CN112855014B - 一种新型机械式冲击器 - Google Patents
一种新型机械式冲击器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112855014B CN112855014B CN202110073383.5A CN202110073383A CN112855014B CN 112855014 B CN112855014 B CN 112855014B CN 202110073383 A CN202110073383 A CN 202110073383A CN 112855014 B CN112855014 B CN 112855014B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impactor
- impact hammer
- shell
- drill rod
- impact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 29
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000009527 percussion Methods 0.000 claims description 9
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
Abstract
本发明属于石油机械技术领域，涉及一种新型机械式冲击器，滑动轴承安装在冲击器外壳中，滑动轴承内孔与专用钻杆形成间隙配合；内套筒与冲击器外壳通过榫卯结构固连；冲锤与内套筒间隙配合，冲锤上端安装有碟形弹簧作为储能元件；冲锤下端设有旋转砧铁座，旋转砧铁座上安装有砧铁；转换接头通过销轴与专用钻杆相连，压在冲击器外壳底部的端盖固定连接在转换接头上，冲击器的上下两端分别安装有上端密封装置和下端密封装置；其结构简单，操作方便，原理可靠，能够通过更换不同的碟形弹簧组和改变旋转砧铁座和冲锤的端面轮齿的齿数以改变冲击器的冲击能量和频率，有利于现场的维护和使用，环境适应性好，工作寿命长，安全可靠。
Description
技术领域：
本发明属于石油机械技术领域，涉及一种可安装在钻柱上的用于实现旋冲钻进的钻井辅助装置，特别是一种可以方便地安装到钻柱上实现旋冲钻进的新型机械式冲击器。
背景技术：
随着油气钻井深度的不断增加，钻井的难度和成本成倍增长，硬地层钻进的难题日益突出，如何提高钻头在硬地层的钻井速度已迫在眉睫。旋冲钻井技术是在常规旋转钻井的基础上，通过冲击器产生的冲击力施加给钻头，使钻头靠旋转和冲击共同作用破碎岩石，是一种切实可行的高效、优质、低耗的钻进方法。旋冲钻进的一个关键设备是冲击器，冲击器作为旋冲钻进的辅助装置，按其动力源可分为液动式冲击器、气动式冲击器和机械式冲击器等。液动式冲击器和气动式冲击器早已应用于生产实践。但仍存在不足之处，例如冲击器使用寿命短、不能应用于深孔中、对钻井液的含砂量和流量有严格要求，现场使用和调节困难等，不仅给生产人员带来一定的安全隐患，也会造成井壁在大泵量循环下的失稳现象。由于上述原因，液动式冲击器在我国还没有被广泛推广应用。机械式冲击器以钻杆的回转运动为动力源，将钻杆的回转运动转换成冲锤沿着钻杆方向的往复式冲击运动。由于它的驱动力直接来自于钻杆，不受孔底复杂环境的影响，对外部的抗干扰能力极强，是液动式、气动式冲击器无法达到的。将冲锤重力势能转换为冲击动能的机械式冲击器虽然克服了液动式冲击器存在的缺点，但冲锤结构复杂、加工难度大且为了获得较大的冲击功需要增大冲锤质量和移动距离，这将导致冲锤向上移动的过程中产生的附加扭矩加大且难于准确平衡，影响冲击器工作的可靠性和稳定性，例如CN201510372685.7公开的一种机械式钻探冲击器。以弹簧作为储能元件的机械式冲击器，在将回转运动转换为往复移动压缩弹簧的过程中，不论采取何种方式都会同时产生较大的附加扭矩，同样存在上述问题且结构更为复杂，例如CN208734274U公开的一种旋冲螺杆传动轴总成以及CN208518596U公开的一种旋冲钻具。因此，亟需设计一种新型结构的机械式冲击器，以碟形弹簧组为储能元件，冲锤向上移动的过程中产生的附加扭矩由冲锤凸齿经内套筒、外壳凸脊传递到岩石孔壁上，工作稳定可靠；通过改变碟形弹簧及其组合方式可以方便地改变冲击功的大小，改变旋转砧铁座和冲锤端面轮齿的数量可以改变冲击器的冲击频率，操作简便，有利于现场的维护和使用。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有冲击器存在的缺点，设计提供一种新型机械式冲击器，以碟形弹簧组为储能元件，依靠岩石孔壁作用在冲击器外壳纵向凸脊上的反力来平衡冲锤向上移动过程中受到的附加扭矩，以钻杆的回转运动为动力源，实现冲锤沿着钻杆轴线方向的往复式冲击运动从而完成旋冲钻进，而且冲锤与砧铁碰撞过程中，旋转砧铁座端面轮齿和冲锤端面轮齿不承受冲击载荷。
