CN1891973A

CN1891973A - 带机械锁紧机构的液压式随钻震击器

Info

Publication number: CN1891973A
Application number: CN 200510080243
Authority: CN
Inventors: 黄衍福; 邹连阳; 张国田
Original assignee: China National Petroleum Corp; Beijing Petroleum Machinery Factory
Current assignee: China National Petroleum Corp; Beijing Petroleum Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-01-10

Abstract

一种用于石油及天然气钻井的井下震击解卡的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，包括卡瓦17、卡瓦套18、弹性机构总成20等，卡瓦心轴10与花键心轴1连接，在卡瓦心轴10与中筒体21之间分别装有上击调节螺母14、弹性机构总成20、卡瓦17、卡瓦套18、下击调节螺母23，卡瓦心轴10、延长心轴25、阀体心轴26依次连接，具有防误震、在钻柱中连接位置自由等特点，适用于包括欠平衡钻井、定向井等复杂井，增加机械式锁紧机构，设定其上击解锁力大于一般钻井操作的钻柱拉力，不管是钻进、起下钻，还是接单根、触井底，使其液压阻尼机构始终不工作，从根本上避免了液压震击器在使用过程中的误震问题。

Description

带机械锁紧机构的液压式随钻震击器

技术领域

本发明属于石油及天然气钻井井下工具，是一种连接在钻柱组合中的井下震击解卡的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，适用于包括欠平衡空气钻井、定向井等复杂工况井在内的各种钻井作业。

背景技术

在钻井作业中，由于地质构造复杂、技术措施不当等原因，常常发生卡钻的事故。卡钻对钻井工作影响很大，危害也很深。随钻震击器是解除卡钻和预防更大事故的有效工具之一，当钻具遇卡时，借助随钻震击器给卡点处施以向上或向下强烈地震击，使卡点松动，从而达到迅速解卡的目的。

随钻震击器产品的核心是锁紧机构(或称释放机构)。按锁紧机构工作原理的不同，可以分为液压式随钻震击器、机械式随钻震击器和液压机械组合式随钻震击器。

液压式随钻震击器释放机构是这样的：当钻柱的拉力作用于震击器时，心轴带动活塞移动，由于液体不可压缩，使活塞移动受阻，液缸内的液体在压力作用下通过活塞的限流槽流出，在此过程中，活塞在拉力的作用下缓慢移动。当拉力足够大，或者拉力保持的时间足够长时，活塞移动到释放位置，此时液缸的高压腔与低压腔突然连通，活塞移动的阻力突然急剧减小，心轴被释放，震击机构产生震击。从以上工作原理可以看出，液压式随钻震击器的震击吨位可以靠司钻控制提拉力自由调节，使用操作灵活。但其存在如下不足：(1)由于其即使受很小的拉力也会产生震击，所以在钻进、起下钻、接单根或触井底时常发生误震。(2)由于密封件及密封面易磨损，随钻时不能使其受压，所以液压式随钻震击器在钻柱中的位置局限性比较大，只能处于钻柱的受拉部位。

目前，国外生产随钻震击器的厂家主要有Bowen、Haliburton、Dailey、Cougar等公司，国内生产厂家主要是贵州高峰机械厂和北京石油机械厂。针对液压式随钻震击器在使用中存在的以上问题，国内外各厂家从不同角度对其进行了局部的改进，但基本上都没有防误震装置，不能满足复杂井况的使用要求。近年来的实践表明，随着我国钻井技术的发展，国内及国外承包的超深井、水平井、多分支井、欠平衡井等复杂井数量与日俱增，鉴于随钻震击器在预防和处理卡钻事故方面的特殊作用，以上复杂井原则上都应该设计安装随钻震击器。但由于地层复杂，国内常规产品可靠性较差，国外产品价格奇高，钻井成本一直居高不下，极大地限制了随钻震击器的应用，国内钻井界迫切希望解决产品的可靠性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有防误震、在钻柱中连接位置自由等诸多优点的、适用于包括欠平衡钻井、定向井等复杂井在内的各种钻井工艺的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器。

本发明是这样实现的：包括花键心轴1、刮泥圈2、扶正体3、上密封组件4、油堵总成5、花键筒体6、上筒体7、背母8、锁紧环9、卡瓦心轴10、限位孔螺钉11、限位块12、调节孔螺钉13、上击调节螺母14、调整套15、隔套16、卡瓦17、卡瓦套18、隔套19、弹性机构总成20、中筒体21、衬套22、下击调节螺母23、连接体24、延长心轴25、阀体心轴26、下筒体27、阀体总成28、下密封组件29、活塞30、下接头31，花键心轴1与扶正体3连接，花键心轴1与扶正体3之间装有刮泥圈2，花键筒体6内装有花键心轴1，在花键筒体6与花键心轴1之间设有上密封组件4、油堵总成5，花键筒体6与上筒体7连接，花键心轴1与上筒体7之间设有背母8、锁紧环9，其特征在于：卡瓦心轴10与花键心轴1连接，在卡瓦心轴10与中筒体21之间分别装有上击调节螺母14、弹性机构总成20、卡瓦17、卡瓦套18、下击调节螺母23，上筒体7与中筒体21通过限位孔螺钉11、限位块12、调节孔螺钉13连接，卡瓦心轴10、延长心轴25、阀体心轴26依次连接，延长心轴25与下筒体27之间装有连接体24，阀体心轴26与下筒体27之间分别设有阀体总成28、下密封组件29、活塞30，下筒体27与下接头31连接。

