CN207377489U - 叶轮式轴向和周向复合冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种叶轮式轴向和周向复合冲击器，包括转换接头、马达总成和冲击总成。所述的马达总成前端连接冲击总成，后端连接转换接头，通过马达总成的叶轮将液体能量转化为旋转的机械能，从而带动冲击总成的旋转阀旋转，由于在旋转阀和阀盖都开有孔，使钻井液周期性进锤头和锤体筒腔内，在液体的推动下锤头周期性撞击锤体筒产生周向震击，同时旋转阀和阀盖的轴向孔周期性错位使液体压力变化，产生高频的轴向震动，并通过下接头将轴向和周向冲击力传递到钻头，消除粘滑现象，保护了钻头，从而提高钻头破岩效率。本实用新型叶轮式轴向和周向复合冲击器利用钻井液产生轴向和周向两种冲击，能有效提高钻井效率。

Description

叶轮式轴向和周向复合冲击器

技术领域

本实用新型是关于一种用于石油钻井的井下工具，尤其涉及一种叶轮式轴向和周向复合冲击器 。

背景技术

在石油常规钻井中，PDC钻头得到广泛的应用，在现场操作时，经常会因为司钻技术、经验问题以至于送钻不及时或送钻过快，或是因为井壁摩阻问题，造成施加给钻头的钻压不稳定，影响破岩效率，甚至有可能因为钻压突然增大而损坏钻头、崩裂钻头的切削齿等，影响钻进速度。另一方面PDC钻头在钻硬或研磨性地层时，通常没有足够的扭矩来破碎岩石，从而产生卡钻的现象，井下钻杆扭力释放导致钻头失效。油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低；应用螺杆进行复合钻进时，由于深井中温度较高，螺杆寿命低、使用效果不理想；此外，采用气体钻井技术钻进可较大程度提高机械钻速，但在地层出水的情况下易引起井下复杂情况发生，且气体钻井配套设备多，成本相对较大。

针对以上问题，国内外已尝试了多种工具，取得了一定的提速效果，其中高频扭转冲击类工具占提速工具的主导地位。该类工具可以给钻头附加高频扭转冲击力，辅助钻头破岩，降低钻柱的粘滑现象，提高机械钻速。近年来也涌现出了轴向冲击类型的提速工具，该类工具可以大幅度提高钻头的岩石吃入深度，增加破岩效率，具有操作简单、提速效果好等特点。因此，有必要研发一种能够通过钻井液提供的动力，既可以提供轴向冲击，也可以提供周向冲击的复合双作用冲击器，同时具有两者的优点，辅助钻头破岩，保护钻头，延长钻头使用寿命，提高钻进速度。

发明内容

为了解决钻井过程中的钻头卡钻和钻柱的粘滑现象，提出了一种叶轮式轴向和周向复合冲击器，以克服现有技术的缺陷，提高钻进速度。该工具同时具有轴向冲击和周向冲击，能有效保护钻头，降低成本，提高破岩效率，增加钻井效率。

本实用新型的技术方案是：叶轮式轴向和周向复合冲击器是由转换接头、马达总成和冲击总成组成，马达总成后端通过螺纹连接转换接头，前端连接冲击总成；所述的马达总成包括叶轮壳体、锁母、叶轮、叶轮轴、轴承端盖、螺钉、串轴承和导流筒，叶轮通过花键连接的方式安装在叶轮轴上，并利用锁母轴向固定，叶轮轴的前段安装在导流筒内，并将串轴承安装在导流筒内部，轴承端盖通过螺纹连接安装在导流筒端面，在导流筒的外圆柱面开有3个均匀分布的孔，在叶轮壳体安装导流筒处圆柱面开有3个均匀分布的螺纹孔，利用螺钉将导流筒固定在叶轮壳体上；所述的冲击总成包括旋转阀、阀盖、锤头、套筒、锤体筒、冲击壳体、锁紧筒和下接头，旋转阀的后端通过螺纹固定在叶轮轴前端，在旋转阀和叶轮轴的台阶之间安放耐磨环，阀盖安装在锤体筒的端面，锤头安装在阀盖和锤体筒之间，锤体筒安装在冲击壳体的内部，通过锁紧筒和锤体筒螺纹连接将下接头轴向固定在冲击壳体上，锤体筒和冲击壳体通过牙嵌的方式与下接头周向固定，套筒安装在导流筒和锤体筒之间；通过马达总成的叶轮将液体能量转化为旋转的机械能，从而带动冲击总成的旋转阀旋转，由于在旋转阀和阀盖都开有孔，使钻井液周期性进锤头和锤体筒腔内，在液体的推动下锤头周期性撞击锤体筒产生周向震击，同时旋转阀和阀盖的轴向孔周期性错位使液体压力变化，产生高频的轴向震动，并通过下接头将轴向和周向冲击力传递到钻头，消除粘滑现象，提高破岩效率。

