WO2003058023A1

WO2003058023A1 - Module de transmission d'energie d'un impacteur, impacteur a jet hydraulique, et application correspondante

Info

Publication number: WO2003058023A1
Application number: PCT/CN2003/000027
Authority: WO
Inventors: Xinghua Tao; Guoqiang Xu; Xutian Hou; Yijin Zeng
Original assignee: China Petroleum & Chemical Corporation; Exploration & Production Research Institute, Sinopec
Priority date: 2002-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2003-07-17
Also published as: RU2004123611A; DE10392218T5; DE10392218B4; US20060011362A1; AU2003207096A1; RU2317395C2; CA2458124A1; CA2458124C; US7426965B2; NO20043382L; NO330004B1; WO2003058023A8

Description

冲击器功率传递机构、液动射流式冲击器及其用途技术领域

总的来说，本发明涉及旋冲钻井工具。确切地说，本发明涉及冲击器功率传递机构和液动射流式冲击器。本发明还涉及该液动射流式冲击器的用途。背景技术

液动射流式冲击器是一种实现旋冲钻井工艺技术的井下动力钻具，而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，它的工作原理是，在钻头或取芯筒的上部增加一个液动冲击器，在钻进过程中，钻头在一定钻压下随钻柱旋转，同时，钻头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，岩石被破碎，从而可以较大幅度地提高钻井速度。

如 CN2385068Y所述并如图 1 所示，目前研制使用的液动射流式冲击器一般包括一个上接头 1、一个其上端与该上接头的下端螺紋连接的外筒 2、一个其上端与该外筒的下端螺紋连接的并开设有一中央通道的中接头 3、一个其上端与该中接头的下端螺纹连接的外管 4、一个与该外管的下端螺紋连接的并开设有一中央通道的多方套 5、一个安装在该多方套中的且其下端攻有外螺纹的砧子 6、一个其上端的孔通过内螺紋与该砧子下端连接的并且其下端设有一个内攻有用于拧装工具如钻头等的螺纹的孔的下接头 7 , 在这里，中接头的中央通道与外管管腔是连通的，而且在该外筒、中接头和外管中，依次设有一个其上开设有一中央孔和多个分流孔的上分流压盖 8、一个有多个流出孔 90 的射流元件 9、一个有一内腔的缸体 10、一个设置在该缸体内腔中的活塞 11、一个与该活塞相连的活塞杆 12、一个安装在该缸体的底端上的并具有一个被该活塞杆穿过其中的中央开孔的下缸盖 13 以及一个与该活塞杆相连的并对该砧子的顶端施加冲击作用的冲击锤 14构成，其中该上分流压盖的分流孔可以将不需要参与冲击器工作的工作液体排走以使其参与钻井循环，而且该活塞将该缸体内腔分成一个上腔 15 和一个下腔 16 , 该射流元件的其中一个流出孔通过一条缸体侧腔通道 17 与该下腔连通，对应的外筒内壁面和缸体外周面限定出这条侧腔通道的界面，换句话说，该侧腔通道是如此在对应的外筒内壁面和缸体外周面之间形成的，即在缸体的外周面上掏出一个横截面大致成 C形的且对外筒内壁面是敞开的槽。射流元件的作用是已知的并例如在 CN2385068Y已描述了，因此在此就不重复说明了。现在，具体说明液动射流式冲击器的工作过程。来自上压盖中央孔的工作液体通过射流元件并分别通过其流出孔进入缸体的上腔和下腔中，活塞和进而活塞杆与冲击锤因上下腔之间的压力差而受控制地往复运动，从而冲击能被传递给砧子顶端、下接头和进而钻头，与此同时，钻柱上的扭矩通过多方套传到砧子并进而再传给下接头，最后传到钻头，从而使拧装在下接头上的钻头等在旋转和冲击的作用下钻进。这样的液动射流式冲击器可以较大幅度地提高钻井效率并降低钻井成本。在这里，砧子、多方套和下接头一般构成所谓的冲击器功率传递机构。