本发明还采用如下技术方案：

卡瓦心轴10外圆具有梯形的外棱带，卡瓦套18的内孔具有梯形的内棱带。

卡瓦17是一个内孔和外圆均带有与卡瓦心轴10、卡瓦套18相匹配的梯形棱带的弹性套。

三个串联的筒弹簧构成弹性机构总成20。

上筒体7、中筒体21、下筒体27依次连接。

本发明为一种连接在钻柱组合中的井下解卡工具，是一种具有防误震、在钻柱中连接位置自由等诸多优点的、适用于包括欠平衡钻井、定向井等复杂井在内的各种钻井工艺的随钻震击器，其特点是：工作原理采用带机械锁紧机构的液压式结构，克服了常规液压震击器易产生“误震”的问题；在钻柱中的安装位置相对比较自由，可以置于受拉、中和点、受压的大部分位置，大大扩展了液压式随钻震击器的使用范围。增加机械式锁紧机构，设定其上击解锁力大于一般钻井操作的钻柱拉力，不管是钻进、起下钻，还是接单根、触井底，使其液压阻尼机构始终不工作，从根本上避免了液压震击器在使用过程中的误震问题。

附图说明

图1为本发明上半部分结构示意图；

图2为本发明下半部分结构示意图；

图3(a)为机械锁紧机构原理图；

图3(b)为机械锁紧机构原理局部放大图；

图3(c)为机械锁紧机构原理局部放大图；

图4为向下轴向锁紧及下击工作原理结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，锁紧机构设计成行程控制的卡瓦式结构，它主要由卡瓦心轴10、卡瓦17、卡瓦套18、弹性机构总成20以及上击调节螺母14组成，卡瓦心轴10外圆具有梯形的外棱带，卡瓦套18的内孔具有梯形的内棱带，卡瓦17是一个内孔和外圆均带有与卡瓦心轴10、卡瓦套18相匹配的梯形棱带的弹性套，三个串联的筒弹簧构成弹性机构总成20，上击调节螺母14可随意调节设定其上击解锁力。随钻震击器出厂和正常钻井作业时，卡瓦机构锁紧，处于复位状态，卡瓦17的内棱带嵌入卡瓦心轴10的沟槽内，此时卡瓦17“抱紧”卡瓦心轴10(图3(a))。由于卡瓦17被其上端的弹性套限位不能移动，从而使卡瓦心轴不能向上轴向移动，即液压阻尼机构始终不工作，完全避免了误震。需震击作业时，上提钻柱，弹性机构受力变形，卡瓦与卡瓦套之间产生相对位移(图3(b))，同时上部钻柱被拉伸产生弹性变形。当钻柱对随钻震击器施加的拉力达到其预先设定的上击解锁力时，弹性机构总成20产生一定的压缩量，卡瓦17外棱带与卡瓦套18内棱带错开，进入卡瓦套18内棱带的沟槽内，卡瓦17突然张开，卡瓦心轴10在钻柱拉力的作用下从卡瓦17中拉出(图3(c))。此时，液压阻尼机构开始工作，进入液压延时阶段，司钻可根据需要增减大钩提拉力，进而动态调节震击吨位。一旦液压延时结束，被拉伸的钻柱突然收缩，钻柱储存的能量瞬时释放，产生强大的震击力和冲击能量，使卡点松动，起到解卡的作用。现场用调节扳手拨动上击调节螺母14，使之产生轴向位移，从而改变卡瓦17和卡瓦套18棱带之间的相对位置，即可简便地达到调节上击解锁力的目的。

在如上所述的锁紧机构下部增加一组弹性机构总成20(图4)。随钻震击器正常钻井作业时，卡瓦机构锁紧，卡瓦17的内棱带嵌入卡瓦心轴10的沟槽内，卡瓦17“抱紧”卡瓦心轴10。下放钻柱，当钻柱压力小于一定值时，由于卡瓦17被其下端的弹性套限位不能移动，从而使卡瓦心轴10不能向下轴向移动，即密封件及密封面不存在磨损条件。加上上段所述的心轴也不能向上轴向移动，因此，在钻柱中的安装位置相对比较自由，可以置于受拉、中和点、受压的大部分位置，大大扩展了液压式随钻震击器的使用范围，防止了工具的非正常磨损，是定向井和水平井中的理想工具。

