CN114109290A - 周向随钻震击器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种周向随钻震击器，涉及油气资源钻井工程领域。所述周向随钻震击器包括上接头、花键轴、扶正套、花键套、短接头、下接头、活塞与衬套；所述花键轴的外表面沿轴向设置花键，与花键套配合；所述花键套内表面设置限位块，花键在限位块与对应结构限定的运动轨道间往复运动，花键轴可在花键槽限定范围内旋转。本发明提供了一种全新的周向随钻震击器，通过钻具旋转产生的周向震击力解卡，操作简单，在复杂多变的井下环境中，可实现冲击扭矩可调、冲击功可变、且可反复多次震击的效果，具有震击效率高、成本低、解卡效果好的特点。

Description

周向随钻震击器

技术领域

本发明属于石油天然气钻井工程、机械工程领域，涉及一种周向随钻震击器，具体的工程问题包括井下解卡、安全作业等。

背景技术

在油气资源钻采开发过程中，由于井眼轨迹难度增加、井下作业工具操作失误等因素，以及地质构造复杂、不确定因素增多或者钻井液性能不匹配等原因，导致钻井作业工具发生卡钻现象，此时需要现场人员进行解卡操作以恢复钻井作业。当卡钻事故发生时，其具体表现钻具在井内失去活动空间，无法转动以及无法进行上提、下放；强行移动或旋转钻柱，可能超过钻柱的抗拉强度或者钻机的负载能力，导致更严重的后果。卡钻事故通常会在钻进、起下钻、设备故障检修以及临时停电停水等过程中发生，根据卡钻原因可将卡钻事故划分为坍塌掉块卡钻、压差卡钻、缩径卡钻、泥包卡钻以及键槽卡钻等。钻井作业时，卡钻是一种后果严重且要尽量避免的井下事故，现阶段的随钻震击器都是轴向震击器，该类工具需要施加很大的力，但传递到卡钻处的力并不大，解卡效果不理想。因此，如何快速、高效地解除卡钻事故，是本领域渴望解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过周向扭矩提供震击力的高效解卡的周向随钻震击器。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种周向随钻震击器，由上接头，花键轴，扶正套，花键套，上衬套，下衬套，短接头，下接头与固定活塞组成；所述周向随钻震击器两端为可拆卸连接；所述周向随钻震击器内设有密封圈；所述花键轴与周向随钻震击器连接件同轴；所述花键轴中部的外表面，沿轴向设置花键，所述花键轴与花键对应位置装配花键套；所述花键套内表面的花键槽与花键轴外表面的花键配合；花键轴与花键套间隙配合，花键轴可在花键槽限定范围内绕中心轴旋转；所述花键轴外、花键轴两端面与花键套之间，分别固接花键轴上花键的限位块，限位块长宽与花键相同，花键位于限位结构限定的运动轨道间；所述运动轨道深度满足：花键可与花键槽槽面接触；花键轴可在限位结构限定的运动轨道间进行周向运动。

进一步的，所述花键设置为一个；花键槽与花键对应、配套设置；限位块分为大小相同的上限位块与下限位块。

进一步的，所述花键与震击器连接件中心轴同轴；所述可拆卸固定连接为螺纹连接进；所述周向随钻震击器内设有密封圈密封。

进一步的，所述限位结构包括位于周向随钻震击器上部的扶正套同时与花键轴和花键套接触；所述扶正套与花键轴间隙配合，所述扶正套与花键套固接。

进一步的，所述限位结构包括位于周向随钻震击器下部的固定活塞，所述固定活塞装配在花键轴外部，与花键轴间隙配合。

进一步的，所述花键可在上衬套与下衬套之间轴向运动。

进一步的，所述周向随钻震击器上下两端分别设置上接头和下接头，上接头和下接头与石油钻井工具连接。

进一步的，所述下接头与花键套间通过短接头锥螺纹连接。

本发明与现有技术比较，其具有以下有益效果：本发明提供了一种全新的周向随钻震击器，所述周向随钻震击器不同于现有的震击器，设计紧凑，利用钻井工具本身的周向扭矩提供震击力，在井下复杂多变的环境中提供一种新型解卡方式。在需要解卡时，只需对花键轴进行相关的轴向位移控制，操作简单，现场可操作性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为花键轴上提状态的A-A放大结构示意图；

