CN105840098B - 液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是液动冲击器，这种液动冲击器包括本体、增阻器、隔压筒、冲击体、砧子，本体为一中空圆柱体，增阻器固定在本体上部，砧子固定在本体下部，砧子伸入到本体中，砧子和增阻器之间为隔压筒，隔压筒下端与砧子上端咬合在一起；冲击体与砧子内腔相通，砧子内固定喷嘴，冲击体设置在隔压筒内，冲击体外壁与隔压筒内壁相配合，冲击体下端面与砧子上端面相配合，约束冲击体做往复运动；增阻器中心具有一向下凸起，凸起为圆柱与圆锥结合体，冲击体为外部带有台阶的筒状体，增阻器的凸起与冲击体上端口相对应。本发明充分地利用了液动能量，使钻头在旋转工作的同时产生轴向振动，提高破岩效率。

Description

液动冲击器

技术领域

本发明涉及一种石油行业的钻井用工具，特别是一种适应中硬到硬地层的一种高效破岩提速工具，具体涉及液动冲击器。

背景技术

随着石油产业的发展，我国对石油资源的需求以及要求越来越高，对石油的勘探开发不断扩大，采油井的深度不断加深，面临的钻井环境越来越复杂，传统的钻井设备动力损失较大，钻井速度慢，工具因自身条件因素易损坏，从而导致钻井用时多，钻井成本变高，严重制约了油气田开发的进程。因此，研发新型工具成为一种新的趋势。为适应油气勘探工作发展的需要，石油钻井工作主要是向深部和复杂区块拓展，在深井钻井过程中，硬地层钻进的难题非常突出。从碎岩理论上讲，冲击旋转钻进技术是解决硬岩钻进难题的有效方法之一，可提高钻井效率，减少井眼偏斜。冲击旋转钻进就是在普通旋转钻进钻具的钻头上连接冲击器，依靠冲击钻井用的高压钻井液介质，推动冲击器上下运动，撞击钻头，钻头在冲击动载和静压回转的联合作用下破碎岩石。

发明内容

本发明的目的是提供液动冲击器，这种液动冲击器用于解决现有冲击器冲击力不足，效率低以及冲击过程繁琐等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种液动冲击器包括本体、增阻器、隔压筒、冲击体、砧子，本体为一中空圆柱体，增阻器固定在本体上部，砧子固定在本体下部，砧子伸入到本体中，砧子和增阻器之间为隔压筒，隔压筒下端与砧子上端咬合在一起；冲击体与砧子内腔相通，砧子内固定喷嘴，冲击体设置在隔压筒内，冲击体外壁与隔压筒内壁相配合，冲击体下端面与砧子上端面相配合，约束冲击体做往复运动；增阻器中心具有一向下凸起，凸起为圆柱与圆锥结合体，冲击体为外部带有台阶的筒状体，增阻器的凸起与冲击体上端口相对应。

上述方案中隔压筒为内壁具有限位台阶的变径筒体，隔压筒限位台阶的上、下各设置有长方形的上层孔和长方形的下层孔，上层孔和下层孔分别沿周向均匀布置于隔压筒筒壁上，隔压筒内部沿周向均布有凹槽，凹槽中心有一菱形凸起；冲击体外部台阶处于隔压筒限位台阶的正下方，冲击体上部外壁沿周向均布有柳叶状凸台，柳叶状凸台位于隔压筒上相应的凹槽和菱形凸起之间，冲击体台阶之下开有长方形凹槽。

上述方案中冲击体下端面沿周向均匀设置带有斜面的梯形凸台，砧子为外部具有台阶的筒状体，砧子上端面沿周向也均匀设置带有斜面的梯形凸台，砧子上端的梯形凸台与冲击体下端的的梯形凸台相接触；隔压筒下端面具有齿状结构，砧子上端外壁有台阶，该台阶处有与隔压筒下端面相咬合的齿状结构。

上述方案中本体与砧子之间设置有套筒，砧子中部外壁为八边形结构，套筒内壁为正八边形凹槽结构，砧子与套筒相咬合；本体内壁下部设置凸块，砧子上端外壁有固定槽，砧子与本体通过凸块固定在一起。

上述方案中冲击体下端面沿周向均匀设置六个带有斜面的梯形凸台，砧子上端面沿周向也均匀设置六个带有斜面的梯形凸台，冲击体带有斜面的梯形凸台与砧子带有斜面的梯形凸台一一对应。

上述方案中隔压筒内部沿周向均布六个有凹槽，冲击体上部外壁沿周向均布有六个柳叶状凸台。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明充分地利用了液动能量，使钻头在旋转工作的同时产生轴向振动，提高破岩效率。轴向振动减小了钻进过程中干扰因素的影响，降低了钻头对非均质地层的敏感性，提高井眼质量。冲击器没有冲锤、弹簧等中间缓冲储能装置，故不存在薄弱部位，因此寿命长，冲击效果好。

