涡轮式双向高频复合冲击器的制作方法

文档序号:13624309阅读:460来源:国知局
涡轮式双向高频复合冲击器的制作方法

本发明是关于一种用于石油钻井的井下工具,尤其涉及一种涡轮式双向高频复合冲击器。



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。



技术实现要素:

为了解决钻井过程中的钻头卡钻和钻柱的粘滑现象,提出了一种涡轮式双向高频复合冲击器,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。

本发明的技术方案是:涡轮式双向高频复合冲击器是由涡轮总成、冲击总成和转换接头组成,涡轮总成前端连接转换接头,转换接头前端连接冲击总成;所述的涡轮总成包括涡轮本体、角接触球轴承、防掉环a、限位套筒a、涡轮定子、涡轮转子、传动键、限位套筒b、矩形密封圈、涡轮轴、圆柱滚子轴承、推力球轴承、防掉环b,依次将涡轮转子、涡轮定子和限位套筒b通过传动键安装在涡轮轴上,将防掉环a安装在涡轮轴的上部,将两个角接触球轴承反向安装在涡轮本体和涡轮轴上部,预先将限位套筒a和矩形密封圈安装到涡轮本体上,再通过花键配合将涡轮定子放入涡轮本体内,从上到下依次将圆柱滚子轴承、推力球轴承和限位环安装在涡轮轴前段台阶,涡轮轴前端与传动轴螺纹连接;转换接头后端与涡轮本体连接,前端与短接头连接;所述的冲击总成包括套筒、旋转阀、阀盖、锤头、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传动轴前端,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,套筒安装在转换接头和锤体筒之间;通过涡轮总成的涡轮转子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。

上述方案中所述的涡轮式双向高频复合冲击器,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,旋转阀在涡轮总成的带动下旋转,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。

上述方案涡轮式双向高频复合冲击器所述的锤体筒,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。

本发明的有益效果是:(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)该工具的涡轮总成不产生轴向压力、能量转化效率高、轴向尺寸短;(3)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;(4)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;(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是本发明的结构示意图。

图2是本发明图1中的a-a截面图。

图3是本发明图1中的b-b截面图。

图4是本发明图1中的c-c截面图。

图5是旋转阀结构示意图。

图6是阀盖结构示意图。

图7是锤头结构三维示意图。

图8是锤体筒结构示意图。

图9是下接头结构三维示意图。

图中1.涡轮本体,2.角接触球轴承,3.防掉环a,4.限位套筒a,5.涡轮定子,6.涡轮转子,7.传动键,8.限位套筒b,9.矩形密封圈,10.涡轮轴,11.圆柱滚子轴承,12.推力球轴承,13.防掉环b,14.转换接头,15.传动轴,16.短接头,17.套筒,18.旋转阀,19.阀盖,20.锤头,21.锤体筒,22.冲击壳体,23.锁紧筒,24.下接头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例,对本发明进行详细描述。

参见附图,涡轮式双向高频复合冲击器由涡轮总成、冲击总成和转换接头(14)组成,涡轮总成前端连接转换接头14,转换接头14前端连接冲击总成;所述的涡轮总成包括涡轮本体1、角接触球轴承2、防掉环a3、限位套筒a4、涡轮定子5、涡轮转子6、传动键7、限位套筒b8、矩形密封圈9、涡轮轴10、圆柱滚子轴承11、推力球轴承12、防掉环b13,依次将涡轮转子6、涡轮定子5和限位套筒b8通过传动键7安装在涡轮轴10上,将防掉环a3安装在涡轮轴10的上部,将两个角接触球轴承2反向安装在涡轮本体1和涡轮轴10上部,预先将限位套筒a4和矩形密封圈9安装到涡轮本体1上,再通过花键配合将涡轮定子5放入涡轮本体1内,从上到下依次将圆柱滚子轴承11、推力球轴承12和限位环13安装在涡轮轴10前段台阶,涡轮轴10前端与传动轴15螺纹连接;转换接头14后端与涡轮本体1连接,前端与短接头16连接。

所述的冲击总成由套筒17、旋转阀18、阀盖19、锤头20、锤体筒21、冲击壳体22、锁紧筒23和下接头24组成,旋转阀18的后端通过螺纹固定在传动轴15前端,阀盖19安装在锤体筒21的端面,锤头24安装在阀盖21和锤体筒21之间,锤体筒21安装在冲击壳体22的内部,通过锁紧筒23和锤体筒21螺纹连接将下接头24轴向固定在冲击壳体22上,锤体筒21和冲击壳体22通过牙嵌的方式与下接头(24)周向固定,套筒(17)安装在转换接头(14)和锤体筒21之间;通过涡轮总成的涡轮转子6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18旋转,由于在旋转阀18和阀盖19都开有孔,使钻井液周期性进锤头20和锤体筒21腔内,在液体的推动下锤头20周期性撞击锤体筒产生周向震击,同时旋转阀18和阀盖19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21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18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18在涡轮总成的带动下旋转,并在阀盖19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19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18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20和锤体筒21的腔内,利用液压推动锤头20在锤体筒21缺口处旋转,液体从冲击进液孔进入推动锤头20周向正方向撞击锤体筒21,液体从复位回程进液孔进入推动锤头20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。

所述的锤体筒21,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23的外螺纹配合。

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