CN115874917A - 逆向冲击液动潜孔锤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钻井机械技术领域,是一种逆向冲击液压潜孔锤,由上接头、外壳和下接头之间刚性连接构成外部结构,外部结构中整体装入由锤体、活塞、套阀和阀座套接在一起构成的阀锤机构。本发明在保持钻具内工作液流自井口流向井底的状态下,其冲击锤则是由井底向井口方向冲击;能够潜入数百甚至数千米深的钻井内,在承受井内较大液柱压力下用钻井液驱动,并将液能转化为冲击能量作用于钻具;主要应用于地质钻探、石油钻井、水井及矿山钻井的井下卡钻或埋钻事故;起拔被卡套管或桩管;闭路反循环冲击回转钻进;提高逆向扩孔钻进效率以及各种需要由井下向井口方向冲击或回转冲击的特殊施工。

Description

逆向冲击液动潜孔锤
技术领域
本发明涉及钻井机械技术领域,尤其是一种主要应用于地质钻探、石油钻井、水井及矿山钻井的逆向冲击液动潜孔锤。
背景技术
现在常用的液动潜孔锤有多种结构及工作原理,但其控制与执行均是由阀锤机构实现的。阀锤机构的冲击活塞都是顺着液流方向冲击(正向冲击)做功,作用是提高坚硬岩石钻进效率;也可用于探矿工程,解除取芯钻探中岩心在取芯管内堵卡。但是钻井施工过程中也会遇到需要逆向冲击(反向冲击)做功的液动潜孔锤,例如处理井下卡钻或埋钻事故,以往都是采用在井口向上打吊锤的方式冲击钻杆柱,击打能量通过钻杆柱从井口传递到井下的事故部位,由于沿途损耗,这种方式传递效率较低。
查询现有技术得知,本申请提出之前尚未有关于逆向冲击(反向冲击)做功的液动潜孔锤的报道。
发明内容
针对上述已有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提出一种逆向冲击液动潜孔锤,本发明提出的逆向冲击液动潜孔锤(简称反打潜孔锤),其安装在距离事故部位较近的钻杆柱上使用,这样,绝大部分冲击能量都能作用在事故部位,更加有利于解除事故。
现有的钻井用液动潜孔锤(正向冲击)技术已经很成熟,通常都是顺着锤体由上向下冲击,也就是自潜孔锤的进液端向排液端冲击;同时,液动潜孔锤在使用时,潜孔锤的进液端与排液端是不能颠倒的,完全能满足反打潜孔锤所需的基本条件,因此,只要能实现钻杆柱内液流自上而下方向不变,而冲击活塞使逆钻杆柱内的液流方向实现反向冲击,就能构成本发明的逆向冲击液动潜孔锤,实现预期的技术效果。要实现锤体逆向冲击,有必要对阀锤结构及与其它零部件之间的连接方式进行改进,将处于正向冲击状态的阀锤机构,改变成逆向冲击状态的阀锤机构。
本发明通过以下技术方案实现:
一种逆向冲击液压潜孔锤,由上接头、外壳和下接头之间刚性连接构成外部结构,外部结构中整体装入由锤体、活塞、套阀和阀座套接在一起构成的阀锤机构,其中锤体下段连接活塞,套阀套接于阀座与活塞之间且互为动密封配合,阀座与下接头刚性连接,喷射器位于活塞与下接头之间;在阀锤机构与上接头之间的封闭空间为上腔;
沿所述阀锤机构中轴线贯穿连接一根与锤体和活塞互为动密封配合的中心管,中心管的进液端与上接头刚性连接,中心管的出液端插入喷射器内腔,靠近中心管的出液端有连通喷射器内腔的径向通液孔;喷射器内腔与活塞内腔连通;运行时,进入上接头的工作液,由径向通液孔进入喷射器,从喷射器内腔向活塞内腔喷射,驱动活塞和锤体周而复始地向上冲击上接头的锤击面,同时排出的液流通过排液通道进入下接头排出。
本发明还通过以下技术方案实现:
一种逆向冲击液压潜孔锤,由上接头、外壳和下接头之间刚性连接构成外部结构,外部结构内腔中整体装入由锤体、分流套、套阀、阀座、活塞、分流座和喷射器套接在一起构成的分流式阀锤机构,其中锤体下部刚性连接活塞,套阀套接于阀座与活塞之间且互为动密封配合,阀座与分流套连接,分流套上端与上接头连接,分流座与下接头之间刚性连接;分流座内设置喷射器,喷射器内腔与活塞内腔连通;