但是，在 CN2385068Y 所述的液动射流式冲击器及其功率传递机构中，存在以下几个问题。

首先，液动射流式冲击器中的易损件因磨损而需要更换，这造成液动射流式冲击器的单次使用寿命短。这些易损件主要出现在两个部位上，即上分流压盖的分流孔和在缸体外周面和外筒内壁面之间的 0 形橡胶密封圈，为了密封所述的缸体侧腔通道而使用了 0形橡胶密封圏，以使来自射流元件的液体进入缸体下腔，在这里， 0 形密封圈被称为主密封，从实践中得知，它的使用寿命通常不到 30 个小时并且由此决定了这种液动射流式冲击器的单次使用寿命不到 30 个小时。上述橡胶主密封在工作中易于磨损的原因是，由于流经密封的钻井液的速度过高并且各部件形状不规则，所以极易造成旋流或涡流而直接冲蚀密封件，并且由于井底钻井液高温、高压及腐蚀作用的影响，所以会出现因主要内部零件受到冲蚀而导致的主密封过早老化或损坏。此外，上述分流孔易于磨损的原因是，上分流压盖材料例如一般是具有较低硬度如 HRC28-32 的合金结构钢，例如 40Cr、 35CrMo等，因此，在高速流体作用下，分流孔极易被冲蚀。通常，分流孔的使用寿命为 30个小时左右。

其次，使用冲击器来提高钻井速度的效果不十分理想。这主要是由于，当冲击能通过冲击器功率传递机构传到钻头时，冲击能已有约 60%左右的衰减，也就是说，传给钻头的冲击能只有不到 40%, 因而使得冲击 +旋转的破岩方式的工作效率大大降低。

最后，需要经常更换上分流压盖。更换上分流压盖的一个原因是如上所述的分流孔易于被冲蚀，而另一个原因是，由于分流孔为一固定尺寸，所以为了应付不同的工作液体流量，就需要把上分流压盖的分流孔重新加工成对应的不同尺寸，或是需要提供一系列有不同的分流孔尺寸的上分流压盖以备使用。因此，这造成上分流压盖的运营成本提高并且不利于工作效率的提高。

上述这些问题的存在严重影响和制约着液动射流式冲击器的单次使用寿命和工作效率并进而影响到旋冲钻井工艺技术的推广应用和经济技术效益。发明内容

本发明的一个目的是，提供一种能够克服上述现有技术中的冲击器单次使用寿命短的问题并由此提高工作效率的液动射流式冲击器。

本发明的又一个目的是提供一种具有更高的冲击能传递效率的冲击器功率传递机构。

本发明的另一个目的是，提供一种能够通过改进冲击器功率传递机构来提高冲击能传递效率并由此提高钻进速度和进而工作效率的液动射流式冲击器。

本发明的又一个目的是提供一种不用更换整块上分流压盖并由此降低上分流压盖的生产成本并提高工作效率的液动射流式冲击器。

本发明的再一个目的是提供将根据本发明的液动射流式冲击器用于在硬脆性破碎性地层中进行钻探的用途。

为实现其中一个上述目的，根据本发明的笫一方面，提供一种液动射流式冲击器，它包括一个外筒、一个装在该外筒中并有多个流出孔的射流元件、一个装在该外筒中的并有一内腔的缸体、一个有多个分流孔的上分流压盖、一将该缸体内腔分成一上腔和一下腔地设置于该缸体内腔中的活塞、一个与该活塞相连的活塞杆、一个中央开孔的下缸盖以及一个与该活塞杆相连的冲击锤和一个冲击器功率传递机构，其中该缸体在其外周壁处开设有一条使该射流元件的其中一个流出孔与下腔连通的侧腔通道，其中侧腔通道是如此成形于所述虹体的外周壁处的，即该侧腔通道相对所述外筒的内壁面被不透液地密封隔绝开。这个实施例改变了液动射流式冲击器的侧腔通道的形成结构并由此取消了橡胶主密封，这样一来，从根本上解决了液动射流式冲击器密封过早失效的问题并提高了钻井速度和钻井工作效率，液动射流式冲击器的单次使用寿命被提高到两倍以上。

根据另一个实施例，本发明液动射流式冲击器的侧腔通道是如此成形于所述缸体的外周壁处的，即该缸体的外周面被掏出一个横截面大致成 C形的槽并且所迷槽被从外面用一块与该掏槽的边缘的轮廓吻合的圓弧状金属片被焊接密封起来，或者，该侧腔通道通过铸造成形于该缸体的外周壁内，从而所述缸体本身的外周壁构成该侧腔通道的界面。 '

根据本发明的其它实施例，在射流元件与缸体的上分流压盖之间设有一个用于轴向压紧密封的金属配合密封垫片，和 /或在下缸盖的中央开孔内镶嵌有一个紧密围绕活塞杆的铜套。

根据本发明的又一个实施例，在上述液动射流式冲击器的基础上，冲击器功率传递机构包括：一个呈内多方形的多方套，它通过其上端的公螺紋与一外管的下端母螺紋连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子，它可滑动地被装配在多方套的内多方，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与该砧子内部的一条中空通道连通，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺紋的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。

