CN114622824B - 具有冲击功能的空气钻井钻头 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻井技术领域，具体涉及具有冲击功能的空气钻井钻头，包括：冲击器部分和冲击钻头部分；其中，冲击器部分包括：逆止阀、配气座、气缸、弹簧A、活塞及导向套；冲击钻头部分包括钻头主体、冲击钻杆、弹簧B及冲击座；其技术方案是：空气经上接头空腔推开逆止阀，进入配气座和气缸；气缸外侧与外壳间留有空隙，空气可经气缸径向孔进入活塞与气缸间留有的间隙和导向套的周向孔，实现活塞的轴向运动并撞击下部冲击座；冲击钻杆随活塞不断撞击冲击座产生冲击以实现高效破岩；本发明涉及钻井领域，具有提速增效的效果，能有效地提高井下破岩的效率，可适用于石油天然气钻井及相关领域。

Description

具有冲击功能的空气钻井钻头

技术领域

本发明属涉及钻井领域，具体涉及一种具有冲击功能的空气钻井钻头。

背景技术

空气钻井技术是现如今各国勘探开发油气田资源的关键性技术之一，它可以解决在复杂地层钻进时常规钻井方式无法解决的难题，成为了当今行业内炙手可热的技术。目前空气钻井技术中主要使用空气锤作为井下破岩工具，它是以压缩空气作为动力的一种冲击工具，其工作原理是利用空气增压设备产生的高压空气驱动空气锤内的活塞作高频往复运动，活塞通过撞击钻头尾部而将动能传递到钻头上，钻头冲击岩石，然后再通过钻机转盘旋转驱动，形成对井底地层的脉动破碎另一方面空气锤排出的压缩空气对钻头进行冷却，将破碎后的岩屑通过环空返出井口，减少了岩石重复破碎的机会，从而实现对井底冲击钻进的目的。

空气锤钻井技术具有钻压小、转速低、机械钻速高、防斜能力强、钻头寿命长等技术优势，同时空气作为洗井介质，气源来源广、环保，特别适合在干旱缺水地区推广应用。空气锤技术在钻进硬质、复杂、高陡、易斜地层中取得了良好的经济效益并可搭配不同钻具进行钻进，成为空气钻井的首选。

然而作为空气钻井主要破岩工具的空气锤在现场应用中也存在钻头掉落、钻具失效、不易在潮湿地层钻进、无法处理井下复杂情况、对井控设备要求较高、不能用于深井超深井等不足，这严重影响了空气锤的钻进效率和应用范围。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供具有冲击功能的空气钻井钻头，通过控制冲击特性实现提速增效的效果。

具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于，设有上接头（1）、外壳（2）、逆止阀（3）、弹簧A（6）、碟簧组A（4）、配气座（5）、气缸（8）、活塞（9）、导向套（10）、传动套（11）、卡环A（15）、卡环B（14）、冲击座（11）、冲击钻杆（18）、弹簧B（13）、碟簧组B（16）、钻头主体（17）、密封橡胶圈（7）、下接头（19）；上接头（1）与外壳（2）通过螺纹连接；外壳（2）与下接头（19）、下接头（19）与钻头主体（17）为螺纹连接；配气座（5）开有多个周向孔可使空气由此进入气缸（8）内；气缸（8）的上部与中部开有多个径向孔，空气可由此进入气缸（8）与外壳（2）、活塞（9）间的空隙，可实现活塞（9）的往复运动；冲击座（11）与冲击钻杆（18）通过过盈连接，同时弹簧B（13）套在冲击钻杆（18）外侧与冲击座（11）尾部接触；活塞（9）的中心空气流道与钻头主体所开小孔连通，可起到清理破岩碎屑的作用。

所述冲击钻头部分包括：钻头主体（17）、冲击座（11）、冲击钻杆（18）、弹簧B（13）；当活塞（9）不断撞击冲击座（11）时，会使得与之配合的冲击钻杆（18）实现往复运动并冲击岩石实现破岩。

由于采用上述技术方案，使本发明与现有技术相比具有以下优点:

本发明通过提供具有冲击功能的空气钻井钻头，首次将冲击器部分与冲击钻头部分相结合，钻头在钻进的同时冲击钻杆不断冲击岩石进行破岩;同时提出一种新型可使活塞往复运动的结构，可实现活塞的高频运动；并且其配气效率高，输出性能稳定，提高了施工效率，可用于石油天然气钻井气体钻井中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明具有冲击功能的空气钻井钻头的剖面图。