为了实现上述目的，本发明所述新型机械式冲击器的主体结构包括专用钻杆、上端密封装置、滑动轴承、冲击器外壳、碟形弹簧组、内套筒、冲锤、砧铁、旋转砧铁座、销轴、下端密封装置、端盖、内六角螺钉和转换接头；滑动轴承以过盈配合方式安装在冲击器外壳中，滑动轴承内孔与专用钻杆形成间隙配合以保证专用钻杆可以相对于冲击器外壳自由转动；内套筒内表面加工有导向凹槽，与冲击器外壳以过盈配合方式实现定位并通过榫卯结构固连在一起；冲锤的内孔与专用钻杆之间留有间隙，冲锤与内套筒以间隙配合的方式安装，冲锤外圆柱面上均匀分布的凸齿与内套筒相应的导向凹槽间隙配合，以保证冲锤自由地沿专用钻杆轴线往复移动；冲锤上端安装有一组碟形弹簧作为储能元件；冲锤下端设有旋转砧铁座，旋转砧铁座上安装有砧铁；转换接头上设有长槽孔并通过销轴与专用钻杆相连，压在冲击器外壳底部的端盖采用六个内六角螺钉固定连接在转换接头上，专用钻杆随钻柱向上提升时，通过销轴带动冲击器整体向上移动；冲击器的上下两端分别安装有上端密封装置和下端密封装置以满足冲击器的密封要求。
本发明所述滑动轴承、内套筒均采用锡青铜制成，专用钻杆、端盖和转换接头均为钢制结构。
本发明所述冲击器外壳由合金钢38CrMoAlA制成，经过调质处理后再对其表面进行氮化处理以提高其耐磨性和抗冲击性能，冲击器外壳的外径略小于钻孔直径，且外壳上设有均匀分布的多条轴向具有一定锥度的三角形截面的纵向凸脊，工作时多个纵向凸脊在钻压作用下嵌入到岩石孔中，使冲击器外壳相对于岩石孔壁可以轴向移动但不产生相对转动，纵向凸脊的数量和锥度根据实际施工需要确定。
本发明所述冲锤为合金钢38CrMoAlA制成的端面带齿结构，经调质处理后再对其表面经氮化处理得到。
本发明所述旋转砧铁座为合金钢38CrMoAlA制成的端面带齿结构，经调质处理后再对其表面经氮化处理得到。
本发明使用时，冲击器的上端通过专用钻杆的锥形螺纹孔与钻柱相连接，钻头通过转换接头的锥形螺纹孔与冲击器下端连接实现旋冲钻进，具体工作过程为：地面钻机驱动专用钻杆顺时针方向作回转运动，专用钻杆通过型面连接带动端面带齿的旋转砧铁座一起回转，旋转砧铁座利用端面的轮齿推动冲锤端面的轮齿并使冲锤向上移动压缩蝶形弹簧储存能量；冲锤向上移动过程中产生的附加扭矩由冲锤上设有的凸齿经内套筒、冲击器外壳上纵向凸脊传递到岩石孔壁上，依靠岩石孔壁作用在冲击器外壳纵向凸脊上的反力来与之平衡；冲锤上升到一定高度后，冲锤的端面轮齿与旋转砧铁座的端面轮齿脱离接触，冲锤在弹簧力作用下快速下落，与以过盈配合方式安装在旋转砧铁座上的砧铁产生碰撞，并经转换接头将冲击能量传给钻头实现旋冲钻进；由于冲锤与砧铁碰撞过程中，旋转砧铁座端面轮齿和冲锤端面轮齿不承受冲击载荷，可以大大延长旋转砧铁座和冲锤的工作寿命。
本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，原理可靠，能够通过更换不同的碟形弹簧组和改变旋转砧铁座和冲锤的端面轮齿的齿数以改变冲击器的冲击能量和频率，有利于现场的维护和使用，环境适应性好，工作寿命长，安全可靠。
附图说明：
图1为本发明的主体结构剖视原理示意图。
图2本发明的主体结构A-A截面示意图。
图3本发明的主体结构B-B截面示意图。
图4为本发明所述冲击器外壳结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明进一步阐述。
实施例：本实施例的主体结构包括专用钻杆1、上端密封装置2、滑动轴承3、冲击器外壳4、碟形弹簧组5、内套筒6、冲锤7、砧铁8、旋转砧铁座9、销轴10、下端密封装置11、端盖12、内六角螺钉13、转换接头14等。锡青铜制作的滑动轴承3以过盈配合方式安装在冲击器外壳中，滑动轴承3内孔与钢制专用钻杆1形成间隙配合以保证专用钻杆1可以相对于冲击器外壳4自由转动；由合金钢38CrMoAlA制作的冲击器外壳4调质处理后表面经氮化处理以提高其耐磨性和抗冲击性能，冲击器外壳的外径略小于钻孔直径，且外壳上设有均匀分布的多条轴向具有1：50左右锥度的三角形截面的纵向凸脊；锡青铜制作的内套筒6内表面加工有导向凹槽，与冲击器外壳4以过盈配合方式实现定位并通过榫卯结构固连在一起；由合金钢38CrMoAlA制作的端面带齿的冲锤7调质处理后表面经氮化处理，其内孔与专用钻杆1之间保留间隙，冲锤7与内套筒6以间隙配合的方式安装，同时冲锤7外圆柱面上均布的凸齿与内套筒6相应的导向凹槽也形成间隙配合，以保证冲锤7可自由地沿专用钻杆轴线往复移动；在冲击器内部冲锤7上端安装有一组碟形弹簧5作为储能元件；由合金钢38CrMoAlA制作的端面带齿的旋转砧铁座9调质处理后表面经氮化处理，转换接头14上加工有长槽孔并通过销轴10与专用钻杆1相连，压在外壳底部的钢制端盖12用6个M8内六角螺钉连接在钢制转换接头14上，专用钻杆1随钻柱向上提升时，通过销轴10带动冲击器整体向上移动。冲击器两端安装有上端密封装置2和下端密封装置11以满足冲击器的密封要求。