上述方案中所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的旋转阀的前端盘面开有两个对称的扇形孔，在后端圆柱周向开有两个对称的圆孔，旋转阀在叶轮的带动下旋转，并在阀盖的作用下使液体压力周期性变化，产生轴向震动冲击；所述的阀盖开有4个扇形进液孔，其中包括两个冲击进液孔和两个复位回程进液孔，旋转阀旋转使液体周期性进入冲击进液孔和复位回程进液孔，通过进液孔进入锤头和锤体筒的腔内，利用液压推动锤头在锤体筒缺口处旋转，液体从冲击进液孔进入推动锤头周向正方向撞击锤体筒，液体从复位回程进液孔进入推动锤头周向反方向回位，冲击进液孔的截面积比复位回程进液孔的面积大，可实现单周向冲击。

上述方案中所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的导流筒，后端开有四个缺口，方便夹持安装，并在导流筒和轴承端盖都开有密封槽，通过安装密封圈密封导流筒的两端，从而防止液体进入串轴承。

上述方案中所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的锤体筒，撞击端开有均分布的两个台阶缺口，在前端加工有内螺纹，用于与锁紧筒的外螺纹配合。

本实用新型的有益效果是：(1) 解决了钻井过程中井下钻具容易造成的遇阻或遇卡的难题；(2) 该工具设计合理，性能可靠，产生周向冲击的同时，还可产生轴向振动冲击，从而有效保护钻头，消除钻头的粘滑和卡钻现象，提高机械钻速；（3）该工具适应性强，不仅可应用于深层直井，还可配合螺杆钻具及定向仪器应用于定向井和水平井中；(4) 该工具的马达总成不产生轴向压力、能量转化效率高、轴向尺寸短；（5）该工具有动作无死点、在周向正向冲击力大、反向冲击力小等优点冲击总成；（6）操作简单、寿命长、提速效果好等优点，配合PDC钻头使用可有效提高深井硬地层机械钻速。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型图1中的A-A截面图。

图3是本实用新型图1中的B-B截面图。

图4是本实用新型图1中的C-C截面图。

图5是本实用新型的机构三维剖视图。

图6是本实用新型内部三维视图。

图7是导流筒结构三维示意图。

图8是旋转阀结构三维示意图。

图9是阀盖结构三维示意图。

图10是锤头结构三维示意图。

图11是锤体筒结构示意图。

图中1.转换接头，2.叶轮壳体，3.锁母，4.叶轮，5.叶轮轴，6.轴承端盖，7.螺钉，8.串轴承，9.导流筒，10.耐磨环，11.旋转阀，12.阀盖，13.锤头，14.套筒，15.锤体筒，16.冲击壳体，17.锁紧筒，18.下接头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行详细描述。

参见附图，叶轮式轴向和周向复合冲击器由转换接头1、马达总成和冲击总成组成，马达总成后端通过螺纹连接转换接头1，前端连接冲击总成；所述的马达总成包括叶轮壳体2、锁母3、叶轮4、叶轮轴5、轴承端盖6、螺钉7、串轴承8和导流筒10，叶轮4通过花键连接的方式安装在叶轮轴5上，并利用锁母3轴向固定，叶轮轴5的前段安装在导流筒9内，并将串轴承8安装在导流筒9内部，轴承端盖6通过螺纹连接安装在导流筒9端面，在导流筒9的外圆柱面开有3个均匀分布的孔，在叶轮壳体2安装导流筒9处圆柱面开有3个均匀分布的螺纹孔，利用螺钉7将导流筒9固定在叶轮壳体2上。

所述的冲击总成包括旋转阀11、阀盖12、锤头13、套筒14、锤体筒15、冲击壳体16、锁紧筒17和下接头18，旋转阀11的后端通过螺纹固定在叶轮轴5前端，在旋转阀11和叶轮轴5的台阶之间安放耐磨环10，阀盖12安装在锤体筒15的端面，锤头13安装在阀盖12和锤体筒15之间，锤体筒15安装在冲击壳体16的内部，通过锁紧筒17和锤体筒15螺纹连接将下接头18轴向固定在冲击壳体16上，锤体筒15和冲击壳体16通过牙嵌的方式与下接头18周向固定，套筒14安装在导流筒9和锤体筒15之间；通过马达总成的叶轮4将液体能量转化为旋转的机械能，从而带动冲击总成的旋转阀11旋转，由于在旋转阀11和阀盖12都开有孔，使钻井液周期性进锤头13和锤体筒15腔内，在液体的推动下锤头13周期性撞击锤体筒产生周向震击，同时旋转阀11和阀盖12的轴向孔周期性错位使液体压力变化，产生高频的轴向震动，并通过下接头18将轴向和周向冲击力传递到钻头，消除粘滑现象，提高破岩效率。

