CN114562227A - 一种锤击式井下冲击震源工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锤击式井下冲击震源工具，包括上接头（1），所述上接头（1）的下端依次套设有连接体（2）和下筒体（9），所述下筒体（9）内设置有弹簧（3）和冲击块（5），所述冲击块（5）位于弹簧（3）的下侧，所述弹簧（3）套设于上接头（1）上；上接头（1）下侧端固定有弹性连接件（4），所述弹性连接件（4）与冲击块（5）活动连接；下筒体（9）内还设置有减振组件。弹性连接件（4）通过螺纹连接于上接头（1）的下侧端面上，所述弹簧（3）套设于弹性连接件（4）上；弹簧（3）的上侧端与连接体（2）相适应，所述弹簧（3）的下侧端与冲击块（5）相适应。本发明具有降低二次冲击振动波对地层反射波信号的干扰的优点。

Description

一种锤击式井下冲击震源工具

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井装备技术领域，尤其涉及一种锤击式井下冲击震源工具。

背景技术

在气体钻井过程中提前预测到钻头前方的风险地层，以及钻头到待钻风险地层的距离，可以显著提高气体钻井的安全性，降低钻井成本，但现有的震源工具不能实现气体钻井超前探测的功能。

专利号：CN201010617044.0，公开了一种机械式井下吸振冲击钻井工具，包括花键心轴、花键筒、减振复位弹簧外筒、冲击总成外筒，花键心轴顶端连接有上部配合接头，花键筒与减振复位弹簧外筒、冲击总成外筒联成一体，花键心轴位于花键筒、减振复位弹簧外筒和冲击总成外筒内部，花键心轴下端连接分流结构，花键心轴通过分流结构连接柱塞，柱塞的下端位于冲击筒内部，冲击筒的下部位于承击结构内部，承击结构下端连接下部配合接头，冲击总成外筒下端设有限位结构。该发明将钻柱减振与钻头高频、低冲击功冲击相结合，将容易引起钻柱疲劳破坏的纵向振动转化为减振复位弹簧的内能及有利于提高钻速的冲击功，实现旋转冲击钻井，提高破岩效率。但该工具可将钻柱纵向振动产生的能量转化为工具内部蓄能弹簧的内能，但由于气体钻井采用的环空介质为气体，其压缩性较大，冲击结构蓄能效果较差。

专利号：CN201210266760.8，公开了一种油气钻井井下重复起震装置及起震方法，其特征在于：它包括一中部具有台肩的外筒，外筒内插设有上接头，上接头连接外筒的上口；上接头的中部与外筒之间套设有一连接冲击锤的弹簧，冲击锤与外筒之间滑动夹设有套筒；套筒的上部均布有三个卡设有弧形卡的结构槽，在结构槽下方套设有止推环；止推环下方的外筒内壁设置有一限位环；套筒内径的中部具有一圈铁砧，铁砧的垂向设置有若干连通孔，套筒下半段的内径滑动地套设有操作套筒，操作套筒连接在上接头的末端；操作套筒的上口外缘设置有一圈凸台；套筒下半段的外径设置有套接内花键接头的外花键，外筒的下口固定连接内花键接头；外花键末端连接下接头。它可以广泛用于油气钻探井下重复起震需要信号的作业之中。但该装置的锁紧构件强度不够，受力易变形，可靠性较差，且震击力大小不便于调节，抗拉强度不足。

专利号：CN201910003744.1，公开了一种井下震源，包括上筒体和中筒体，以及设于所述上筒体和所述中筒体之间的摩擦卡瓦，还包括与所述摩擦卡瓦对应设置的卡瓦心轴，以及套设于所述卡瓦心轴上的调节环，所述调节环与所述卡瓦心轴螺纹连接以沿所述卡瓦心轴的轴向方向移动，从而调节所述摩擦卡瓦的预紧力。该发明所述的井下震源，通过调节环的设置，可通过拨转调节环的位置来调节对摩擦卡瓦的预紧力，以实现调节锁紧机构锁紧力的大小，从而可以调节振动信号的强弱，可以为井眼防碰监测及随钻地震技术提供标准的振动信号，用于预测钻头前方地层特性及帮助识别井下情况。该震源装置主要包括卡瓦锁紧机构、液压锚定机构和冲击机构等组成，能克服机械式井下震源的不足，但井下环境比较复杂，锚定装置可能会影响井壁稳定，引发井下事故。