分流套和分流座将从上接头输入至下接头排出的排液通道分隔成两部分:第一部分将从上接头进入的工作液导入位于分流座内的喷射器内腔;第二部分将套阀开启后排出的工作液导入下接头排液口排出;运行时,工作液进入喷射器内腔向活塞内腔喷射,利用上腔和下腔压差的交替转换驱动套阀实现不停地开启和关闭,推动活塞连同锤体周而复始不停地向上冲击上接头的锤击面,与此同时排出的液流通过排液通道进入下接头排出。
本发明还通过以下技术方案实现:
一种逆向冲击液压潜孔锤,由上接头、外壳和下接头之间刚性连接构成外部结构,外部结构内腔中整体装入由套阀、活塞、逆止阀、阀簧、锤簧、锤体和锤簧座套装在一起构成的蓄能式阀锤机构,其中,锤簧座下端与下接头之间刚性连接,锤簧座上端支撑着套装在锤体外表面的锤簧;锤体下段与锤簧座内壁之间为动密封配合;套阀连接在锤体上段且互为动密封配合,套阀内有阀簧套装在锤体外表面;沿锤体中轴线贯穿的通液道放置逆止阀时,阻断通液道从而在逆止阀前方形成活塞内腔,经由上接头进入的工作液蓄积在活塞内腔并经侧向通液孔连通至套阀下腔,在液压作用下推动套阀并压缩阀簧向上接头锤击面移动至紧压锤击面,锤体端面与锤击面结合后关闭排液通道,活塞内腔和套阀下腔的液压继续升高,活塞连同锤体向下接头方向移动,并同时压缩锤簧与阀簧,直至阀簧压缩力增大到推开套阀并打开排液通道,此时锤簧释放能量推动锤体连同套阀向上冲击上接头的锤击面,周而复始不停地逆向冲击。
所述中心管将进入上接头的工作液在密封状态下,直接导入位于下接头上的喷射器内,然后从喷嘴射入活塞内腔。
所述的上接头和下接头分别与外壳上段和下段螺纹连接构成外部结构。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明是一种逆钻杆柱内液流方向冲击的液动潜孔锤(反打潜孔锤),这种潜孔锤的主要用途:(1)处理井下卡钻或埋钻事故;(2)起拔被卡套管或桩管;(3)闭路反循环冲击回转钻进;(4)各种需要由井下向井口方向冲击或回转冲击的特殊施工。
本发明提出的这种反打潜孔锤,在保持钻具内工作液流自井口流向井底的状态下,其冲击锤体则是由井底向井口方向冲击;其外形呈圆筒状,直径与井径匹配,能够潜入数百甚至数千米深的钻井内使用,在承受井内较大液柱压力(背压)下,用钻井液驱动,并将液能转化为冲击能量,有足够大的冲击功作用于钻具,传递效率较高;既能够与残留在井下打捞装置的钻杆柱连接也能从连接的井下打捞装置钻杆柱上拆卸。
附图说明
图1为本发明实施例1结构及原理示意图;
图2为本发明实施例2结构及原理示意图;
图3为本发明实施例3结构及原理示意图;
图中编号说明:1.上接头、2.中心管、3.锤体、4.外壳、5.套阀、6.阀座、7.活塞、8.喷射器、9.下接头、10.分流套、11.分流座、12.阀簧、13.锤簧、14球形逆止阀、15.锤簧座、20.上腔、21.活塞内腔、22.阀程上限、23.阀程下限、24.下腔、25.喷射器内腔、26.套阀下腔、27.通液道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例,而不是全部的实例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付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。
实施例1
一种逆向冲击液压潜孔锤,结构如图1,由上接头1、外壳4和下接头9之间刚性连接构成外部结构,外部结构内的液压潜孔锤内腔中装有由锤体3、活塞7、套阀5和阀座6套接在一起构成的阀锤机构;其中,顺着阀锤机构中轴线贯穿一根互为动密封配合的可以通过工作液流的中心管2,靠近中心管2的出液端有径向通液孔,中心管2的出液端直接插入位于下接头9上的喷射器内腔25,工作液由径向通液孔进入喷射器内腔25;整个阀锤机构连同中心管2套装在由上接头1,外壳4和下接头9连接构成的潜孔锤内腔中,阀座6与下接头9连接。
