CN2530018Y - 冲击器的功率传递机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冲击器的功率传递机构。它由砧子、多方套和开口套三个主要部件组成，砧子为外多方，套装在多方套的内多方之中，两者为滑动配合，下部为带有内螺纹的圆柱形接头；多方套上端通过螺纹与外管连接；开口套为两个半圆形的卡块，卡在砧子的上部。改进后的功率传递机构与现有技术相比，取消了下接头，减少了中间部件，缩短了传递距离，达到大幅度提高冲击能的传递效率的目的，同时在一定程度上简化了冲击器结构并降低了制造成本，将使冲击器的应用效果更加显著，更有利于旋冲钻井工艺技术的推广应用。

Description

冲击器的功率传递机构

技术领域

本实用新型涉及一种钻井井下动力工具，尤其是适用于大排量、高泵压条件的石油钻井的钻进工具的功率传递机构。

背景技术

冲击器是实现旋冲钻井工艺技术的一种井下动力钻具。旋冲钻井是在常规钻井基础上发展起来的一项钻井新技术方法，其原理是在钻头(或取芯筒)上部增加一个冲击器，钻进过程中，钻头在一定钻压下随钻柱旋转，同时还受到来自冲击器的高频冲击力，在旋转和冲击的联合作用下破碎岩石，可以较大幅度地提高钻井速度。

由于设计、材料、结构及加工工艺等方面尚未成熟，使旋冲钻井技术的推广应用受到限制，有些问题尚有待进一步改进完善。如设计研制的液动射流冲击器内部零件易受钻井液冲蚀、主要密封件过早损坏以及冲击器功率传递机构的传递效率低等。这些问题影响和制约着冲击器的工作寿命和应用效果，影响着旋冲钻井工艺技术的推广应用和经济技术效益。

现有冲击器的功率传递机构一般由砧子、八方套和下接头三个部件组成，下接头与钻头连接，如CN2385068公开的深井钻孔液动射流式冲击器中所示的功率传递机构。正常钻进时，钻柱上的扭矩通过八方套传到砧子(外八方)，再传到下接头，最后传到钻头；冲击能则通过砧子传到下接头，再传递到钻头。

使用冲击器的目的主要是为了提高钻井效率，但现场应用的情况并不十分理想，主要原因是冲击能通过砧子和下接头传到钻头时，已有约60％左右衰减，也就是说传递到钻头的冲击能只有不到40％，使冲击+旋转这种破岩方式的效率大大降低。

本实用新型针对上述问题对冲击器的功率传递机构进行改进，可使冲击能的传递效率大幅度提高，从而达到提高钻井速度的目的。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种冲击器的功率传递机构。

根据有关波动理论，冲击应力波通过界面会产生折射，使能量损失约20％，而且应力波的衰减幅度与传递距离近似成正比。为了解决功率传递效率低的问题，本设计人基于以上理论，从减少传递部件和尽量缩短传递距离考虑，对传递机构进行了重大改进，将现有技术中的砧子与下接头合二为一，并经过计算，合理缩短了八方套长度，从而增加了能量传递效率。

本实用新型的冲击器的功率传递机构，包括砧子5、多方套6和开口套2三个部件，其特征在于砧子5从上到下的构形依次为：上顶端面为圆台，圆台的斜面坡度以25°～75°为佳，斜面上有一个以上的流体通道，优选为四个流体通道，与其内部的中空通道相交；砧子5的外表面紧靠顶端的上部为中空圆柱，中下部为外多方，套装在多方套6的内多方之中，两者为滑动配合，最下部为带有内螺纹的圆柱形接头；多方套6上端通过螺纹与外管3连接；开口套2为两个半圆形的卡块，套卡在砧子5的上部，起固定、防护、避免打击使外筒损坏变形的作用。

所述的多方套6上部与砧子5之间用密封圈4进行密封，防止流体流入，以免影响两者的滑动配合。

所述的多方套6的内多方的长度与其横截面多方形外接圆的直径之比为0.7～1.1；所述的多方套6的内多方和砧子5下部的外多方为正n边形，其中n为3～10；多方套6优选为八方套，砧子5优选为外八方。

本实用新型优选的实施方案如下：所述的砧子5的上顶端面圆台的坡度为45°～75°，圆台的斜面上有四个流体通道，砧子5的中下部为外八方；多方套6为内八方，内八方的长度与其横截面正八方形外接圆的直径之比为0.8～1.0。

本实用新型设有防空打机构，多方套6、开口套2之间留有一圈水平环形空隙，该机构是多方套6与砧子5之间为滑动配合，多方套6控制砧子5轴向位移，在钻头悬空时，钻头和砧子5自动下滑，至开口套2坐在八方套6的上端面上，冲击锤1及动力机构随之下滑，从而使动力机构停止工作，防止空击砧子5。