2、本发明内腔形成回路，没有钻井液的损失，借助钻井液的残余压力工作，不需要借助外力来补充能量。

3、本发明结构比较简单，易于制作成品且成本较低，便于在油田现场的推广应用。

4、本发明工作稳定，适应深井。

5、本发明工作时与岩石接触时间短，可以有效减少钻头磨损并延长钻头寿命。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图；

图2 是本发明冲击体的正视示意图；

图3 是本发明冲击体的俯视示意图；

图4 是本发明砧子的正视示意图；

图5 是本发明砧子的俯视示意图；

图6 是本发明隔压筒的结构示意图。

图中：1.本体；2.增阻器；3.隔压筒；4.冲击体；5.喷嘴；6.套筒；7.砧子；8.柳叶状凸起；9.菱形凸起；10.凹槽；11.下层孔；12.上层孔；13.支撑块；14.固定槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种液动冲击器包括本体1、增阻器2、隔压筒3、冲击体4、砧子7，本体1为一中空圆柱体，增阻器2固定在本体1上部，砧子7固定在本体1下部，砧子7伸入到本体1中，砧子7和增阻器2之间为隔压筒3，隔压筒3下端与砧子7上端咬合在一起；砧子7内固定喷嘴5，冲击体4设置在隔压筒3内，冲击体4外壁与隔压筒3内壁相配合，冲击体4下端面与砧子7上端面相配合，使冲击体4按照倒“U”形路径做周向往复运动；增阻器2中心具有一向下凸起，凸起为圆柱与圆锥结合体，冲击体4为外部带有台阶的筒状体，增阻器2的凸起与冲击体4上端口相对应，增阻器2作用是当冲击体4在向上运动时，插入冲击体4内腔，减小流道面积，形成憋压。增大冲击体4上行的阻力，使冲击体4快速减速，防止冲击体4向上运动时冲出本体1而产生故障。同时也增大冲击体4下行动力，使冲击体4快速增速，提高最终的冲击力。

参阅图6，隔压筒3为内壁具有限位台阶的变径筒体，隔压筒3限位台阶的上、下各设置有长方形的上层孔12和长方形的下层孔11，上层孔12和下层孔11分别沿周向均匀布置于隔压筒3筒壁上，上层孔12会在冲击体4受力向上运动时快速泄压，减小冲击体4上行阻力；隔压筒3下层孔11会在冲击体4下行过程中与冲击体4侧面凹槽10对应，形成泄压通道，减小下行阻力。隔压筒3内部沿周向均布有凹槽，凹槽中心有一菱形凸起9，结合图2、图3所示，冲击体4整体由上下两个不同直径的空心圆柱体组成，上下两个不同直径圆柱体在外壁上形成台阶，上半部圆柱体直径较小，下半部圆柱体半径较大。冲击体4外部台阶处于隔压筒3限位台阶的正下方，冲击体4上部外壁沿周向均布有柳叶状凸起8，柳叶状凸起8位于隔压筒3上相应的凹槽和菱形凸起9之间，在冲击体4运动时，隔压筒3上的凹槽和菱形凸起9均与冲击体4外侧的柳叶状凸起8相接触，并引导其按照倒“U”形路径做周期性运动产生周向往复运动。冲击体4台阶之下开有长方形凹槽10，在冲击体4周向往复运动过程中该长方形凹槽10与隔压筒3下层孔11不断重复“封闭—联通—封闭”的过程：冲击体4在上行过程中，冲击体4侧面凹槽10与隔压筒3下层孔11错开封闭，钻井液憋压，冲击体4上行动力不断增大；在下行过程中冲击体4侧面凹槽10与隔压筒3下层孔11相对联通，钻井液泄压，冲击体4下行阻力减小，冲击体4对砧子7冲击力增大。

冲击体4下端面沿周向均匀设置六个带有斜面的梯形凸台，结合图4、图5所示，砧子7为外部具有台阶的筒状体，砧子7上端面沿周向也均匀设置六个带有斜面的梯形凸台，砧子7上端的梯形凸台与冲击体4下端的的梯形凸台相接触，冲击体4下端有6个带有斜面的梯形凸台，在冲击体4下行过程中与砧子7上端的凸台相接触，迫使冲击体4在下行过程结束时产生一定的转动，防止冲击体4上行时按下行路径返回甚至卡死，保证倒“U”形路径的顺利完成。隔压筒3下端面具有齿状结构，砧子7上端外壁有台阶，该台阶处有与隔压筒3下端面相咬合的齿状结构，隔压筒3下端齿状结构，使其与砧子7相咬合，产生使冲击体4转动的反作用力。

本体1与砧子7之间设置有套筒6，砧子7中部外壁为八边形结构，套筒6内壁为正八边形凹槽结构，砧子7与套筒6相咬合；本体1内壁下部设置支撑块13，砧子7上端外壁有固定槽14，砧子7与本体1通过支撑块13固定在一起，使砧子7居心，本体1与套筒6螺纹连接，可以将上部钻柱扭矩传递下去。砧子7外部八边形结构，用来与套筒6相连接传递扭矩。砧子7在冲击体4的冲击下不断振动，并通过下端母螺螺纹传递给钻头。砧子7内腔上部放置喷嘴5，可以很方便的调节冲击体4冲击力的大小。