专利号：CN201911168312.2，公开了一种随钻井下震源短节，包括上筒体（1）、中筒体（2）、下筒体（3）和内套筒（4），所述上筒体（1）与中筒体（2）通过花键接头连接，中筒体（2）与下筒体（3）通过锥螺纹连接，中筒体（2）底部设置有多个弹簧（5），下筒体（3）内设置有外套筒（6）、滑块（7）和高性能磁钢（8），高性能磁钢（8）设置于外套筒（6）下方，所述弹簧（5）位于外套筒（6）内，内套筒（4）通过传动螺纹（11）与滑块（7）连接，滑块（7）下滑冲击高性能磁钢（8）产生振动波，高性能磁钢（8）吸附住滑块（7）防止二次冲击，上筒体（1）可以通过花键接头向中筒体（2）传递扭矩。该震源短节采用倒扣的方式连接，当逆时针旋转倒扣时，易引发钻柱倒扣，增加了钻柱落井的风险，其次，停止气体循环，操作时间久易引发卡钻风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锤击式井下冲击震源工具，该工具可激发出稳定、高能量的低频振动波信号，且振动波的尾波被显著衰减，避免地层反射波信号与振动波尾波重叠的情况。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种锤击式井下冲击震源工具，包括上接头，所述上接头的下端依次套设有连接体和下筒体，所述下筒体内设置有弹簧和冲击块，所述冲击块位于弹簧的下侧，所述弹簧套设于上接头上；

所述上接头下侧端固定有弹性连接件，所述弹性连接件与冲击块活动连接；所述下筒体内还设置有减振组件。

进一步的，所述弹性连接件通过螺纹连接于上接头的下侧端面上，所述弹簧套设于弹性连接件上；所述弹簧的上侧端与连接体相适应，所述弹簧的下侧端与冲击块相适应。

进一步的，所述弹性连接件包括设置于上接头的下侧端面的弹簧钢，所述弹簧钢的外侧套设有弹片，所述弹片的下侧端具有向外凸出的弹片肩，所述冲击块上侧端面开设有连接槽，所述弹片肩与连接槽相适应。

进一步的，所述减振组件包括设置于下筒体内的金属圆盘和吸振圆筒，所述金属圆盘位于吸振圆筒的下侧端，所述冲击块下侧端面与金属圆盘上端面相适应，所述吸振圆筒位于冲击块与下筒体之间。

进一步的，所述吸振圆筒是由钴基合金和聚四氟乙烯组成的。

更进一步的，金属圆盘是由钨钢和聚四氟乙烯组成的。

更进一步的，所述下筒体内还设置有聚四氟乙烯块，所述聚四氟乙烯块位于金属圆盘的下侧，所述聚四氟乙烯块与金属圆盘之间通过螺栓或销钉固定。

本发明的有益效果：

1.本发明提出的一种锤击式井下冲击震源工具结构简单，操作方便，可适用于气体钻井的井下工况；

2.该震源工具依靠弹簧推动冲击块撞击吸振圆盘，可适用于直井和水平井，提高冲击块的冲击高度，可提高首波的加速度幅值，降低二次冲击振动波对地层反射波信号的干扰；

3.该震源工具使用聚四氟乙烯材料可以显著压制振动波的尾波信号，产生一个稳定的雷克子波信号，有利于识别出钻头前方岩性界面的反射波信号；

4.上接头、连接体与下筒体通过花键接头连接，方便传动机构的上提，同时可以满足传动机构向下筒体传递扭矩；

5.该震源工具不仅适用于牙轮钻头，也适用于PDC钻头，使用范围广；

6.该震源工具也可用于井下防碰监测。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为弹簧压缩时，本发明的工作状态示意图；

图3 为弹性连接件与冲击块分离后，本发明的工作状态示意图；

图4 为本发明图1中的A-A处剖视图；

图5 为本发明图1中的B-B处剖视图；

图6 为弹性连接件与冲击块连接时的结构示意图。

图中，1-上接头、2-连接体、3-弹簧、4-弹片连接件、5-冲击块、6-聚四氟乙烯块、7-金属圆盘、8-吸振圆筒、9-下筒体、401-弹片肩、402-弹簧钢。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

本实施例中，如图1所示，一种锤击式井下冲击震源工具，包括上接头1，所述上接头1的下端依次套设有连接体2和下筒体9，所述下筒体9内设置有弹簧3和冲击块5，所述冲击块5位于弹簧3的下侧，所述弹簧3套设于上接头1上；