根据本发明的又一个实施例，在上述液动射流式冲击器的基础上，在上分流压盖的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴，该喷嘴是一系列具有不同内孔尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC 至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。

此外，所述喷嘴最好通过卡箍被安装在该分流孔内，而且所述喷嘴的喷孔的出口内径为 H, 其入口内径为 L, 其中 0<H < L。

根据本发明的笫二方面，提供一种冲击器功率传递机构，它包括：一个呈内多方形的多方套，它通过其上端与一外管连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子，它可滑动地被套装在多方套的内多方中，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与砧子内部的一条中空通道连通，其中在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺紋的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。根据这个实施例，冲击能传递效率提高了并由此提高了工作效率，这是因为，当砧子和下接头合二为一时，冲击应力波传递过程中少经过一个螺纹界面，冲击能传递效率可提高 20% , 由于多方套缩短而使传递距离缩短，从而使传递效率也提高约 20% , 与原结构相比，冲击能的传递效率将提高 40%以上。

此外，所述砧子的顶端面最好呈圆台状，其外表面紧靠顶端的上部为中空圆柱形，其中下部呈与多方套的内多方配合的中空外多方形状，其最下部呈带有所述孔的圆柱形，并且多方套上端与外管的连接是螺紋连接。

根据另一个实施例，在上述冲击器功率传递机构的基础上，所述砧子的上部卡设有一个开口套，它由两个半圆形卡块构成并且与外管形成间隙配合。此外，多方套的内多方和砧子下部的外多方最好为正 11边形，其中 n为 3-10并优选为 8。另外，多方套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 , 优选地是 0.8-1.0。此夕卜，该砧子的顶端圆台的坡度为 25° -75° 并最好为 45° -75° 。此外，所述流体通道是四条。

根据另一个实施例，在上述冲击器功率传递机构的基础上，在多方套和开口套之间有一个水平环形空隙，如此形成一个防空打机构，即通过多方套来控制砧子轴向位移，所述工具和砧子自动下滑并使冲击锤下滑，从而使动力机构停止工作并由此防止该冲击锤在该工具悬空时冲击所述砧子。

根据本发明的笫三方面，提供一种液动射流式冲击器，它包括一个外筒、一个装在该外筒中并有多个流出孔的射流元件、一个装在该外筒中的并有一内腔的缸体、一个有多个分流孔的上分流压盖、一将该缸体内腔分成一上腔和一下腔地设置于该缸体内腔中的活塞、一个与该活塞相连的活塞杆、一个中央开孔的下缸盖以及一个与该活塞杆相连的冲击锤和一个冲击器功率传递机构，其中该缸体在其外周壁处开设有一条使该射流元件的其中一个流出孔与下腔连通的侧腔通道，其中在上分流压盖的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴，该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC 至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。根据这个实施例 , 分流孔的使用寿命延长了并且可以根据不同流量要求来更换喷嘴。

此外，所述喷嘴最好通过卡箍被安装在该分流孔内，或者，所述喷嘴通过销栓被固定在该分流孔内。另外，所述喷嘴的喷孔的出口内径为 H, 其入口内径为 L, 其中 0<H L。

居本发明的第四方面，提供一种液动射流式冲击器，它包括一个外筒、一个装在该外筒中并有多个流出孔的射流元件、一个装在该外筒中的并有一内腔的缸体、一个有多个分流孔的上分流压盖、一将该缸体内腔分成一上腔和一下腔地设置于该缸体内腔中的活塞、一个与该活塞相连的活塞杆、一个中央开孔的下缸盖以及一个与该活塞杆相连的沖击锤和一个冲击器功率传递机构，其中该缸体在其外周壁处开设有一条使该射流元件的其中一个流出孔与下腔连通的侧腔通道，其中该冲击器功率传递机构是根据本发明第二方面的冲击器功率传递机构。根据这个实施例，提高了冲击能传递效率。

在其它实施例中，在上分流压盖的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴，该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC 至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。此外，所述喷嘴最好通过卡箍被安装在该分流孔内，或者，所述喷嘴通过销栓被固定在该分流孔内。另外，所述喷嘴的喷孔的出口内径为 H, 其入口内径为 L, 其中 0<H < L。

