CN113982470A - 用于产生高频低幅能量的冲击发生器 - Google Patents
用于产生高频低幅能量的冲击发生器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113982470A CN113982470A CN202111233735.5A CN202111233735A CN113982470A CN 113982470 A CN113982470 A CN 113982470A CN 202111233735 A CN202111233735 A CN 202111233735A CN 113982470 A CN113982470 A CN 113982470A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- main shaft
- impact
- wall
- impact portion
- drilling fluid
- 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.)
- Pending
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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
- E21B1/00—Percussion drilling
- E21B1/12—Percussion drilling with a reciprocating impulse member
- E21B1/14—Percussion drilling with a reciprocating impulse member driven by a rotating mechanism
-
- 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
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/08—Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明提供了一种用于产生高频低幅能量的冲击发生器，包括主轴以及同轴套设在主轴外侧的壳体，壳体内设有马达总成，马达总成与主轴的顶部相连接，其在钻井液的作用下驱动主轴旋转；壳体的内壁与主轴的外壁之间构成冲击部空腔，冲击部空腔内设有弹性伸缩件和冲击部，弹性伸缩件的顶部固定，底部与冲击部的顶部相连接，冲击部上设有定位件，主轴的外壁上开有与定位件相配合的棘槽，棘槽呈Z字型，当定位件位于棘槽的最低处时，壳体的底部分别与冲击部、主轴相抵接。本发明的有益之处在于，通过在主轴上设置棘槽，配合冲击部、弹性伸缩件以及对钻井液排量的调节，可以满足对钻头施加高频低幅冲击能量的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲击发生器，尤其涉及一种用于产生高频低幅能量的冲击发生器。
背景技术
在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探等技术领域中，随着井深的不断增加，岩石越来越硬，严重制约了钻头的破岩效率。现有的理论研究与现场实践表明，在钻头旋转破岩过程的中，在钻头上施加一定频率的冲击力，能够有效提高钻头破岩效率。目前常规的冲击工具提供的是低频高幅冲击能量，其破岩机理是利用较大幅值的冲击力在岩石表面产生较大裂纹，然后在钻头旋转的作用下使岩屑脱离井底。但在实际应用中发现，当岩石越硬、冲击力较大时，虽然钻头初始破岩效率较高，但随着时间的延长，钻进效率大幅降低，其主要原因是冲击力造成钻头切削齿崩损，影响了后期破岩效率。国外研究表明，在钻头上施加高频低幅冲击能量，不仅能够大幅提高钻进效率，且不易损坏钻头切削齿，有利于延长钻头使用寿命，其机理在于，虽然较低幅值的冲击能量只能在岩石表面产生较小微裂纹，但在高频冲击的作用下，微裂纹扩展速率增加并连通形成较大裂纹，钻头旋转剪切即可使岩屑迅速脱离井底岩石。因此，目前急需设计研制一种既能产生高频低幅冲击能量辅助提高钻头破岩效率，又能实时控制调节冲击参数，同时还能满足现有钻井工艺的技术要求和设备要求，并且结构简单、成本低廉、维护方便的冲击发生器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于产生高频低幅能量的冲击发生器，以解决上述问题。
本发明提供了一种用于产生高频低幅能量的冲击发生器，包括主轴以及同轴套设在所述主轴外侧的壳体，所述壳体内设有马达总成，所述马达总成与主轴的顶部相连接，其在钻井液的作用下驱动所述主轴旋转；所述壳体的内壁与主轴的外壁之间构成冲击部空腔，所述冲击部空腔内设有弹性伸缩件和冲击部，所述弹性伸缩件的顶部固定，底部与所述冲击部的顶部相连接，所述冲击部上设有定位件，所述主轴的外壁上开有与所述定位件相配合的棘槽，所述棘槽呈Z字型，当所述定位件位于所述棘槽的最低处时，所述壳体的底部分别与所述冲击部、主轴相抵接。
优选地，所述主轴的顶部开有旁通孔，内部设有轴向贯通的钻井液通道孔，所述旁通孔与钻井液通道孔相连通。
优选地，所述马达总成包括转子和定子，所述转子通过联轴器与主轴的顶部相连接，所述定子固定在所述壳体的内壁上。
优选地，所述壳体包括设置在内壁上且呈环形的上限位件和下限位件，所述弹性伸缩件的顶部固定在所述上限位件上，当所述定位件位于所述棘槽的最低处时，所述冲击部的底部与下限位件相抵接。
优选地，所述棘槽包括依次首尾相连的倾斜段和竖直段。
优选地，所述壳体的底部与主轴之间设有推力轴承。
本发明的有益之处在于，通过在主轴上设置棘槽，配合冲击部、弹性伸缩件以及对钻井液排量的调节，可以满足对钻头施加高频低幅冲击能量的需求，其结构设计简单、性能可靠、操作方便、成本低廉、便于调节频率，可以大范围推广使用。
附图说明
图1是本发明冲击发生器的剖视图；
图2是棘槽的结构示意图。