图2是显示配气座与密封橡胶圈配合关系的局部放大图I。

图3是显示活塞斜向流道以及活塞与传动套、外壳配合关系的剖面图C-C。

图4是冲击钻头的外廓示意图。

图5是冲击钻头的剖面图。

图6是显示冲击钻头内冲击座、冲击钻杆、弹簧B配合关系的局部放大图II。

图7是配气座的外廓示意图。

图8是气缸的外廓示意图。

图9是显示导向套外廓与内部结构的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，仅用于说明本发明的原理，并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下： 1. 上接头；2. 外壳；3. 逆止阀；4. 碟簧组A；5. 配气座；6. 弹簧A；7. 密封橡胶圈；8. 气缸；9. 活塞；10.导向套；11. 传动套；12. 冲击座；13. 弹簧B；14.卡环B；15. 卡环A；16. 碟簧组B；17. 钻头主体；18. 冲击钻杆；19.下接头；A.上气室；B.下气室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见附图1，本发明的工作原理是：空气从上接头（1）的中心孔进入，分两路运行；一路经逆止阀（3）的径向孔和轴向孔，配气座（5）中心孔、活塞（9）中心孔和斜向孔、钻头主体（17）的外侧通孔至井底，冷却钻头和喷吹岩石碎屑；另一路经逆止阀（3）的径向孔和轴向孔，配气座（5）轴向孔，气缸（8）上部径向孔，进入气缸（8）与外壳（2）的空隙，再经气缸（8）尾部径向孔进入下气室B；此时，下气室开始储气，压力开始增加变为高压区，上气室A为低压区，导向套（10）径向孔封闭，活塞（9）在压力差的作用下向上运动，随着活塞（9）的上升，上气室的空间不断被压缩，其压力逐渐增大会减缓活塞（9）的上升速度，同时，随着活塞（9）向上运动，导向套（10）径向孔打开，下气室气体开始排出，进一步减缓活塞（9）上升速度直至活塞（9）到达上死点，此为回程阶段；当活塞（9）到达上死点时，由于导向套（10）径向孔早已打开，下气室空气大量排出，此时上气室为高压区，下气室为低压区，活塞（9）在压差作用下向下移动，随着活塞（9）向下移动，导向套（10）再次封闭，排气结束，下气室压力开始增加，活塞（9）动到最低点并撞击冲击座（12）冲击钻杆下运动，此时气体再给下气室充气，为下一次的回程阶段做准备，如此反复可实现活塞（9）、冲击钻杆（18）的高频运动。

参见附图6，所述冲击钻头包括：冲击座（12）、弹簧B（13）、钻头主体（17）、冲击钻杆（18），其工作原理为：活塞（9）撞击冲击座（12），弹簧B（13）被压缩，与之配合的冲击钻杆（18）向下运动并冲击岩石实现破岩；活塞上移，冲击座（12）在弹簧B（13）的作用下复位，冲击钻杆（18）也随之复位，实现冲击钻杆（18）的冲击破岩。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：包括冲击器和冲击钻头两部分；

所述冲击器部分是由逆止阀（3）、配气座（5）、弹簧A（6）、碟簧组A（4）、气缸（8）、活塞（9）、导向套（10）组成，其上端接上接头（1），逆止阀（3）和弹簧A（6）安装在配气座（5）的中心孔，配气座（5）安装在气缸（8）的上端，所述气缸（8）外表面开有12道槽且每道槽的上部开有一孔，中部开有两孔，导向套（10）装在外壳（2）对应的限位台阶上，气缸（8）安装在导向套上，所述导向套（10）开有12个径向孔和与之相交且开口朝上的轴向孔，活塞（9）安装在气缸（8）内其底部与冲击座（12）接触；

所述冲击钻头部分是由冲击座（12）、弹簧B（13）、冲击钻杆（18）、钻头主体（17）组成，钻头主体（17）安装在传动套（11）、卡环A（15）、卡环B（14）、下接头（19）内，冲击钻杆（18）装在冲击座（12）内，冲击座（12）和冲击钻杆（18）安装在钻头主体（17）的中心孔限位处，通过活塞（9）撞击冲击座（12）实现冲击钻杆（18）的轴向运动。

2.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：所述冲击钻杆（18）与冲击座（12）的安装为过盈配合。

3.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：所述逆止阀（3）与配气座（5）间装有碟簧组A（4）。

4.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：所述逆止阀（3）中间凹槽内装有密封橡胶圈（7），其材料为聚酰亚胺。

5.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：所述弹簧A（6）、弹簧B（13）采用材料为Cr12Mo，拥有高强度、高韧性和良好的耐磨性能。

6.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：卡环A（15）、卡环B（14）与下接头间装有碟簧组B（16）。

7.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：在钻头主体（17）在上表面开有4个相互间隔90度的周向孔。

8.根据权利要求1所述的具有冲击功能的空气钻井钻头，其特征在于：活塞（9）下表面开有四个间隔90度并斜向连通中心孔的孔。