根据本发明的笫五方面，提供了将根据本发明第一、第三、笫四方面的液动射流式冲击器用于钻探硬脆性破碎性地层的用途，所述地层的岩性为，按国家行业标准，硬度值为 5 级以上并且抗压强度为 OMPa并且岩石可钻性极值为 5级以上。附图说明

以下，结合附图来详细描迷本发明的实施形式，所述附图示出了：图 1是根据现有技术的液动射流式冲击器的截面图；

图 2 是根据本发明的液动射流式冲击器的截面图，它示出了主密封所在区域；图 3是图 2所示缸体、侧腔通道的截面图；

图 4是图 2所示缸体的左视图；

图 5是沿图 3的 A-A线的截面图；

图 6是沿图 3的 B-B线的截面图；

图 7示意地表示图 1所示侧腔通道的金属焊接密封结构；图 8是表示本发明的冲击器功率传递机构的剖面图；

图 9是沿图 8的 A'-A'线的截面图；

图 10是沿图 8的 B'-B'线的截面图；

图 11是表示根据本发明的上分流压盖的截面图；

图 12是表示一个单独喷嘴的截面图；

图 13以截面图表示装有该喷嘴的上分流压盖。具体实施方式

以下，结合附图来详细描述本发明的液动射流式冲击器的实施形式。在这里，具有与表示现有技术的图 1 相同的功能的部件或部分用同一标记来表示并且将不再进行描述了。

为了提供一种能够克服单次使用寿命短的问题的液动射流式冲击器，根据本发明的笫一方面，对液动射流式冲击器的主密封进行了改进，而在其它方面，该液动射流式冲击器可以具有和如 CN2385068Y 所述冲击器一样的结构或特征，或者也可以采用以下要描述的本发明其它方面的改进特征或结构。因此，在根据本发明第一方面的液动射流式冲击器中，仅描述与主密封相关的部分或部件。

根据本发明笫一方面，一个液动射流式冲击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 11、一个活塞杆 12 和一中央开孔的下缸盖 13 以及一冲击锤 14和一个冲击器功率传递机构，该活塞将缸体内腔分成的一上腔 15和一下腔 16。缸体 10在其局部外周壁处开设有一奈将射流元件 9的其中一个流出孔 90与下腔 16流体连通起来的侧腔通道 17 , 在这个实施例中，该侧腔通道是如此形成于缸体外周壁处的，即在缸体外周面上掏出一个横截面大致成 C形的但对外筒内壁面是封闭的槽，即该侧腔通道与外筒 2 的内壁面是密封隔绝的，因此，在侧腔通道 17 中的工作液体无法接触到外筒内壁面，这种密封隔绝是如此做到的，即从外面用一块与掏槽边缘的轮廓吻合的圓弧状金属片将掏槽烊接密封起来，从而出现呈在缸体外壁内的一轴向通道形式的侧腔通道，因此，由于外筒内壁面不再象在 CN2385068Y 中那样构成该侧腔通道的界面并因而不再需要在外筒内壁面与缸体外周面之间设置相应的 O形橡胶密封圈，所以避免了因钻井液流速过高而产生旋流或涡流并直接冲蚀主密封而出现主密封过早老化或损坏的问题，并且由于采用了比橡胶密封更耐磨的金属材料，所以主密封部的耐磨性更强，因而，液动射流式冲击器的单次使用寿命得到显著提高。根据实验，本发明的液动射流式冲击器的单次使用寿命达到了 70-80 个小时。

• 当然，侧腔通道 17 的形成方式或其结构可以不局限于上述方案。根据本发明的一个实施例，侧腔通道 17 可以通过铸造加工等方式形成于缸体的外周壁内，即缸体本身的外周壁就构成侧腔通道 17 的界面。由这个实施例的带来的优点是，由于更容易制造侧腔通道，所以降低了生产成本。

此外，才艮据本发明的其它实施例，如图 2 所示，除了在上述主密封处的改进外，在射流元件 9 与缸体 10 上的上分流压盖之间，还可以用一个表面光滑的金属配合密封垫片进行轴向压紧密封。根据另一个实施例，除了在上述主密封的改进外，在下缸盖 13 的中央开孔内镶嵌有一个铜套 18，它紧密围绕活塞杆 12 , 在活塞杆上下运动并带动冲击锤作沖击运动时，由于该铜套与活塞杆密封配合，所以杜绝了泥浆沿活塞杆渗流冲蚀沖击锤的现象的发生。