所述套阀5运行时的阀程上限22和阀程下限23,分别位于阀座6内端面和喷射器8外端面;
工作过程:工作液进入上接头1,经过中心管2及其出液端的径向通液孔进入喷射器8,从喷射器内腔25向活塞内腔21喷射,利用液流动能与压能的交替转换,驱动活塞7和锤体3周而复始不停地向上接头1方向逆向冲击,击打上接头1的锤击面;同时,排出的工作液流,通过锤体3与外部结构之间的上腔20和排液通道进入下接头9排出。本发明的阀锤机构在潜孔锤内腔中呈逆向冲击状态安装,运行时锤体的冲击方向与常规液动潜孔锤完全相反。
实施例2
一种逆向冲击液动潜孔锤,结构如图2,它是由上接头1、锤体3、外壳4、分流套10、套阀5、阀座6、活塞7、分流座11、喷射器8和下接头9构成。其中:锤体3、分流套10、套阀5、阀座6、活塞7、分流座11和喷射器8套接在一起构成分流式阀锤机构;将分流式阀锤机构中锤体3的冲击方向朝向上接头1,并整体套装在由上接头1、外壳4和下接头9连接构成的潜孔锤内腔中。阀座6与分流套10之间有一个可结合或分开的面,它们之间的距离就是阀程。
工作过程:工作液流进入上接头1,经过分流套10及分流座11进入喷射器内腔25,向活塞内腔22喷射,利用上腔20和下腔24压差方向的交替转换驱动阀锤分流机构中的套阀5实现不停地开启和关闭排液阀门,推动活塞7连同锤体3周而复始不停地向上接头1方向冲击(逆向冲击),与此同时从排液阀门排出的液流通过分流套10与分流座11上的排液通道进入下接头9排出。
实施例3
一种逆向冲击液动潜孔锤,结构如图3,它是由上接头1、套阀5、活塞7、逆止阀14、阀簧12、锤簧13、锤体3、外壳4、锤簧座15和下接头9构成。其中:套阀5、活塞7、逆止阀14、阀簧12、锤簧13、锤体3和锤簧座15套装在一起构成蓄能式阀锤机构,组装时将锤簧座15会压缩锤簧13,迫使锤体3的锤击端面紧压住上接头1的锤击面阻断排液通道,锤体3的冲击方向朝向上接头1,然后整体装入由上接头1、外壳4和下接头9连接构成的外部结构中;球形逆止阀14放入前工作液不通过套阀5直接从锤体3内的通液道27排出;起动前必须先投入球形逆止阀14。运行过程:先投入逆止阀14关闭锤体3内的通液道27,经由上接头1进入的工作液蓄积在球形逆止阀14前方的活塞内腔21和套阀下腔26,推动套阀5压缩阀簧12向上接头1锤击面移动,关闭排液通道,液压继续升高,活塞7连同锤体3向下接头9方向移动,并同时压缩锤簧13和阀簧12,直至阀簧12压缩力增大到推开套阀5,打开排液通道,此时锤簧13释放能量推动锤体3连同套阀5向上接头1冲击,套阀5又紧压锤击面。锤体端面与锤击面结合后,进入活塞的内腔21的工作液会将套阀5推向锤击面,阻断排液通道,迫使锤体3回程,进入下一个工作循环,周而复始不停地逆向冲击。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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 (5)

1.一种逆向冲击液压潜孔锤,其特征在于:由上接头(1)、外壳(4)和下接头(9)之间刚性连接构成外部结构,外部结构中整体装入由锤体(3)、活塞(7)、套阀(5)和阀座(6)套接在一起构成的阀锤机构,其中锤体(3)下段连接活塞(7),套阀(5)套接于阀座(6)与活塞(7)之间且互为动密封配合,阀座(6)与下接头(9)刚性连接,喷射器(8)位于活塞(7)与下接头(9)之间;在阀锤机构与上接头(1)之间的封闭空间为上腔(20);