所述上接头1下侧端固定有弹性连接件4，所述弹性连接件4与冲击块5活动连接；所述下筒体9内还设置有减振组件。

本实施例中，所述上接头1与连接体2构成传动机构，所述上接头1包括锥形螺纹、外花键接头和螺杆，所述锥形螺纹与外部钻具组合紧密连接，外花键接头与连接体2的内花键相连接，为钻具的钻柱提供扭矩，所述螺杆与弹片连接件4通过螺纹连接，用于带动冲击块5上行；所述弹片连接件4与上接头1之间采用螺纹连接；所述连接体2用于连接上接头1和下筒体9，为钻柱提供钻压和扭矩，连接体2包括内花键接头和锥形螺纹，所述连接体2的内花键接头与上接头1的外花键接头相连接，正常钻进时可为下部钻具组合传递扭矩，连接体2与下筒体9之间采用锥形螺纹相连接。所述外花键采用渐开线花键，渐开线花键具有强度高，定心精度高的优点，适用于载荷较大以及尺寸较大的联接。

本实施例中，所述冲击块5为圆环结构，其内孔设置有传动螺纹，所述传动机构下端设置有与冲击块内孔相配合的传动螺纹；所述传动机构通过传动螺纹与冲击块5连接，上提钻柱传动机构带动冲击块5一起上行，冲击块5开始压缩弹簧3，当弹簧3被压缩到一定程度时，冲击块5在重力和弹力的作用下冲击冲击组件。所述连接体2下端面凸起，凸起的侧面设置有锥形螺纹，内孔为台阶孔，锥形螺纹与内孔之间的端面上固定有多个弹簧3，所述弹簧3的轴线与连接体2的轴线向平行。

本实施例进一步设置为：所述弹性连接件4通过螺纹连接于上接头1的下侧端面上，所述弹簧3套设于弹性连接件4上；所述弹簧3的上侧端与连接体2相适应，所述弹簧3的下侧端与冲击块5相适应。

本实施例进一步设置为：所述弹性连接件4包括设置于上接头1的下侧端面的弹簧钢402，所述弹簧钢402的外侧套设有弹片，所述弹片的下侧端具有向外凸出的弹片肩401，所述冲击块5上侧端面开设有连接槽，所述弹片肩401与连接槽相适应。

本实施例中，所述弹片上端具有向外翻折的法兰边，所述上接头1的外壁开设有台阶槽，所述法兰边与台阶槽相卡接；所述弹片肩401的凸起部的截面呈三角形，所述冲击块5上的连接槽的截面呈凸字形结构，其内侧上端为弧形面，所述弹片肩401的外侧端与弧形面相适应。

本实施例中，弹片肩401被固定在弹片连接件中的弹簧钢402上，用于连接和分离冲击块5；弹片连接件4内部设有轴向凹槽，外部与弹片肩401也用凹槽相连接。

本实施例进一步设置为：所述减振组件包括设置于下筒体9内的金属圆盘7和吸振圆筒8，所述金属圆盘7位于吸振圆筒8的下侧端，所述冲击块5下侧端面与金属圆盘7上端面相适应，所述吸振圆筒8位于冲击块5与下筒体9之间。

本实施例中，弹簧3被压缩到一定程度时，冲击块5在重力和弹力的作用下冲击金属圆盘7，所述下筒体9的内壁安装吸振圆筒8，可以更好地衰减壁面的振动，降低钻铤波信号；为了防止冲击块5撞击后，吸振圆盘8跳起，采用螺栓将金属圆盘7和吸振圆筒8固定在下筒体9本体上，在螺栓与螺母的连接处使用橡胶垫片，防止金属圆盘7的振动传递到钻柱上。

本实施例进一步设置为：所述吸振圆筒8是由钴基合金和聚四氟乙烯组成的。

本实施例中，钴基合金是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金，聚四氟乙烯可显著衰减金属的自由振动，实现降低钻铤振动波的目的。