为提供一种能够改善冲击能传递效率的冲击器功率传递机构，根据本发明的笫二方面，它包括：一个呈内多方形的多方套，它通过其上端与一外管连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子，它可滑动地被套装在多方套的内多方中，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与砧子内部的一条中空通道连通，其中在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺纹的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具，所述工具可以是钻头、取芯管等。如此设计冲击器功率传递机构的出发点是，根据有关波动理论，冲击应力波通过界面会产生反射，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相应缩短了多方套，从而增加了能量传递效率。因此，当砧子和下接头合二为一时，冲击应力波传递过程中少经过一个螺紋界面，冲击能传递效率可提高 20%, 由于多方套缩短而使传递距离缩短，从而使传递效率也提高约 20%, 与原结构相比，冲击能的传递效率将提高 40%以上。

为了提供一种能够不用更换整块上分流压盖并由此降低了上分流压盖的运营成本并提高工作效率的液动射流式冲击器，根据本发明的笫三方面，如图 1 1-图 13所示，一个液动射流式冲击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 11、一个活塞杆 12和一中央开孔的下缸盖 13 以及一冲击锤 14和一个冲击器功率传递机构，其中在上分流压盖 8的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴 21，其中该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个。所述喷嘴的喷孔的出口内径为 H, 其入口内径为 L, 在这里， 0<H < L。所述喷嘴是用材料硬度 HRC 值至少是上分流压盖材料硬度的约两倍的合金钢制成的，即由 HRO60 的合金钢如 YG8、 YG11 等硬质合金钢制成的，因此，它们具有比上分流压盖更高的耐磨性能。针对不同的流量，可以在同一个上分流压盖的分流孔中装上内孔径不同的喷嘴，以满足不同流量的需要。所述喷嘴被固定在分流孔中的固定方式没有特殊限制，只要能够方便取下并更换喷嘴就行，例如可以通过卡簧 22 或销子把所述喷嘴固定在分流孔中。借助利用喷嘴的分流方式，可以大大提高分流孔的耐冲蚀性并延长分流孔的寿命，同时，可以很方便地更换喷嘴，来满足不同流量的需要。

此外，根据本发明第四方面，为了提供一种通过改进冲击器功率传递机构来提高冲击能传递效率并由此提高钻进速度的液动射流式冲击器，该液动射流式冲击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 11、一个活塞杆 12和一中央开孔的下缸盖 13以及一冲击锤 14 和一个冲击器功率传递机构，该冲击器功率传递机构包括：一个呈内多方形的多方套 5，它通过其上端的公螺紋与一外管 4 的下端母螺紋连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子 6 , 它可滑动地被装配在多方套 5 的内多方，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与砧子内部的一条中空通道连通，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺纹的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。与 CN2385068Y 中的冲击器功率传递机构相比，下接头被省掉了，由此一来，如上所述地，根据有关的波动理论，由于减少了功率传递部件，所以减少了冲击应力波传递损失并由此提高了冲击能传递效率。

此外，在本发明的第二方面和 /或笫四方面中，根据另一个实施例，除了象上述那样使原来的砧子和下接头合二为一的措施外，本发明还采取了一项新的措施，即在砧子的上部设有一个开口套 19 , 该开口套为两个半圆形的卡块，它们箍在砧子 6上部上并且与外管 4形成间隙配合。开口套 19的工作过程是这样的：冲击银 14下行撞击砧子 6并将冲击应力波传递给工具如钻头，而多方套 5 在钻进过程中起到了扭矩传输的作用，当钻具提离井底时，由多方套 5控制砧子 6 的轴向位移，钻头和砧子 5 自动下滑，直至开口套 19 坐在多方套 5 的上端面上，同时，活塞 11 和冲击锤 14也随之下滑，从而使动力机构停止工作，由此实现了防止空打。开口套 19 起到固定、防护、避免打击使外管损坏变形的作用。此外，与 CN2385068Y—样地，砧子 5的顶端可以呈圓台状或其它形状如蘑菇头状，并且在该顶端的表面上均匀分布有四条流体通道，它们与砧子内部的一条中空通道连通。此外，砧子与多方套之间用橡胶密封圈 20 进行密封。另外，外表面紧靠顶端的砧子上部为中空圆柱形，砧子中下部呈与多方套的内多方配合的中空外多方形状，砧子最下部呈带有所述孔的圆柱形。根据另一个实施例，多方套的内多方和砧子下部的外多方最好为正 n边形，其中 n为 3-10 并优选为 8。另外，多方套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 , 优选地是 0.8-1.0。此外，该砧子的顶端圆台的坡度为 25° -75° 并最好为 45° -75° 。