图3为正常工作下的B-B放大结构示意图；

附图标记说明：10.上接头，20.花键轴，21.花键，30.扶正套，40.花键套，41.运动轨迹，42.花键槽，43.上限位块，44.下限位块，50.上衬套，60.下衬套，70.短接头，80.下接头，90.固定活塞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1所示的周向随钻震击器，包括上接头10，花键轴20，扶正套30，花键套40，上衬套50，下衬套60，短接头70，下接头80与固定活塞90。需要说明的是：所述周向随钻震击器可用于多种需要解卡的情况；本发明将应用于石油钻井器中，并非限定其只能应用于此。下面以应用于石油钻井器为例，在钻遇卡钻时，可以通过扭矩产生的震击力解卡，恢复生产。

所述周向随钻震击器包括内部的花键轴20，所述花键轴20呈条状，与石油钻井器的中心轴同轴；花键轴20中部的外表面上，沿轴向设置花键21。

所述花键轴20的两端分别设置可与石油钻井工具相连接的上接头10与下接头80。所述花键轴20上端与上接头10固定连接，花键轴20运动时，与上接头10一并运动。花键轴20下端插入、装配在下接头80内部，与下接头80内部间隙配合，可在下接头80内部进行直线往复运动。为了更好地限定花键轴20在周向随钻震击器轴向上的位置，保证花键轴20始终与石油钻井器、周向随钻震击器同轴，优选的方案为：所述花键轴20下端插入固定活塞90内部，而非直接插入下接头80内部。所述固定活塞90固定设置在下接头80与花键轴20之间。固定活塞90朝向花键轴20一侧形成容纳密封圈的空腔，花键轴20下端对应设置为空腔适配的大小和形状，便于安装密封圈。

上述方案中花键轴20外表面、花键轴20中部、花键21对应位置，装配花键套40。花键套内表面设置大小相同的上限位块43与下限位块44，两者在花键套40内表面对应花键轴20中部沿周向均匀分布，所述上限位块43与下限位块44同花键21长度相同。

所述花键套40两端分别与上接头10、下接头80固定连接。为了便于加工和安装，优选为可拆卸固定连接，进一步优选为锥螺纹连接。设置为锥螺纹连接时，锥螺纹的长度大于花键轴20在轴向上运动的距离；尤其是与下接头80锥螺纹连接处，锥螺纹的长度需要大于花键轴20在轴向上运动的距离。即锥螺纹的长度需要保证：无论花键轴20在轴向上如何运动、如何对锥螺纹提供冲击力，也不会导致该处的锥螺纹松扣。

上述方案中花键轴20上部分，上接头10下面设置扶正套30，所述扶正套30与花键轴20间隙配合，所述扶正套30与花键套40固接。

上述方案中花键轴20外表面套设短接头70，与花键轴20间隙配合。短接头呈不规则的倒T形。靠近花键轴20一侧平滑且与周向随钻震击器中心轴平行；远离花键轴20一侧分别向花键套40和下接头80方向延伸，并分别伸入花键套40内和下接头80内，锥螺纹连接。这种设置方式下，短接头将花键套40与下接头80分离为两个相互独立的零部件，可分别进行制作、加工、安装，从而节省成本。在设置短接头70时，短接头70伸入花键套40内部，与花键轴20接触，从而代替固定活塞90、与扶正套30一起限定运动轨道41。

上述方案中花键轴20沿运动轨道41向上运动至花键21端面与扶正套30接触，向下运动至花键21端面与短接头70接触；同时，花键轴20在限位块与对应机构限定的花键槽42内旋转。

在上述设置方式下，更优选的方案为，为了避免花键轴20运动过程中，与扶正套30、短接头70发生碰撞，延长使用寿命，增加工具的可靠性。因此，在扶正套30与花键套40之间设置上衬套50，在短接头70与花键套40间设置下衬套60，所述上衬套50、下衬套60分别与扶正套30、短接头70固接。所述上衬套50、下衬套60的材质硬度小于花键轴20的硬度。

