球座的两侧的传压孔，开泵憋压至固定值，球座弹簧座滑落至阀座心轴2底部，水眼畅通，建立循环。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (5)

1.一种随钻震击器辅助激发装置，其特征在于，包括：由内向外包括三层，分别为心轴总成、内筒、外筒；其中，在所述心轴总成与内筒上均设置有若干个供钻井泥浆泵泵入泥浆进入钻具水眼而产生压力的传压孔；所述心轴总成与内筒之间设置有纵向的内间隙，该内间隙构形成心轴总成与内筒之间的压力传递通道；所述内筒与外筒之间设置有纵向的外间隙，该外间隙构成内筒与外筒之间的压力传递通道。

2.根据权利要求1所述的随钻震击器辅助激发装置，其特征在于，所述心轴总成从上到下包括依次螺纹连接的上心轴接头(1)、阀座心轴(2)、活塞心轴(3)、下心轴(4)；

所述上心轴接头(1)的外圆周上设置有花键(15)，该花键(15)与内筒上设置的花键槽配合以传递扭矩；

所述阀座心轴(2)上设置有阀块(17)、阀块支架(18)、通孔(19)、剪切销钉(20)、挡块(21)；

所述阀块支架(18)的顶端通过一C型卡簧固定固定连接所述阀块(17)，其下端设置有一环形挡环，该环形挡环通过所述剪切销钉(20)固定，在所述阀块支架(18)与环形挡环之间的空隙内放置有弹簧；

所述挡块(21)设置在所述环形挡环的下方；当所述弹簧处于未压缩状态时，所述阀块(17)堵封所述通孔(19)，当所述弹簧处于压缩状态时，所述通孔(19)被打开；

所述活塞心轴(3)上设置有上下两个密封圈，该两个密封圈紧贴所述内筒的内壁，与所述内筒组合形成活塞结构；在该活塞结构上分布有一个传压孔(14)，该传压孔设置在内筒上；

所述下心轴(4)上设置有压力传递孔，当该压力传递孔与内筒上的传压孔(14)连通时，释放压力。

3.根据权利要求2所述的随钻震击器辅助激发装置，其特征在于，所述活塞心轴(3)有多个，与内筒可以组合形成多个活塞结构，在每个活塞结构上分布有一个所述传压孔。

4.根据权利要求2所述的随钻震击器辅助激发装置，其特征在于，所述内筒从上到下包括依次螺纹连接内筒上接头(5)、内筒阀座段(6)、内筒活塞段(7)、内筒压力释放段(8)、内筒下接头(9)；

所述内筒上接头(5)为不规则的环状构件，其内圆周上设置有与所述花键(15)配合使用传递扭矩的花键槽(24)；其外圆周上分布有螺纹，该螺纹的上半部分与外筒的上端螺纹连接，该螺纹的下半部分与所述内筒阀座段(6)的上端螺纹连接；

在所述内筒阀座段(6)上设置有传压孔(14)，所述阀座心轴(2)与内筒阀座段(6)之间构成的压力传递通道上设置有密封圈，该密封圈将该压力传递通道分割为上下两个密封腔；

所述内筒活塞段(7)为内径不一样的筒状结构，其上也设置有传压孔(14)；该内筒活塞段(7)其上下两端均有密封圈，与所述活塞心轴(3)配合组成活塞结构；

所述内筒压力释放段(8)下部设置设有一个传压孔(14)；该内筒压力释放段(8)与所述下心轴(4)配合组成活塞结构；

所述内筒下接头(9)用于连接外筒和下部钻具。

5.根据权利要求4所述的随钻震击器辅助激发装置，其特征在于，所述外筒包括：外筒上接头(10)、外筒中间段(11)、外筒压力释放段(12)、外筒下部密封接头(13)；

所述外筒上接头(10)上半部分和所述内筒上接头(5)螺纹连接到一起，下半部分与所述外筒中间段(11)螺纹连接在一起；

所述外筒中间段(11)和内筒一起组成压力传递通道，其上下端均连接为螺纹连接；

所述外筒压力释放段(12)与内筒压力释放段(8)形成压力通道，上下为螺纹连接；

所述外筒下部密封接头(13)上设置有带有密封圈，用于密封内筒和外筒。

Images