尽管结合附图描述了本发明的以上四个方面，但显然可以在不超出本申请的发明构思的精神和范围的前提下对本申请进行各种修改和组合。

例如，根据本发明的一个实施例，液动射流式冲击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 1 1、一个活塞杆 12 和一中央开孔的下缸盖 13 以及一冲击锤 14和一个冲击器功率传递机构，该活塞将缸体内腔分成的一上腔 15和一下腔 16。缸体 10在其局部外周壁处开设有一条将射流元件 9的其中一个流出孔 90与下腔 16流体连通起来的侧腔通道 17 , 在这个实施例中，该侧腔通道是如此形成于缸体外周壁处的，即在缸体外周面上掏出一个横截面大致成 C形的但对外筒内壁面是封闭的槽，即该侧腔通道相对外筒 2的内壁面是密封隔绝的，而且，该冲击器功率传递机构包括：一个呈内多方形的多方套 5，它通过其上端的公螺纹与一外管 4 的下端母螺纹连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子 6 , 它可滑动地被装配在多方套 5 的内多方，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与该砧子内部的一条中空通道连通，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺纹的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。这个实施例的优点在于，在改进主密封的同时，又提高了冲击能传递效率，从而提高了工作效率。

根据本发明的又一个实施例，液动射流式冲击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 1 1、一个活塞杆 12 和一中央开孔的下缸盖 13 以及一冲击锤 14和一个冲击器功率传递机构，该活塞将缸体内腔分成的一上腔 15和一下腔 16。缸体 10在其局部外周壁处开设有一条将射流元件 9的其中一个流出孔 90与下腔 16流体连通起来的侧腔通道 17 , 在这个实施例中，该侧腔通道是如此形成于缸体外周壁处的，即在缸体外周面上掏出一个横截面大致成 C形的但对外筒内壁面是封闭的槽，即该侧腔通道相对外筒 2 的内壁面是密封隔绝的，其中在上分流压盖 8的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴 21 , 该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个，而且所述喷嘴是用材料硬度 HRC 值至少是上分流压盖材料硬度的约两倍的合金钢制成的。这个实施例带来的优点是，在改善主密封的使用寿命的同时，延长了分流孔使用寿命并能够通过更换上有不同孔径的喷嘴而使上分流压盖适应不同流量的需要。

根据本发明的另一个实施例，一个液动射流式冲击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 11、一个活塞杆 12 和一中央开孔的下缸盖 13 以及一冲击锤 14和一个冲击器功率传递机构，该冲击器功率传递机构包括：一个呈内多方形的多方套 5 , 它通过其上端的公螺紋与一外管 4 的下端母螺纹连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子 6 , 它可滑动地被装配在多方套 5 的内多方，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与该砧子内部的一奈中空通道连通，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺紋的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。此外，在上分流压盖 8 的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴 21，该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个，而且所述喷嘴是用材料硬度 HRC 值至少是上分流压盖材料硬度的约两倍的合金钢制成的。这个实施例带来的优点是，延长长分流孔的使用寿命并能够通过更换上有不同孔径的喷嘴而使上分流压盖适应不同流量的需要，提高了冲击能传递效率，由此提高了工作效率。

根据本发明的一个优选实施例，一个液动射流式沖击器包括一个外筒 2、一有多个流出孔 90的射流元件 9、一个缸体 10、一个上分流压盖 8、一设置于该缸体内腔中的活塞 1 1、一个活塞杆 12 和一中央开孔的下缸盖 13 以及一冲击锤 14和一个冲击器功率传递机构，该沖击器功率传递机构包括：一个呈内多方形的多方套 5 , 它通过其上端的公螺紋与一外管 4 的下端母螺紋连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子 6 , 它可滑动地被装配在多方套 5 的内多方，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与该砧子内部的一条中空通道连通，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺紋的工具的孔，即所迷孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。在上分流压盖 8 的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴 21 , 该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个，而且所述喷嘴是用材料硬度 HRC 值至少是上分流压盖材料硬度的约两倍的合金钢制成的。在这个实施例中，该侧腔通道是如此形成于缸体外周壁处的，即在缸体外周面上掏出一个横截面大致成 C形的但对外筒内壁面是封闭的槽，即该侧腔通道相对外筒 2 的内壁面是密封隔绝的。这个实施例的优点是，在延长了主密封和分流孔的使用寿命的同时，能够通过更换上有不同孔径的喷嘴而使上分流压盖适应不同流量的需要并且能够提高冲击能传递效率，由此提高了工作效率。

