一种转阀式液动冲击器的制作方法

文档序号:15014957发布日期:2018-07-24 23:21阅读:337来源:国知局

本发明属于钻探机具,具体涉及一种液动冲击器,广泛用于针对硬岩快速钻进的钻井。



背景技术:

随着浅部能源、资源的匮乏,深部找矿、深部油气勘探、干热岩开发利用等相继实施,提高深部坚硬地层钻进进尺效率是降低各类钻井工程成本的重要途径。与回转钻进技术相比,冲击钻进技术在坚硬地层钻井领域具有显著优势并已发展出多种结构的液动冲击器。但由于各类液动冲击器存在结构复杂、使用寿命低、冲击能量小等问题,使液动冲击器的应用受到限制。

中国专利文献cn104405280a于2015年3月11日公开了一种冲程差动式高能液动潜孔冲击器,它由钻头上的花键与花键槽滑动配合,阀盖套与阀套过盈配合装入阀套上端;阀盖插入缸体上端孔中,阀盖径向开有低压排空通道,缸体径向开有与各径向通道相对应的孔道,并与对应轴向孔道进行沟通。高能液动潜孔冲击器上部通过上接头与中接头分别与外缸螺纹连接封装成整体。但是,该专利由于其采用滑阀作为高压流体切换控制机构,存在冲击器结构复杂且分散,滑阀易于卡堵等突出问题。



技术实现要素:

针对现有液动冲击器存在的问题,本发明所要解决的技术问题就是提供一种转阀式液动冲击器,它能避免滑阀引起的卡堵问题,且结构简单、冲击能量大、使用寿命长。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的,它包括上接头、转子、缸体、活塞、中接头、锤体和钻头;上接头通过螺纹与上外管连接,上接头依次将压盖和阀盖固定在缸体的上端面,压盖中心部开有与上接头中心部的第a流体通道相通的通道,压盖侧壁开有径向连通上外管的缝隙所形成的第c流体通道的第b流体通道;

缸体套入上外管中,用于固定缸体的阀座上端抵压上外管的内台阶,阀座下端卡住缸体中部的一个外台阶;自由转动的转子套在缸体的上端外围,位于阀座与缸体之间,活塞置于缸体内,

缸体上段的外壁开有竖向的第e流体空间和第h流体空间;缸体外壁上段的外圆周分布有第t流体通道和第w流体通道,第t流体通道内部开有一个连通第f流体空间的第u流体通道;缸体下部还开有一个从第w流体通道至第m流体空间的第y流体通道;转子的周向分布有第s流体通道和第v流体通道,第s流体通道与第t流体通道对应连通,第v流体通道与第w流体通道对应连通;转子下部的外圆周开有与第s流体通道错位的第x流体通道,对应连通第t流体通道;缸体的第e流体空间的底部开有与第f流体空间径向连通的第g流体通道;缸体内部中段开有与第n流体通道径向连通的第i流体通道;缸体内部中下段开有与第n流体通道径向连通的第l流体通道;缸体内部中下段开有与第h流体空间径向连通的第j流体通道;

活塞为一根活塞杆上加工有上活塞头和下活塞头,缸体上部与上活塞头之间构成第f流体空间;上活塞头与下活塞头之间构成第k流体空间;下活塞头与端盖之间构成第m流体空间;

端盖插入缸体下端,由定位销定位,中接头用螺纹连接上外管与下外管,端盖通过中接头的内台阶限定竖向位置;活塞杆穿过端盖与锤体连接形成一个运动整体,锤体在下外管内;花键套通过螺纹与下外管连接,钻头体上的花键与花键套上的花键槽配合,形成可轴向运动的装配体,并通过半圆卡防止钻头从花键套中脱落;锤体下底面与钻头顶面接触;

阀座与端盖之间的上外管内部空隙构成第n流体通道;锤体与下外管之间的缝隙构成第o流体通道;钻头上端有第p流体通道,钻头中心部设有第q流体通道,钻头下部有第r流体通道。

本发明的技术效果:

采用转子作为控制高压流体切换的部件,具有结构紧凑,不易卡堵,动作灵敏的特点,同时采用转动方式实现流体通道的开闭,在较小转动的情况下亦能最大限度的打开流体通道,降低了高压流体的局部压力损失,提高了高压流体的能量利用效率。

所以本发明的优点是:避免了滑阀引起的卡堵问题,结构简单、冲击能量大、使用寿命长。

附图说明

本发明的附图说明如下:

图1为本发明的结构示意图;

图1a下端与图1b上端连接构成整体;

图2为图1中a—a剖面图;

图3为图1中c—c剖面图;

图4为图1中d—d剖面图;

图5为图1中e—e剖面图;

图6为图1中f—f剖面图;

图7为图1中g—g剖面图;