所述的旋转阀11的前端盘面开有两个对称的扇形孔，在后端圆柱周向开有两个对称的圆孔，旋转阀11在叶轮4的带动下旋转，并在阀盖12的作用下使液体压力周期性变化，产生轴向震动冲击；所述的阀盖12开有4个扇形进液孔，其中包括两个冲击进液孔和两个复位回程进液孔，旋转阀11旋转使液体周期性进入冲击进液孔和复位回程进液孔，通过进液孔进入锤头13和锤体筒15的腔内，利用液压推动锤头13在锤体筒15缺口处旋转，液体从冲击进液孔进入推动锤头13周向正方向撞击锤体筒15，液体从复位回程进液孔进入推动锤头13周向反方向回位，冲击进液孔的截面积比复位回程进液孔的面积大，可实现单周向冲击。

所述的导流筒9后端开有四个缺口，方便夹持安装，并在导流筒9和轴承端盖6都开有密封槽，通过安装密封圈密封导流筒9的两端，从而防止液体进入串轴承8。

该叶轮式轴向和周向复合冲击器所述的锤体筒15，撞击端开有均分布的两个台阶缺口，在前端加工有内螺纹，用于与锁紧筒17的外螺纹配合。

Claims (5)

1.叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器由转换接头（1）、马达总成和冲击总成组成，马达总成后端通过螺纹连接转换接头（1），前端连接冲击总成；所述的马达总成包括叶轮壳体（2）、锁母（3）、叶轮（4）、叶轮轴（5）、轴承端盖（6）、螺钉（7）、串轴承（8）和导流筒（9），叶轮（4）通过花键连接的方式安装在叶轮轴（5）上，并利用锁母（3）轴向固定，叶轮轴（5）的前段安装在导流筒（9）内，并将串轴承（8）安装在导流筒（9）内部，轴承端盖（6）通过螺纹连接安装在导流筒（9）端面，在导流筒（9）的外圆柱面开有3个均匀分布的孔，在叶轮壳体（2）安装导流筒（9）处圆柱面开有3个均匀分布的螺纹孔，利用螺钉（7）将导流筒（9）固定在叶轮壳体（2）上；所述的冲击总成包括旋转阀（11）、阀盖（12）、锤头（13）、套筒（14）、锤体筒（15）、冲击壳体（16）、锁紧筒（17）和下接头（18），旋转阀（11）的后端通过螺纹固定在叶轮轴（5）前端，在旋转阀（11）和叶轮轴（5）的台阶之间安放耐磨环（10），阀盖（12）安装在锤体筒（15）的端面，锤头（13）安装在阀盖（12）和锤体筒（15）之间，锤体筒（15）安装在冲击壳体（16）的内部，通过锁紧筒（17）和锤体筒（15）螺纹连接将下接头（18）轴向固定在冲击壳体（16）上，锤体筒（15）和冲击壳体（16）通过牙嵌的方式与下接头（18）周向固定，套筒（14）安装在导流筒（9）和锤体筒（15）之间；通过马达总成的叶轮（4）将液体能量转化为旋转的机械能，从而带动冲击总成的旋转阀（11）旋转，由于在旋转阀（11）和阀盖（12）都开有孔，使钻井液周期性进锤头（13）和锤体筒（15）腔内，在液体的推动下锤头（13）周期性撞击锤体筒产生周向震击，同时旋转阀（11）和阀盖（12）的轴向孔周期性错位使液体压力变化，产生高频的轴向震动，并通过下接头（18）将轴向和周向冲击力传递到钻头，消除粘滑现象，提高破岩效率。

2.根据权利要求1所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的旋转阀（11）的前端盘面开有两个对称的扇形孔，在后端圆柱周向开有两个对称的圆孔，旋转阀（11）在叶轮（4）的带动下旋转，并在阀盖（12）的作用下使液体压力周期性变化，产生轴向震动冲击。

3.根据权利要求1所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的阀盖（12）开有4个扇形进液孔，其中包括两个冲击进液孔和两个复位回程进液孔，旋转阀（11）旋转使液体周期性进入冲击进液孔和复位回程进液孔，通过进液孔进入锤头（13）和锤体筒（15）的腔内，利用液压推动锤头（13）在锤体筒（15）缺口处旋转，液体从冲击进液孔进入推动锤头（13）周向正方向撞击锤体筒（15），液体从复位回程进液孔进入推动锤头（13）周向反方向回位，冲击进液孔的截面积比复位回程进液孔的面积大，可实现单周向冲击。

4.根据权利要求1所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的导流筒（9），后端开有四个缺口，方便夹持安装，并在导流筒（9）和轴承端盖（6）都开有密封槽，通过安装密封圈密封导流筒（9）的两端，从而防止液体进入串轴承（8）。

5.根据权利要求1所述的叶轮式轴向和周向复合冲击器，其特征在于：所述的锤体筒（15），撞击端开有均分布的两个台阶缺口，在前端加工有内螺纹，用于与锁紧筒（17）的外螺纹配合。