以冲击体4在下死点做为起始状态描述本发明工作原理。由于喷嘴5直径较小，钻井液在此处憋压，冲击体4在上下压差作用下上行。冲击体4柳叶状凸起8在隔压筒3凹槽内菱形凸起9的作用下，产生顺时针（逆时针）周向转动，此时冲击体4外侧下端凹槽10与隔压筒3下层孔11错开形成封闭空间，压力不端增大，冲击体4不断上行。随着冲击体4的上行，增阻器2凸起插入冲击器内腔，迫使冲击体4上端钻井液压力增大，冲击体4减速至上死点。随着上侧压力的不断增大，冲击体4开始加速下行。冲击体4柳叶状凸起8在隔压筒3凹槽内菱形凸起9的作用下，产生逆时针（顺时针）周向转动，此时冲击体4外侧下端凹槽10与隔压筒3下层孔11正好相对联通，冲击体4下端钻井液压力不断减小，冲击体4加速下行。快速下行运动的冲击体4冲击砧子7，并在钻压的作用下实现钻头的一次振动。此时冲击体4处于下死点，重复上述过程，便实现了钻头的周期性纵向振动。

Claims (5)

1.一种液动冲击器，其特征在于：这种液动冲击器包括本体（1）、增阻器（2）、隔压筒（3）、冲击体（4）、砧子（7），本体（1）为一中空圆柱体，增阻器（2）固定在本体（1）上部，砧子（7）固定在本体（1）下部，砧子（7）伸入到本体（1）中，砧子（7）和增阻器（2）之间为隔压筒（3），隔压筒（3）下端与砧子（7）上端咬合在一起；冲击体（4）与砧子（7）内腔相通，砧子（7）内固定喷嘴（5），冲击体（4）设置在隔压筒（3）内，冲击体（4）外壁与隔压筒（3）内壁相配合，冲击体（4）下端面与砧子（7）上端面相配合，约束冲击体（4）做往复运动；增阻器（2）中心具有一向下凸起，凸起为圆柱与圆锥结合体，冲击体（4）为外部带有台阶的筒状体，增阻器（2）的凸起与冲击体（4）上端口相对应；所述的隔压筒（3）为内壁具有限位台阶的变径筒体，隔压筒（3）限位台阶的上、下各设置有长方形的上层孔（12）和长方形的下层孔（11），上层孔（12）和下层孔（11）分别沿周向均匀布置于隔压筒（3）筒壁上，隔压筒（3）内部沿周向均布有凹槽，凹槽中心有一菱形凸起（9）；冲击体（4）外部台阶处于隔压筒（3）限位台阶的正下方，冲击体（4）上部外壁沿周向均布有柳叶状凸起（8），柳叶状凸起（8）位于隔压筒（3）上相应的凹槽和菱形凸起（9）之间，冲击体（4）台阶之下开有长方形凹槽（10）；在冲击体（4）运动时，隔压筒（3）上的凹槽和菱形凸起（9）均与冲击体（4）外侧的柳叶状凸起（8）相接触，并引导其按照倒“U”形路径做周期性运动产生周向往复运动。

2.根据权利要求1所述的液动冲击器，其特征在于：所述的冲击体（4）下端面沿周向均匀设置带有斜面的梯形凸台，砧子（7）为外部具有台阶的筒状体，砧子（7）上端面沿周向也均匀设置带有斜面的梯形凸台，砧子（7）上端的梯形凸台与冲击体（4）下端的的梯形凸台相接触；隔压筒（3）下端面具有齿状结构，砧子（7）上端外壁有台阶，该台阶处有与隔压筒（3）下端面相咬合的齿状结构。

3.根据权利要求1或2所述的液动冲击器，其特征在于：所述的本体（1）与砧子（7）之间设置有套筒（6），砧子（7）中部外壁为八边形结构，套筒（6）内壁为正八边形凹槽结构，砧子（7）与套筒（6）相咬合；本体（1）内壁下部设置凸块，砧子（7）上端外壁有固定槽（14），砧子（7）与本体（1）通过凸块固定在一起。

4.根据权利要求3所述的液动冲击器，其特征在于：所述的冲击体（4）下端面沿周向均匀设置六个带有斜面的梯形凸台，砧子（7）上端面沿周向也均匀设置六个带有斜面的梯形凸台，冲击体（4）带有斜面的梯形凸台与砧子（7）带有斜面的梯形凸台一一对应。

5.根据权利要求4所述的液动冲击器，其特征在于：所述的隔压筒（3）内部沿周向均布六个凹槽，冲击体（4）上部外壁沿周向均布有六个柳叶状凸起（8）。