本发明适用于欠平衡井、定向井等各种复杂井钻井工艺，包括由阀体心轴26、下筒体27、阀体总成28、活塞30和下接头31组成的液压延迟机构；由卡瓦心轴10、上击调节螺母14、调整套15、卡瓦17、卡瓦套18、隔套19、弹性机构总成20、衬套22及下击调节螺母23组成的机械式上下锁紧机构；由上筒体7、背母8和卡瓦心轴10的台阶面组成的上下打击机构；由刮泥圈2、上密封组件4和下密封组件29组成的上下密封机构；由花键心轴1、花键筒体6、扶正体3、花键筒体6、上筒体7、中筒体21、连接体24、下筒体27和下接头31组成的扭矩传递机构；由花键心轴1和下接头31的两端连接螺纹组成的上下连接机构。另外，油堵总成5实现内外部介质密封，锁紧环9配合背母8作为主要防掉机构，限位孔螺钉11、限位块12和调节孔螺钉13作为释放力调节机构，隔套16和延长心轴25主要起工艺性连接作用。

它的机械锁紧机构主要由卡瓦心轴10、上击调节螺母14、调整套15、卡瓦17、卡瓦套18、定位套19、弹性机构总成20、衬套22及下击调节螺母23组成，卡瓦心轴10的外圆具有梯形的外棱带，卡瓦套18的内孔具有梯形的内棱带，卡瓦17是一个其内孔和外圆均带有与卡瓦心轴10、卡瓦套18相匹配的梯形棱带的弹性套，三个串联的筒弹簧构成弹性机构总成20。通过上击调节螺母14、卡瓦17、卡瓦套18、弹性机构总成20和下击调节螺母23配合，来实现控制卡瓦心轴轴向移动的目的，进而可避免误震及非正常磨损，使其在钻柱中的安装位置相对比较自由，可以置于受拉、中和点、受压的大部分位置，并实现上下击一体的功能。在上击调节螺母14和下击调节螺母23的圆周上分别有若干个调节槽，每调节一个槽，上击解锁力或下击释放力将相应增加或减少一定吨位。

Claims

1、带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，包括花键心轴(1)、刮泥圈(2)、扶正体(3)、上密封组件(4)、油堵总成(5)、花键筒体(6)、上筒体(7)、背母(8)、锁紧环(9)、卡瓦心轴(10)、限位孔螺钉(11)、限位块(12)、调节孔螺钉(13)、上击调节螺母(14)、调整套(15)、隔套(16)、卡瓦(17)、卡瓦套(18)、隔套(19)、弹性机构总成(20)、中筒体(21)、衬套(22)、下击调节螺母(23)、连接体(24)、延长心轴(25)、阀体心轴(26)、下筒体(27)、阀体总成(28)、下密封组件(29)、活塞(30)、下接头(31)，花键心轴(1)与扶正体(3连接，花键心轴(1)与扶正体(3)之间装有刮泥圈(2)，花键筒体(6)内装有花键心轴(1)，在花键筒体(6)与花键心轴(1)之间设有上密封组件(4)、油堵总成(5)，花键筒体(6)与上筒体(7)连接，花键心轴(1)与上筒体(7)之间设有背母(8)、锁紧环(9)，其特征在于：卡瓦心轴(10)与花键心轴(1)连接，在卡瓦心轴(10)与中筒体(21)之间分别装有上击调节螺母(14)、弹性机构总成(20)、卡瓦(17)、卡瓦套(18)、下击调节螺母(23)，在卡瓦(17)、卡瓦套(18)的两端分别装有隔套(16)、隔套(19)，上筒体(7)与中筒体(21)通过限位孔螺钉(11)、限位块(12)、调节孔螺钉(13)连接，卡瓦心轴(10)、延长心轴(25)、阀体心轴(26)依次连接，延长心轴(25)与下筒体(27)之间装有连接体(24)，阀体心轴(26)与下筒体(27)之间分别设有阀体总成(28)、下密封组件(29)、活塞(30)，下筒体(27)与下接头(31)连接。

2、根据权利要求1所述的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，其特征在于：卡瓦心轴(10)外圆具有梯形的外棱带，卡瓦套(18)的内孔具有梯形的内棱带。

3、根据权利要求1所述的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，其特征在于：卡瓦(17)是内孔和外圆均带有与卡瓦心轴(10)、卡瓦套(18)相匹配的梯形棱带的弹性套。

4、根据权利要求1所述的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，其特征在于：三个串联的筒弹簧构成弹性机构总成(20)。

5、根据权利要求1所述的带机械锁紧机构的液压式随钻震击器，其特征在于：上筒体(7)、中筒体(21)、下筒体(27)依次连接。