本实施例进一步设置为：金属圆盘7是由钨钢和聚四氟乙烯组成的。

本实施例中，钨钢为CD-KR466钨钢，CD-KR466钨钢具备耐冲击、耐腐蚀和耐高温等性能。

本实施例进一步设置为：所述下筒体9内还设置有聚四氟乙烯块6，所述聚四氟乙烯块6位于金属圆盘7的下侧，所述聚四氟乙烯块6与金属圆盘7之间通过螺栓或销钉固定。

本实施例中，所述聚四氟乙烯块6的内孔为台阶孔，金属圆盘7下端的端面抵靠于聚四氟乙烯块6台阶孔台阶处的端面上，所述下筒体9套设于聚四氟乙烯块6上，下筒体9的内孔为台阶孔，聚四氟乙烯块6下端的端面抵靠于下筒体9台阶孔台阶处的端面上；所述吸振圆筒8安装在下筒体9的内壁，吸振圆筒8上端的端面抵靠于锥形螺纹4与内孔之间的端面上，吸振圆筒8下端的端面抵靠于金属圆盘7的上端面，所述连接体下端的弹簧3位于吸振圆筒8内侧。

本实施例中，所述上接头1、冲击块5、聚四氟乙烯块6、金属圆盘7、下筒体9与弹簧钢402，的中部连通有流道，使得保持气体的循环流通。

本发明工作过程如下：

正常钻进时，上接头1的花键与连接体2的花键相连接，冲击震源工具处于关闭状态，如图1所示；冲击震源工具可为钻柱传递钻压和扭矩，保持气体的循环流通；

起钻时，上接头1和连接体2带动下部钻具组合一起上行，更换钻头；当钻到需要超前探测的层段时，停止钻进，保持气体循环流通；上提传动机构带动冲击块5一起上行，并压缩弹簧3，如图2所示；

当弹簧3被压缩到一定距离时，冲击块5在重力和弹力的作用下脱离弹片肩401，向下冲击吸振圆盘10，产生标志性的振动波信号，实现超前探测的目的，如图3所示；下筒体9内的吸振圆筒9和吸振圆盘10，用于衰减钻铤振动波信号，提高地层反射波的识别能力；

当冲击震源工具完成一次冲击后，下放传动机构下行，弹片连接件4的弹片肩401与冲击块5的凹槽相连接，冲击震源工具处于关闭状态；根据超前探测的需要，需要井下冲击震源产生振动波信号时，重复上提、下放传动机构的操作即可。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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。

Claims (7)

1.一种锤击式井下冲击震源工具，包括上接头（1），所述上接头（1）的下端依次套设有连接体（2）和下筒体（9），所述下筒体（9）内设置有弹簧（3）和冲击块（5），所述冲击块（5）位于弹簧（3）的下侧，所述弹簧（3）套设于上接头（1）上，其特征在于：

所述上接头（1）下侧端固定有弹性连接件（4），所述弹性连接件（4）与冲击块（5）活动连接；所述下筒体（9）内还设置有减振组件。

2.根据权利要求1所述的一种锤击式井下冲击震源工具，其特征在于：所述弹性连接件（4）通过螺纹连接于上接头（1）的下侧端面上，所述弹簧（3）套设于弹性连接件（4）上；所述弹簧（3）的上侧端与连接体（2）相适应，所述弹簧（3）的下侧端与冲击块（5）相适应。

3.根据权利要求1所述的一种锤击式井下冲击震源工具，其特征在于：所述弹性连接件（4）包括设置于上接头（1）的下侧端面的弹簧钢（402），所述弹簧钢（402）的外侧套设有弹片，所述弹片的下侧端具有向外凸出的弹片肩（401），所述冲击块（5）上侧端面开设有连接槽，所述弹片肩（401）与连接槽相适应。

4.根据权利要求1所述的一种锤击式井下冲击震源工具，其特征在于：所述减振组件包括设置于下筒体（9）内的金属圆盘（7）和吸振圆筒（8），所述金属圆盘（7）位于吸振圆筒（8）的下侧端，所述冲击块（5）下侧端面与金属圆盘（7）上端面相适应，所述吸振圆筒（8）位于冲击块（5）与下筒体（9）之间。

5.根据权利要求4所述的一种锤击式井下冲击震源工具，其特征在于：所述吸振圆筒（8）是由钴基合金和聚四氟乙烯组成的。

6.根据权利要求4所述的一种锤击式井下冲击震源工具，其特征在于：金属圆盘（7）是由钨钢和聚四氟乙烯组成的。

7.根据权利要求4所述的一种锤击式井下冲击震源工具，其特征在于：所述下筒体（9）内还设置有聚四氟乙烯块（6），所述聚四氟乙烯块（6）位于金属圆盘（7）的下侧，所述聚四氟乙烯块（6）与金属圆盘（7）之间通过螺栓或销钉固定。

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