此外，根据本发明的笫五方面，提供了将本发明的液动射流式冲击器用于钻探硬脆性破碎性地层的用途，所述地层的岩性为，其硬度值为 5 级以上并且其抗压强度为 150MPa并且岩石可钻性极值为 5级以上。由于本发明的液动射流式冲击器具有更强的冲击能传递效果以及出色的单次使用寿命，所以它特别适用于具有上述岩性的地层。工业实用性

本发明的液动射流式冲击器特别适用的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。本发明的冲击器功率传递机构可被用于射流式沖击器、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冲击器。

Claims

权利要求

1. 一种液动射流式冲击器，它包括一个外筒（2) 、一个装在该外筒中并有多个流出孔（90 ) 的射流元件（9 ) 、一个装在该外筒中的并有一内腔的缸体（ 10) 、一个有多个分流孔的上分流压盖（S) 、一将该缸体内腔分成一上腔（15) 和一下腔（ 16) 地设置于该缸体内腔中的活塞（ 11 ) 、一个与该活塞相连的活塞杆（ 12) 、一个中央开孔的下缸盖（ 13 ) 以及一个与该活塞杆相连的冲击锤（ 14) 和一个冲击器功率传递机构，其中该缸体在其外周壁处开设有一条使该射流元件的其中一个流出孔与下腔（16) 连通的侧腔通道（ 17) , 其特征在于，侧腔通道（ 17 )是如此成形于所述缸体的外周壁处的，即该侧腔通道相对所述外筒的内壁面被不透液地密封隔绝开。

2. 根据权利要求 1 所述的液动射流式冲击器，其特征在于，侧腔通道（ 17) 是如此成形于所述缸体的外周壁处的，即该缸体的外周面被掏出一个横截面大致成 C形的槽并且所述槽从外面用一块与该掬槽的边缘的轮廓吻合的圆弧状金属片被焊接密封起来。

3. 根据权利要求 1 所述的液动射流式冲击器，其特征在于，侧腔通道（ 17 ) 通过铸造成形于该缸体的外周壁内，从而所迷缸体本身的外周壁构成该侧腔通道的界面。

4. 根据权利要求 1-3之一所述的液动射流式冲击器，其特征在于，在射流元件（ 1 ) 与缸体（2) 的上分流压盖（3 ) 之间，设有一个用于轴向压紧密封的金属配合密封垫片。

5. 根据权利要求 1-3之一所述的液动射流式冲击器，其特征在于，在下缸盖（ 12) 的中央开孔内，镶嵌有一个紧密围绕活塞杆（ 5 ) 的铜套（ 13) 。

6. 根据权利要求 1-3之一所述的液动射流式冲击器，其特征在于，该冲击器功率传递机构包括：一个呈内多方形的多方套（5 ) , 它通过其上端的公螺紋与一外管（4 ) 的下端母螺纹连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子（6) , 它可滑动地被装配在多方套（5) 的内多方，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与该砧子内部的一条中空通道连通，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺纹的并用于安装一个带有公螺纹的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。

7. 根据权利要求 1 -3之一所述的液动射流式冲击器，其特征在于，在上分流压盖（8 ) 的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴（21 ) , 该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。

8. 根据权利要求 6所述的液动射流式冲击器，其特征在于，在上分流压盖（8 ) 的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴（21 ) , 该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。

9. 根据权利要求 7所述的液动射流式冲击器，其特征在于，所述喷嘴通过卡箍被安装在该分流孔内。

10. 根据权利要求 7 所述的液动射流式冲击器，其特征在于，所述喷嘴的喷孔的出口内径为 H, 其入口内径为 L, 其中 0<H ；

11. 一种冲击器功率传递机构，它包括：一个呈内多方形的多方套（5 ) ，它通过其上端与一外管（4 ) 连接而被安置在该外管中；一个呈外多方形的砧子（6 ) , 它可滑动地被套装在多方套（5 ) 的内多方中，在所述砧子的顶端面上开设有一个以上的流体通道，这些流体通道与该砧子内部的一条中空通道连通，其特征在于，在该砧子的下端如此开设有一个攻有母螺紋的并用于安装一个带有公螺紋的工具的孔，即所述孔与该中空通道是流体连通的，从而钻井液可经过所述流体通道、该中空通道流向安装在该孔中的工具。

12. 根据权利要求 11 所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，所述砧子的顶端面呈圆台状，其外表面紧靠顶端的上部为中空圓柱形，其中下部呈与多方套（5 ) 的内多方配合的中空外多方形状，其最下部呈带有所述孔的圆柱形，并且多方套（5 ) 上端与外管（4 ) 的连接是螺纹连接。