元件标号说明：
1 壳体
11 上限位件
12 下限位件
2 马达总成
21 转子
22 定子
3 联轴器
4 主轴
401 轴体一
402 轴体二
41 旁通孔
42 棘槽
421 倾斜段
422 竖直段
43 钻井液通道孔
5 冲击部
51 定位件
6 弹性伸缩件
7 推力轴承
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供了一种用于产生高频低幅能量的冲击发生器，该冲击发生器包括主轴4以及同轴套设在主轴4外侧的壳体1。在本发明的一个具体实施例中，主轴4呈阶梯状，包括外径较小的轴体一401和外径较大的轴体二402，壳体1套设在轴体一401外侧。
在壳体1内设有马达总成2，马达总成2具体地包括转子21和定子22，转子21通过联轴器3与轴体一401的顶部相连接，定子22固定在壳体1的内壁上。经过过滤的钻井液在流入马达总成2后会在马达总成2内造成一定的压力差，推动转子21绕定子22的轴线旋转，进而驱动主轴4旋转。在具体实施中，在轴体一401的顶部还开有旁通孔41，主轴4内部设有轴向贯通的钻井液通道孔43，旁通孔41与钻井液通道孔43相连通。这样大部分钻井液在推动转子21做功后会经旁通孔41流入钻井液通道孔43，最后经钻头水眼喷出，实现对钻头的冷却清洗以及钻井液的循环利用。
为在钻头上施加高频低幅冲击能量，在壳体1的内壁与轴体一401的外壁之间构成冲击部空腔，冲击部空腔内设有弹性伸缩件6和冲击部5，弹性伸缩件6具体地为弹簧，其顶部固定，底部与冲击部5的顶部相连接。冲击部5上设有定位件51，轴体一401的外壁上开有与定位件51相配合的棘槽42，棘槽42如图2所示呈Z字型，当定位件51位于棘槽42的最低处时，壳体1分别与冲击部5、主轴4相抵接。这样当所述主轴4旋转时，定位件51会沿棘槽42作上下往复运动，并将定位件51向上运动时弹性伸缩件6受压储存的弹性势能转变为定位件51向下运动时经壳体1传递给主轴4的冲击力。优选地，壳体1包括设置在内壁上且呈环形的上限位件11和下限位件12，冲击部空腔由上限位件11、轴体一401的外壁、下限位件12和壳体1的内壁共同限定，弹性伸缩件6的上端固定在上限位件11上，当定位件51位于棘槽42的最低处时，冲击部5的底部与下限位件12相抵接。在下限位件12与轴体二402之间还设有推力轴承7，推力轴承7用于承受壳体1带来的轴向冲击力并将该冲击力传递给主轴4。进一步地，棘槽42包括依次首尾相连的倾斜段421和竖直段422，设置竖向延伸的竖直段422有利于冲击部5快速下落，从而实现冲击作用。本领域技术人员可以根据需要调节棘槽42的形状、幅值等参数，以满足对钻头施加高频低幅冲击能量的要求。
本发明的冲击发生器的工作原理如下：
在钻井液的作用下，马达总成2通过联轴器3驱动主轴4旋转，主轴4旋转时，由于棘槽42的限位作用，定位件51会沿着棘槽42运动，驱动冲击部5作上下往复移动。当冲击部沿着倾斜段421向上移动时，弹性伸缩件6受压储存弹性势能，接着当定位件5进入直线段422中，弹性伸缩件6在弹性复位作用下驱动冲击部5迅速向下移动直至棘槽42的最低处，冲击下限位件12和推力轴承7，并通过推力轴承7将冲击力传递至主轴4，最终传递至钻头上，达到辅助钻头破岩的功效。随着主轴4的不断旋转，上述过程不断重复，进而对钻头产生周而复始的冲击作用。在此过程中，操作人员可以通过调节钻井液的排量来控制冲击发生器的冲击频率，从而满足不同工况的技术工艺要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于产生高频低幅能量的冲击发生器，其特征在于，包括主轴(4)以及同轴套设在所述主轴(4)外侧的壳体(1)，
所述壳体(1)内设有马达总成(2)，所述马达总成(2)与主轴(4)的顶部相连接，其在钻井液的作用下驱动所述主轴(4)旋转；
所述壳体(1)的内壁与主轴(4)的外壁之间构成冲击部空腔，所述冲击部空腔内设有弹性伸缩件(6)和冲击部(5)，所述弹性伸缩件(6)的顶部固定，底部与所述冲击部(5)的顶部相连接，所述冲击部(5)上设有定位件(51)，所述主轴(4)的外壁上开有与所述定位件(51)相配合的棘槽(42)，所述棘槽(42)呈Z字型，当所述定位件(51)位于所述棘槽(42)的最低处时，所述壳体(1)的底部分别与所述冲击部(5)、主轴(4)相抵接。
2.根据权利要求1所述的冲击发生器，其特征在于，所述主轴(4)的顶部开有旁通孔(41)，内部设有轴向贯通的钻井液通道孔(43)，所述旁通孔(41)与钻井液通道孔(43)相连通。
3.根据权利要求1所述的冲击发生器，其特征在于，所述马达总成(2)包括转子(21)和定子(22)，所述转子(21)通过联轴器(3)与主轴(4)的顶部相连接，所述定子(22)固定在所述壳体(1)的内壁上。
4.根据权利要求1所述的冲击发生器，其特征在于，所述壳体(1)包括设置在内壁上且呈环形的上限位件(11)和下限位件(12)，所述弹性伸缩件(6)的顶部固定在所述上限位件(11)上，当所述定位件(51)位于所述棘槽(42)的最低处时，所述冲击部(5)的底部与下限位件(12)相抵接。
5.根据权利要求1所述的冲击发生器，其特征在于，所述棘槽(42)包括依次首尾相连的倾斜段(421)和竖直段(422)。
6.根据权利要求1所述的冲击发生器，其特征在于，所述壳体(1)的底部与主轴(4)之间设有推力轴承(7)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111233735.5A CN113982470A (zh) | 2021-10-22 | 2021-10-22 | 用于产生高频低幅能量的冲击发生器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111233735.5A CN113982470A (zh) | 2021-10-22 | 2021-10-22 | 用于产生高频低幅能量的冲击发生器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113982470A true CN113982470A (zh) | 2022-01-28 |