图8为图1中h—h剖面图。

图中:1.上接头,2.压盖,3.阀盖,4.转子,5.阀座,6.缸体,7.活塞,8.上外管,9.定位销,10.端盖,11.中接头,12.下外管,13.锤体,14.半圆卡,15.钻头,16.花键套;

a.第a流体通道,b.第b流体通道,c.第c流体通道,e.第e流体空间,

f.第f流体空间,g.第g流体通道,h.第h流体空间,i.第i流体通道,

j.第j流体通道,k.第k流体空间,l.第l流体通道,m.第m流体空间,

n.第n流体通道,o.第o流体通道,p.第p流体通道,q.第q流体通道,

r.第r流体通道,s.第s流体通道,t.第t流体通道,u.第u流体通道,

v.第v流体通道,w.第w流体通道,x.第x流体通道,y.第y流体通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:

如图1所示,本发明包括上接头1、转子4、缸体6、活塞7、中接头11、锤体13和钻头15;

上接头1通过螺纹与上外管8连接,上接头1依次将压盖2和阀盖3固定在缸体6的上端面,阀盖3限制转子4的轴向串动,压盖2中心部开有与上接头1中心部的第a流体通道相通的通道,压盖2侧壁开有径向连通上外管8的缝隙所形成的第c流体通道的第b流体通道;

缸体6套入上外管8中,用于固定缸体6的阀座5上端抵压上外管8的内台阶,阀座5下端卡住缸体6中部的一个外台阶;自由转动的转子4套在缸体6的上端外围,位于阀座5与缸体6之间,活塞7置于缸体6内,

如图2所示,缸体6上段的外壁开有竖向的第e流体空间和第h流体空间;缸体6外壁上段的外圆周分布有第t流体通道和第w流体通道,第t流体通道内部开有一个连通第f流体空间的第u流体通道;如图8所示,缸体6下部还开有一个从第w流体通道至第m流体空间的第y流体通道;转子4的周向分布有第s流体通道和第v流体通道,第s流体通道与第t流体通道对应连通,第v流体通道与第w流体通道对应连通;如图3所示,转子4下部的外圆周开有与第s流体通道错位的第x流体通道,对应连通第t流体通道;如图4所示,缸体6的第e流体空间的底部开有与第f流体空间径向连通的第g流体通道;如图5所示,缸体6内部中段开有与第n流体通道径向连通的第i流体通道;如图6所示,缸体6内部中下段开有与第n流体通道径向连通的第l流体通道;如图7所示,缸体6内部中下段开有与第h流体空间径向连通的第j流体通道;

活塞为一根活塞杆上加工有上活塞头和下活塞头,缸体6上部与上活塞头之间构成第f流体空间;上活塞头与下活塞头之间构成第k流体空间;下活塞头与端盖10之间构成第m流体空间;

端盖10插入缸体6下端,由定位销9定位,中接头11用螺纹连接上外管8与下外管12,端盖10通过中接头11的内台阶限定竖向位置;活塞杆穿过端盖10与锤体13连接形成一个运动整体,锤体13在下外管12内;花键套16通过螺纹与下外管12连接,钻头15钻头体上的花键与花键套16上的花键槽配合,形成可轴向运动的装配体,并通过半圆卡14防止钻头从花键套中脱落;锤体13下底面与钻头15顶面接触;

阀座5与端盖10之间的上外管8内部空隙构成第n流体通道;锤体13与下外管12之间的缝隙构成第o流体通道;钻头15上端有第p流体通道,钻头15中心部设有第q流体通道,钻头15下部有第r流体通道。

本发明的工作原理:

高压钻井液通过第a流体通道、第b流体通道、第c流体通道,从转子4的第s流体通道、缸体6的第t流体通道、第u流体通道,进入到第f流体空间,并经过第g流体通道,进入第e流体空间,推动转子4逆时针旋转。

转子4转动后,第s流体通道与第t流体通道隔离,转子4下部的第x流体通道与第t流体通道连通,高压钻井液进入第f流体空间的通道被切断,只能通过转子4的第v流体通道、缸体6的第w流体通道,缸体6下部的第y流体通道,进入到第m流体空间,推动活塞7向上运动。

缸体内部第f流体空间中的流体通过第u流体通道、第t流体通道、转子4下部第x流体通道、第n流体通道、第o流体通道、第p流体通道、第q流体通道和第r流体通道排至孔底。

当活塞7在第m流体空间中的高压流体作用下向上运动到最大值点时,第j流体通道与第m流体空间连通;第g流体通道与第i流体通道通过第k流体空间连通,第e流体空间的流体通过第k流体空间、第i流体通道、第n流体通道、第o流体通道、第p流体通道、第q流体通道和第r流体通道排至孔底;高压流体从第m流体空间经第j第流体通道进入到第h流体空间,推动转子4顺时针旋转。

转子4顺时针旋转之后,第s流体通道与第t流体通道连通,第x流体通道与第t流体通道隔离,高压钻井液进入第f流体空间的通道被打开;

高压钻井液同时进入第f流体空间与第m流体空间中,由于下活塞头连有活塞杆,导致其有效接触面积较小,高压流体作用在上活塞头的有效面积大于作用在下活塞头上的有效面积,活塞7的上活塞头在第f流体空间中所受压力大于下活塞头在第m流体空间中所受的压力,活塞7形成差动作用向下运动。在活塞7运行到下死点时,第h流体空间中的流体通过第j流体通道,第k流体空间及第l流体通道流出。

重复上述过程,实现冲击钻进功能。

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