本实施例设计的新型机械式冲击器使用时上端通过专用钻杆1的锥形螺纹孔与钻柱相连接，钻头通过转换接头14的锥形螺纹孔与冲击器下端连接实现旋冲钻进，具体工作过程为：地面钻机驱动专用钻杆1顺时针方向作回转运动，专专用钻杆1通过型面连接带动端面带齿的旋转砧铁座9一起回转，旋转砧铁座9利用端面的轮齿推动冲锤7端面的轮齿并使冲锤7向上移动压缩蝶形弹簧5储存能量；冲锤7向上移动过程中产生的附加扭矩由冲锤7上设有的凸齿经内套筒6、冲击器外壳4上纵向凸脊传递到岩石孔壁上，依靠岩石孔壁作用在冲击器外壳4纵向凸脊上的反力来与之平衡；冲锤7上升到一定高度后，冲锤7的端面轮齿与旋转砧铁座9的端面轮齿脱离接触，冲锤7在弹簧力作用下快速下落，与以过盈配合方式安装在旋转砧铁座9上的砧铁8产生碰撞，并经转换接头14将冲击能量传给钻头实现旋冲钻进；由于冲锤7与砧铁8碰撞过程中，旋转砧铁座9端面轮齿和冲锤7端面轮齿不承受冲击载荷，可以大大延长旋转砧铁座9和冲锤7的工作寿命。
Claims (1)
1.一种机械式冲击器，其特征在于，其主体结构包括专用钻杆、上端密封装置、滑动轴承、冲击器外壳、碟形弹簧组、内套筒、冲锤、砧铁、旋转砧铁座、销轴、下端密封装置、端盖、内六角螺钉和转换接头；冲击器外壳的外径小于钻孔直径，冲击器外壳上设有均匀分布的多条轴向具有一定锥度的三角形截面的纵向凸脊，工作时多个纵向凸脊在钻压作用下嵌入到岩石孔中，使冲击器外壳相对于岩石孔壁可以轴向移动但不产生相对转动，纵向凸脊的数量和锥度根据实际施工需要确定；滑动轴承以过盈配合方式安装在冲击器外壳中，滑动轴承内孔与专用钻杆形成间隙配合以保证专用钻杆可以相对于冲击器外壳自由转动；内套筒内表面加工有导向凹槽，与冲击器外壳以过盈配合方式实现定位并通过榫卯结构固连在一起；冲锤的内孔与专用钻杆之间留有间隙，冲锤与内套筒以间隙配合的方式安装，冲锤外圆柱面上均匀分布的凸齿与内套筒相应的导向凹槽间隙配合，以保证冲锤自由地沿专用钻杆轴线往复移动；冲锤上端安装有一组碟形弹簧作为储能元件；冲锤下端设有旋转砧铁座，旋转砧铁座上安装有砧铁；转换接头上设有长槽孔并通过销轴与专用钻杆相连，压在冲击器外壳底部的端盖采用六个内六角螺钉固定连接在转换接头上，专用钻杆随钻柱向上提升时，通过销轴带动冲击器整体向上移动；冲击器的上下两端分别安装有上端密封装置和下端密封装置以满足冲击器的密封要求；
该冲击器能够通过更换不同的碟形弹簧组和改变旋转砧铁座和冲锤的端面轮齿的齿数以改变冲击器的冲击能量和频率，使用时，冲击器的上端通过专用钻杆的锥形螺纹孔与钻柱相连接，钻头通过转换接头的锥形螺纹孔与冲击器下端连接实现旋冲钻进，具体工作过程为：地面钻机驱动专用钻杆顺时针方向作回转运动，专用钻杆通过型面连接带动端面带齿的旋转砧铁座一起回转，旋转砧铁座利用端面的轮齿推动冲锤端面的轮齿并使冲锤向上移动压缩蝶形弹簧储存能量；冲锤向上移动过程中产生的附加扭矩由冲锤上设有的凸齿经内套筒、冲击器外壳上纵向凸脊传递到岩石孔壁上，依靠岩石孔壁作用在冲击器外壳纵向凸脊上的反力来与之平衡；冲锤上升到一定高度后，冲锤的端面轮齿与旋转砧铁座的端面轮齿脱离接触，冲锤在弹簧力作用下快速下落，与以过盈配合方式安装在旋转砧铁座上的砧铁产生碰撞，并经转换接头将冲击能量传给钻头实现旋冲钻进。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110073383.5A CN112855014B (zh) | 2021-01-20 | 2021-01-20 | 一种新型机械式冲击器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110073383.5A CN112855014B (zh) | 2021-01-20 | 2021-01-20 | 一种新型机械式冲击器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112855014A CN112855014A (zh) | 2021-05-28 |
| CN112855014B true CN112855014B (zh) | 2022-12-09 |
Family
ID=76007560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110073383.5A Active CN112855014B (zh) | 2021-01-20 | 2021-01-20 | 一种新型机械式冲击器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112855014B (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101105113A (zh) * | 2007-07-16 | 2008-01-16 | 张小臣 | 液压冲击回转钻具 |