上述方案中花键轴20上端与上接头10固接，下端套设在固定活塞90内，花键21在上衬套50和下衬套60限定的运动轨道41内运动。花键轴20在外力作用下在限定的运动轨道41内作往复运动。进一步的，花键轴20外表面的花键21与花键套40内表面设置的花键槽42配合。花键轴20与花键套40间隙配合，花键轴20可在花键槽42限定范围内绕中心轴自转。

下面用图2与图3介绍所述周向随钻震击器的工作过程。图2为花键21逆时针旋转至与上限位块43的C面接触且花键21与下衬套60接触；图3为花键21逆时针旋转与下限位块44的D面接触且花键21与上衬套50接触。

正常工作时，花键21逆时针旋转至与下限位块44的D面接触，同上接头10一并旋转。当发生卡钻事故时，周向随钻震击器卡住，停止旋转，此时通过顶驱对周向随钻震击器施加力，花键轴20向上运动，运动至花键21与下限位块44不再接触，同时花键21上端面与上衬套50接触，由于花键轴20存在由上接头传递下来的扭转势能，花键轴20逆时针旋转，使得花键21以一定的速度撞击上限位块43的C面（即图2的状态）。花键21通过与花键套40上限位块43的撞击对钻柱系统提供周向震击力，从而进行解卡。再通过顶驱对周向随钻震击器施加力，花键轴20向下运动，运动至花键21与上限位块43不再接触，同时花键21下端面与下衬套60接触，若花键轴20存在残留的扭转势能，则花键轴逆时针旋转，撞击下限位块44的D面（即回到图3的状态），花键21通过与花键套40下限位块44的撞击再次对钻柱系统提供周向震击力。可根据后续周向扭矩的大小以及是否解卡来决定是否提供周向扭矩重复上述过程。需要说明的是，花键轴20正常工作时处于图2状态也是可以的，实际工作中，根据花键轴20所处位置来定。此处只是以向上运动为例。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.周向随钻震击器，其特征在于：所述的周向随钻震击器包括上接头（10），花键轴（20），扶正套（30），花键套（40），上衬套（50），下衬套（60），短接头（70），下接头（80）与固定活塞（90）；

所述周向随钻震击器两端为可拆卸连接；所述花键轴（20）中部的外表面，沿轴向设置花键（21），所述花键轴（20）与花键（21）对应位置装配花键套（40）；所述花键套（40）内表面的花键槽（42）与花键轴（20）外表面的花键（21）配合；花键轴（20）与花键套（40）间隙配合，花键轴（20）在花键槽（42）限定范围内旋转；所述花键套（40）内表面设置与花键（21）长度相同的限位块，花键（21）与花键轴（20）在限位结构限定的运动轨道（41）间运动；花键（21）与花键槽（42）接触。

2.根据权利要求1所述的周向随钻震击器，其特征在于：所述花键槽（42）与花键（21）配套；所述限位块包括与花键（21）大小相同的上限位块（43）和下限位块（44），且上限位块（43）与下限位块（44）有相位差。

3.根据权利要求1所述的周向随钻震击器，其特征在于：所述可拆卸固定连接为螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的周向随钻震击器，其特征在于：所述限位结构包括位于周向随钻震击器上部的扶正套（30），所述扶正套（30）同时与花键轴（20）和花键套（40）接触；所述扶正套（30）与花键轴（20）间隙配合，所述扶正套（30）与花键套（40）固接。

5.根据权利要求1所述的周向随钻震击器，其特征在于：所述限位结构包括位于周向随钻震击器下部的固定活塞（90），所述固定活塞（90）装配在花键轴（20）外部。

6. 根据权利要求 1 所述的周向随钻震击器，其特征在于：所述花键（21）在上衬套（50）与下衬套（60）之间轴向运动。

7.根据权利要求1所述的周向随钻震击器，其特征在于：所述周向随钻震击器上端设置上接头（10），下端设置下接头（80），上接头（10）和下接头（80）与上下钻具组合连接。

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