13. 根据权利要求 11 所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，在所述砧子的上部卡设有一个开口套（ 19 ) , 它由两个半圆形卡块构成并且与外管（4 ) 形成间隙配合。

14. 根据权利要求 11-13 之一所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，多方套（5 ) 的内多方和砧子（6 ) 下部的外多方为正 n边形，其中 n为 3-10。

15. 根据权利要求 11-13 之一所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，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。

16. 根据权利要求 11-13 之一所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，多方套（6) 为内八方，砧子（5) 的中下部为外八方。

17. 根据权利要求 11-13 之一所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，砧子（5) 的顶端圆台的坡度为 25° -75° 。

18. 根据权利要求 11-13 之一所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，所述流体通道是四条。

19. 根据权利要求 11 所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，在多方套（5 ) 和开口套（ 19) 之间有一个水平环形空隙，如此形成一个防空打机构，即通过多方套（ 5) 来控制砧子（6) 轴向位移，所述工具和砧子（ 5 ) 自动下滑并且一冲击锤也下滑，从而使动力机构停止工作并由此防止该冲击锤在该工具悬空时冲击所述砧子。

20. 根据权利要求 12所述的冲击器功率传递机构，其特征在于，砧子（6 ) 的顶端圆台的坡度为 4⁵° -75° , 多方套（5) 的内多方的长度与其横截面正多方形外接圆的直径之比为 0.8-1.0。

21. 一种液动射流式冲击器，它包括一个外筒（2) 、一个装在该外筒中并有多个流出孔（90) 的射流元件（9) 、一个装在该外筒中的并有一内腔的缸体（ 10 ) 、一个有多个分流孔的上分流压盖（8) 、一将该缸体内腔分成一上腔（15) 和一下腔（ 16) 地设置于该缸体内腔中的活塞（ 11 ) 、一个与该活塞相连的活塞杆（ 12) 、一个中央开孔的下缸盖（ 13 ) 以及一个与该活塞杆相连的冲击锤 ( 14) 和一个冲击器功率传递机构，其中该缸体在其外周壁处开设有一条使该射流元件的其中一个流出孔与下腔（16) 连通的侧腔通道（ 17) , 其特征在于，该冲击器功率传递机构是如权利要求 11-20 之一所迷的冲击器功率传递机构。

22. 如权利要求 21 所述的液动射流式冲击器，其特征在于，在上分流压盖（8 ) 的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴（21 ) , 该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。

23. 根据权利要求 22所述的液动射流式冲击器，其特征在于，所述喷嘴通过卡箍被安装在该分流孔内。

24. 根据权利要求 22所述的液动射流式冲击器，其特征在于，所迷喷嘴的喷孔的出口内径为 H，其入口内径为 L, 其中 0<H<L。

25. 一种液动射流式冲击器，它包括一个外筒（2) 、一个装在该外筒中并有多个流出孔（90) 的射流元件（9) 、一个装在该外筒中的并有一内腔的缸体（ 10) 、一个有多个分流孔的上分流压盖（8) 、一将该缸体内腔分成一上腔（15) 和一下腔（16) 地设置于该缸体内腔中的活塞（ 11 ) 、一个与该活塞相连的活塞杆（ 12) 、一个中央开孔的下缸盖（ 13) 以及一个与该活塞杆相连的冲击锤（14) 和一个冲击器功率传递机构，其中该缸体在其外周壁处开设有一条使该射流元件的其中一个流出孔与下腔（16) 连通的侧腔通道（17) ，其特征在于，在上分流压盖（8)的分流孔中，可更换地安装有一个喷嘴（21)，该喷嘴是一系列具有不同内孔径尺寸的喷嘴中的一个并且是用材料硬度值 HRC至少约是该上分流压盖的材料硬度的两倍的合金钢制成的。

26. 根据权利要求 25所述的液动射流式冲击器，其特征在于，所述喷嘴通过卡箍被安装在该分流孔内。

27. 根据权利要求 25所述的液动射流式冲击器，其特征在于，所述喷嘴的喷孔的出口内径为 H, 其入口内径为 L, 其中 0<H《L。

28. 将根据权利要求 1-10和 21-27之一所述的液动射流式冲击器用于钻探硬脆性破碎性地层的用途，所述地层的岩性为，硬度值为 5 级以上，抗压强度为 150MPa并且岩石可钻性极值为 5级以上。