沿所述阀锤机构中轴线贯穿连接一根与锤体(3)和活塞(7)互为动密封配合的中心管(2),中心管(2)的进液端与上接头(1)刚性连接,中心管(2)的出液端插入喷射器内腔(25),靠近中心管(2)的出液端有连通喷射器内腔(25)的径向通液孔;喷射器内腔(25)与活塞内腔(21)连通;运行时,进入上接头(1)的工作液,由径向通液孔进入喷射器(8),从喷射器内腔(25)向活塞内腔(21)喷射,驱动活塞(7)和锤体(3)周而复始地向上冲击上接头(1)的锤击面,同时排出的液流通过排液通道进入下接头(9)排出。
2.一种逆向冲击液压潜孔锤,其特征在于:由上接头(1)、外壳(4)和下接头(9)之间刚性连接构成外部结构,外部结构内腔中整体装入由锤体(3)、分流套(10)、套阀(5)、阀座(6)、活塞(7)、分流座(11)和喷射器(8)套接在一起构成的分流式阀锤机构,其中锤体(3)下部刚性连接活塞(7),套阀(5)套接于阀座(6)与活塞(7)之间且互为动密封配合,阀座(6)与分流套(10)连接,分流套(10)上端与上接头(1)连接,分流座(11)与下接头(9)之间刚性连接;分流座(11)内设置喷射器(8),喷射器内腔(25)与活塞内腔(21)连通;
分流套(10)和分流座(11)将从上接头(1)输入至下接头(9)排出的排液通道分隔成两部分:第一部分将从上接头(1)进入的工作液导入位于分流座(11)内的喷射器内腔(25);第二部分将套阀(5)开启后排出的工作液导入下接头(9)排液口排出;运行时,工作液进入喷射器内腔(25)向活塞内腔(22)喷射,利用上腔(20)和下腔(24)压差的交替转换驱动套阀(5)实现不停地开启和关闭,推动活塞(7)连同锤体(3)周而复始不停地向上冲击上接头(1)的锤击面,与此同时排出的液流通过排液通道进入下接头(9)排出。
3.一种逆向冲击液压潜孔锤,其特征在于:由上接头(1)、外壳(4)和下接头(9)之间刚性连接构成外部结构,外部结构内腔中整体装入由套阀(5)、活塞(7)、逆止阀(14)、阀簧(12)、锤簧(13)、锤体(3)和锤簧座(15)套装在一起构成的蓄能式阀锤机构,其中,锤簧座(15)下端与下接头(9)之间刚性连接,锤簧座(15)上端支撑着套装在锤体(3)外表面的锤簧(13);锤体(3)下段与锤簧座(15)内壁之间为动密封配合;套阀(5)连接在锤体(3)上段且互为动密封配合,套阀(5)内有阀簧(12)套装在锤体(3)外表面;沿锤体(3)中轴线贯穿的通液道(27)放置逆止阀(14)时,阻断通液道(27)从而在逆止阀(14)前方形成活塞内腔(21),经由上接头(1)进入的工作液蓄积在活塞内腔(21)并经侧向通液孔连通至套阀下腔(26),在液压作用下推动套阀(5)并压缩阀簧(12)向上接头(1)锤击面移动至紧压锤击面,锤体端面与锤击面结合后关闭排液通道,活塞内腔(21)和套阀下腔(26)的液压继续升高,活塞(7)连同锤体(3)向下接头(9)方向移动,并同时压缩锤簧(13)与阀簧(12),直至阀簧(12)压缩力增大到推开套阀(5)并打开排液通道,此时锤簧(13)释放能量推动锤体(3)连同套阀(5)向上冲击上接头(1)的锤击面,周而复始不停地逆向冲击。
4.根据权利要求1所述的逆向冲击液压潜孔锤,其特征在于:中心管(2)将进入上接头(1)的工作液在密封状态下,直接导入位于下接头(9)上的喷射器(8)内,然后从喷嘴射入活塞内腔(21)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的逆向冲击液压潜孔锤,其特征在于:上接头(1)和下接头(9)分别与外壳(4)上段和下段螺纹连接构成外部结构。
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