Family
ID=79740417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111233735.5A Pending CN113982470A (zh) | 2021-10-22 | 2021-10-22 | 用于产生高频低幅能量的冲击发生器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113982470A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104847259A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-08-19 | 刘永旺 | 一种动力钻具旋转冲击提速装置及方法 |
| CN105275384A (zh) * | 2014-06-26 | 2016-01-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种冲击钻井装置 |
| WO2021120721A1 (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 钻井提速工具 |
| WO2021120722A1 (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 钻井工具 |
| CN113027331A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-25 | 中国石油大学(华东) | 井底冲旋步进联合卸荷破岩高效钻井系统及方法 |
-
2021
- 2021-10-22 CN CN202111233735.5A patent/CN113982470A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105275384A (zh) * | 2014-06-26 | 2016-01-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种冲击钻井装置 |
| CN104847259A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-08-19 | 刘永旺 | 一种动力钻具旋转冲击提速装置及方法 |
| WO2021120721A1 (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 钻井提速工具 |
| WO2021120722A1 (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 钻井工具 |
| CN113027331A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-25 | 中国石油大学(华东) | 井底冲旋步进联合卸荷破岩高效钻井系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102191915B (zh) | 一种谐振脉冲振动钻井装置 | |
| CN105239929A (zh) | 利用旋冲振荡加压实现高效破岩的井下工具 | |
| CN112324336B (zh) | 一种水平定向钻进工程地质勘察绳索取芯螺杆钻具 | |
| CN103174380B (zh) | 一种弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置 | |
| CN109184597B (zh) | 一种水力振荡清洗工具 | |
| CN103628815A (zh) | 一种近钻头扭转、振荡耦合冲击器 | |
| US6742605B2 (en) | Percussion tool for generic downhole fluid motors | |
| CN206129207U (zh) | 基于涡轮与凸轮的新型振荡冲击器 | |
| CN204691658U (zh) | 旋挖钻机潜孔锤施工专用工作装置 | |
| CN107542405A (zh) | 水力脉冲螺杆钻具 | |
| CN108661550B (zh) | 基于涡轮与弹簧的单向式冲击器 | |
| CN205172416U (zh) | 一种机械振动冲击传动轴 | |
| CN106703728B (zh) | 往复旋转双向置换装置 | |
| CN203594356U (zh) | 近钻头扭转、振荡耦合冲击器 | |
| CN108252650A (zh) | 一种井下基于磁力的旋转冲击工具及方法 | |
| CN113982470A (zh) | 用于产生高频低幅能量的冲击发生器 | |
| CN209586360U (zh) | 吸振增压耦合器 | |
| CN104727744A (zh) | 一种旋挖钻机潜孔锤施工专用工作装置 | |
| CN208845097U (zh) | 一种复合冲击钻井提速装置 | |
| CN108661551B (zh) | 基于叶轮与弹簧的扭转振动工具 | |
| CN215999936U (zh) | 一种轻便深孔磨削机 | |
| CN111577139A (zh) | 一种涡轮驱动水力脉冲发生器 | |
| CN109989707A (zh) | 基于涡轮发电式电机驱动的双速pdc钻头 | |
| CN109915028B (zh) | 电池式电机驱动的双速pdc钻头 | |
| CN210195657U (zh) | 一种高温硬岩提速钻具 |
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 |