本实用新型可应用于射流式冲击器、正作用式冲击器、反作用式冲击器、阀式双作用冲击器、射吸式冲击器等各种类型的冲击器；适用范围包括所有石油旋冲钻井、地质岩芯冲击回转钻探等应用冲击器的领域。

改进后的冲击器功率传递机构由三个主要部件减少到两个，冲击能通过砧子直接传到钻头，同时缩短了多方套的长度，使传递距离缩短了1/3～1/4。这样，冲击应力波传递过程中少经过一个界面，冲击能传递效率可提高20％；传递距离的缩短使得冲击能传递效率也能提高20％以上。与原结构相比，冲击能的传递效率将提高40％以上。现有技术的功率传递机构，由于实际操作的限制，对八方套的长度有一定的要求，最短为220mm，这样的要求给零部件的加工带来了一定的困难，对加工工具叉床的要求较高，不容易达到要求，成品率较低；改进后的多方套长度缩短，对叉床的要求降低，加工精度提高，加工成本也随之降低。

由于本实用新型可以大大提高冲击器冲击能的传递效率，同时在一定程度上简化了冲击器结构并降低制造成本，将使冲击器的应用效果更加显著，更有利于旋冲钻井工艺技术的推广应用。

附图说明

附图1是冲击器的功率传递机构剖面图。

附图2是图1所示的A-A剖面图。

附图3是图1所示的B-B剖面图。

附图标记：1冲击锤，2开口套，3外管，4密封圈，5砧子，6多方套。

具体实施方式

液动射流式冲击器是实现旋冲钻井工艺技术的主要工具，本实施例结合液动射流式冲击器和附图说明本实用新型的具体装置细节及工作情况：

外管3下端的母螺纹与八方套6上端的公螺纹连接；砧子5为外八方，并装配在八方套6的内八方之中，两者为滑动配合；砧子5顶端为圆台，斜面上均匀分布有四个流体通道，与砧子5内部的中空通道相交，钻井液从中流过；砧子5与八方套6之间用橡胶密封圈4密封；砧子5下端螺纹用于连接钻头。开口套2为两个半圆形的卡块，箍在砧子5上部，开口套2与外管3为间隙配合。其工作情况如下：冲击锤1下行撞击砧子5，冲击应力波传输到钻头，八方套6在钻进过程中起传递扭矩的作用。当钻具提离井底时，由八方套6控制砧子5轴向位移，钻头和砧子5下滑，至开口套2坐在八方套6的上端面上，同时，活塞和冲击锤1也随之下滑，从而使动力机构停止工作，实现防空打。

Claims (8)

1、一种冲击器的功率传递机构，包括置于外管(3)内的砧子(5)、多方套(6)、开口套(2)三个主要部件，其特征在于：

所述的砧子(5)套装在多方套(6)之中，其从上往下的构形依次为：上顶端面为圆台，圆台的斜面上有一个以上的流体通道开孔，与砧子(5)内部的中空通道相交，其外表面紧靠顶端的上部为中空圆柱、中下部为与多方套(6)的内多方匹配的中空外多方，套装在多方套(6)的内多方之中，且两者为轴向滑动配合，最下部为带有内螺纹的圆柱形接头；

所述的多方套(6)上端通过螺纹与外管(3)连接；

所述的开口套(2)为两个半圆形的卡块，卡在砧子(5)的上部。

2、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其中所述的多方套(6)的内多方和砧子(5)下部的外多方为正n边形，其中n为3～10。

3、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其中所述的多方套(6)的内多方的长度与其横截面多方形外接圆的直径之比为0.7～1.1。

4、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其中所述的多方套(6)为内八方，砧子(5)中下部为外八方。

5、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其中所述的砧子(5)的上顶端面圆台的坡度为25°～75°。

6、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其中所述的砧子(5)的上顶端面圆台的斜面上有四个流体通道。

7、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其特征在于多方套(6)、开口套(2)之间留有一圈水平环形空隙，设有防空打机构，该机构是由多方套(6)控制砧子(5)轴向位移，在冲击锤(1)的自重作用下使钻头和砧子(5)自动下滑，从而使动力机构停止工作，防止钻头悬空时，冲击锤(1)冲击砧子(5)。

8、根据权利要求1所述的冲击器的功率传递机构，其中所述的砧子(5)的上顶端面圆台的坡度为45°～75°，圆台的斜面上有四个流体通道，砧子(5)的中下部为外八方；多方套(6)为内八方，内八方的长度与其横截面正八方形外接圆的直径之比为0.8～1.0。

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