CN209687403U - 水力振荡冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水力振荡冲击器，包括中心轴、外壳体、旁通孔、上挡板、扭力组件、下挡板、弹簧装置、节流孔、转子、定子、涡轮，中心轴安装在外壳体内部，中心轴上设有上挡板和下挡板，上挡板的上部设有旁通孔，上挡板与下挡板之间设有内扭力组件，并与外壳体内壁上的外扭力组件形成啮合，弹簧装置安装在下挡板与外壳体之间，转子与定子上分别设有节流孔，定子固定安装在外壳体内部，定子上部安装转子，定子下部安装涡轮，涡轮与转子同轴固定安装。优点：本实用新型既能在钻头上产生水击效应施加冲击力，辅助提高破岩效率，内部弹簧装置又能缓冲底部钻具组合的有害振动，还能缓解钻头制动，保护钻头切削齿，延长使用寿命。

Description

水力振荡冲击器

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域的机械装置，具体涉及一种水力振荡冲击器。

背景技术

钻头破岩主要由转盘通过钻柱驱动或由井下动力钻具驱动，钻压则依靠钻杆的自重施加。随着井深的增加，岩石越来越硬，为了进一步提高钻头破岩效率，国内外开展了大量的相关研究，实践表明，在钻头上施加脉动冲击力对于大幅提高钻进效率效果非常显著，但是国内常规冲击工具存在尺寸长、结构复杂、功能单一、使用寿命短、适用范围小等不足，国外技术先进，但相关技术严格保密，阻碍了国内冲击钻井提速技术的发展。国内研制的射流式冲击器、液动冲击锤等都属于刚性冲击工具，主要原理是利用钻井液动能驱动冲击锤往复运动产生冲击力，冲击能量高，在现场应用过程中取得了一定效果，但内部流道比较复杂，容易冲蚀，并且受材质影响，冲击组件使用寿命较短，较大的刚性冲击力还容易造成PDC钻头切削齿过早崩损，反而不利于钻井提速，而且现有冲击工具不完全符合复杂结构井工艺的技术要求。针对上述问题，急需设计研制一种既能利用液动能产生柔性冲击力达到辅助提速效果，又能缓冲钻头卡滑，并且符合国内直井、水平井、大位移井及复杂结构井等各种井型钻井工艺的要求，同时结构简单、维护方便、成本低廉的水力振荡冲击器。

实用新型内容

为了充分发挥冲击提速的功效，进一步提高国内钻井效率和工艺技术水平，本实用新型的目的是为石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探领域提供水力振荡冲击器。

水力振荡冲击器，包括中心轴、外壳体、旁通孔、上挡板、扭力组件、下挡板、弹簧装置、节流孔、转子、定子、涡轮，所述的中心轴安装在外壳体内部，所述的中心轴上设有上挡板和下挡板，所述的上挡板的上部设有旁通孔，所述的上挡板与下挡板之间设有内扭力组件，并与外壳体内壁上的外扭力组件形成啮合，所述的弹簧装置安装在下挡板与外壳体之间，所述的转子与定子上分别设有节流孔，所述的定子固定安装在外壳体内部，所述的定子上部安装转子，所述的定子下部安装涡轮，所述的涡轮与转子同轴固定安装。

进一步，所述的上挡板、下挡板、扭力组件所构成的腔室内充满润滑油。

进一步，所述的弹簧装置所处的腔室内充满润滑油。

进一步，中心轴内壁的上部安装单流阀。

进一步，扭力组件为四方组件或六方组件或花键组件。

本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：与国内常规冲击工具对比可以看出，本实用新型提供的水力振动冲击器具有一机多用的功能，既能在钻头上产生水击效应施加冲击力，辅助提高破岩效率，内部弹簧装置又能缓冲底部钻具组合的有害振动，还能缓解钻头制动，保护钻头切削齿，延长使用寿命。现场应用表明，水力振荡冲击器能够完全满足各种井型的钻井工艺技术要求，钻井效率效率平均提高150％以上，尤其是在深井、超深井钻进时，效果更加显著，达到了设计要求。

同时，水力振荡冲击器还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便、成本低廉等特点，便于大范围推广使用。

附图说明

图1是本实用新型内部剖视图；

图2是本实用新型图1的A-A视图。

其中，1-中心轴、2-外壳体、3-旁通孔、4-上挡板、5-内扭力组件、6-下挡板、7-弹簧装置、8-节流孔、9-转子、10-定子、11-涡轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

参照图1-2，水力振荡冲击器，其特征在于：包括中心轴1、外壳体2、旁通孔3、上挡板4、扭力组件5、下挡板6、弹簧装置7、节流孔8、转子9、定子10、涡轮11，所述的中心轴1安装在外壳体2内部，所述的中心轴1上设有上挡板4和下挡板6，所述的上挡板4的上部设有旁通孔3，所述的上挡板4与下挡板6之间设有内扭力组件5，并与外壳体2内壁上的外扭力组件形成啮合，所述的弹簧装置7安装在下挡板6与外壳体2之间，所述的转子9与定子10上分别设有节流孔8，所述的定子10固定安装在外壳体2内部，所述的定子10上部安装转子9，所述的定子10下部安装涡轮11，所述的涡轮11与转子9同轴固定安装；所述的上挡板4、下挡板6、扭力组件5所构成的腔室内充满润滑油；所述的弹簧装置7所处的腔室内充满润滑油；所述的中心轴1内壁的上部安装单流阀；所述的内扭力组件5为四方组件或六方组件或花键组件。

水力振动冲击器根据现场要求安装在底部钻具组合中，钻井时，钻压通过中心轴1、下挡板6、弹簧装置7传递至外壳体2上，进而传递至下部钻具组合直至钻头，扭矩则由中心轴1通过扭力组件的配合传递至外壳体2，进而传递至钻头；钻井液经过中心轴1进入外壳体2，经过转子9与定子10的节流孔后，驱动涡轮11高速旋转，进而驱动转子9高速旋转，转子9与定子10之间的相对转动就会造成节流孔8过流面积间歇性变化，导致钻井液流速发生变化，当节流孔8的过流面积瞬间由大变小时，就会在转子9上部产生水击效应，高压水击力经中心轴1的旁通孔3进入外壳体2、中心轴1、上挡板4构成的腔室后，推动外壳体2相对中心轴1向上移动，并压缩弹簧装置7蓄能，当节流孔8的过流面积瞬间由小变大时，水击效应消失，水击力降低，外壳体2在弹簧装置7恢复力的作用下迅速下移，形成冲击力，即水力振荡冲击器是将高压水击液动能转化为外壳体2的机械冲击能，并作用在钻头上，上述过程重复循环，就达到在钻头上施加柔性冲击的功效，由于涡轮11转速高，因此产生的冲击频率也高。当钻头发生卡滑制动时，底部钻具内的钻井液压力瞬间升高，高压进入外壳体2、中心轴1、上挡板4构成的腔室后，也驱动外壳体2上移，由于外壳体2通过底部钻具组合直接与钻头连接，因此外壳体2上移时就会将钻头提离井底，此时制动力消失，钻具内液压力迅速降低，外壳体2在弹簧装置7作用下向下移动，使钻头重新接触井底岩石并进行破岩，从而有效避免了高液压传递至地面机泵，消除了设备损坏的风险。与国内常规冲击工具对比可以看出，本实用新型提供的水力振动冲击器具有一机多用的功能，既能在钻头上产生水击效应施加冲击力，辅助提高破岩效率，内部弹簧装置7又能缓冲底部钻具组合的有害振动，还能缓解钻头制动，保护钻头切削齿，延长使用寿命。

未提到的结构及连接关系均为公知常识。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.水力振荡冲击器，其特征在于：包括中心轴(1)、外壳体(2)、旁通孔(3)、上挡板(4)、扭力组件(5)、下挡板(6)、弹簧装置(7)、节流孔(8)、转子(9)、定子(10)、涡轮(11)，所述的中心轴(1)安装在外壳体(2)内部，所述的中心轴(1)上设有上挡板(4)和下挡板(6)，所述的上挡板(4)的上部设有旁通孔(3)，所述的上挡板(4)与下挡板(6)之间设有内扭力组件(5)，并与外壳体(2)内壁上的外扭力组件形成啮合，所述的弹簧装置(7)安装在下挡板(6)与外壳体(2)之间，所述的转子(9)与定子(10)上分别设有节流孔(8)，所述的定子(10)固定安装在外壳体(2)内部，所述的定子(10)上部安装转子(9)，所述的定子(10)下部安装涡轮(11)，所述的涡轮(11)与转子(9)同轴固定安装。

2.根据权利要求1所述的水力振荡冲击器，其特征是，所述的上挡板(4)、下挡板(6)、扭力组件(5)所构成的腔室内充满润滑油。

3.根据权利要求1所述的水力振荡冲击器，其特征是，所述的弹簧装置(7)所处的腔室内充满润滑油。

4.根据权利要求1所述的水力振荡冲击器，其特征是，所述的中心轴(1)内壁的上部安装单流阀。

5.根据权利要求1所述的水力振荡冲击器，其特征是，所述的内扭力组件(5)为四方组件或六方组件或花键组件。