| CN101509349B (zh) * | 2009-03-25 | 2011-11-16 | 中国地质大学（武汉） | 电磁式钻探冲击器 |
| CN102817567B (zh) * | 2012-07-30 | 2014-12-03 | 中国海洋石油总公司 | 一种油气钻井井下重复起震装置及起震方法 |
| CN103939010B (zh) * | 2013-01-17 | 2016-04-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 冲击式钻井设备 |
| CN105275384B (zh) * | 2014-06-26 | 2018-03-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种冲击钻井装置 |
| CN106050129B (zh) * | 2016-06-06 | 2018-06-01 | 西南石油大学 | 一种利用涡轮实现旋转冲击的钻井工具 |
| CN208734274U (zh) * | 2018-07-17 | 2019-04-12 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 一种旋冲螺杆传动轴总成 |
-
2021
- 2021-01-20 CN CN202110073383.5A patent/CN112855014B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112855014A (zh) | 2021-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106050129B (zh) | 一种利用涡轮实现旋转冲击的钻井工具 | |
| CN208734274U (zh) | 一种旋冲螺杆传动轴总成 | |
| CN105239922A (zh) | 局部往复式液动冲击钻井提速工具 | |
| CN112177529B (zh) | 一种具有碟簧-密封腔缓冲功能的高效破岩振荡装置 | |
| CN102268961A (zh) | 一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成 | |
| CN105909166A (zh) | 钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器 | |
| CN108086899B (zh) | 一种气动扭摆冲击破岩钻孔工具 | |
| CN112593846B (zh) | 一种冲击特性可以调制的轴向冲击振动钻井工具 | |
| CN107605396B (zh) | 一种分流式射吸液动冲击器 | |
| CN113006682B (zh) | 轴向冲击振荡螺杆钻具 | |
| CN108756732B (zh) | 基于螺杆与弹簧的周向冲击器 | |
| CN202157745U (zh) | 一种具有减振功能的螺杆钻具传动轴总成 | |
| CN111472695B (zh) | 一种钻压多级调整工具及定向钻进pdc钻头钻压平稳方法 | |
| CN112855014B (zh) | 一种新型机械式冲击器 | |
| CN111877979B (zh) | 一种棘轮式液动冲击器 | |
| CN111577139A (zh) | 一种涡轮驱动水力脉冲发生器 | |
| CN116575850A (zh) | 一种煤矿井下水力冲击短节 | |
| CN210564346U (zh) | 可形成周期性钻柱轴向蠕动与钻压波动的钻井提速工具 | |
| CN212105720U (zh) | 双液驱动旋冲钻井冲击器 | |
| CN210195657U (zh) | 一种高温硬岩提速钻具 | |
| CN205172424U (zh) | 一种能够调节参数的冲击发生机构 | |
| CN210977292U (zh) | 一种涡轮驱动水力脉冲发生器 | |
| CN107489375B (zh) | 一种旋转冲击器 | |
| CN109488204B (zh) | 一种井下涡轮驱动的旋转锤击装置 | |
| CN110778270A (zh) | 可形成周期性钻柱轴向蠕动与钻压波动的钻井提速工具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |