钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于石油钻井、地质钻探等领域的钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器。它能够将泥浆的压力能转换为中心管的螺旋冲击。其技术方案是：上接头、上壳体、中接头、下壳体和下接头依次通过螺纹配合，固定后内部形成空腔，空腔由上向下依次是阀体、阀体弹簧、驱动锤、中心管、碟簧、冲击碰嘴；驱动锤和内筒通过内筒弹簧轴向定位，周向均设有通孔；中心管外表面设有螺旋轴承槽。该工具通过泥浆压力带动驱动锤轴向运动，对中心管产生轴向冲击；在驱动锤、碟簧和螺旋轴承的共同作用下，中心管带动冲击喷嘴对下接头产生周期性的螺旋冲击，并作用于下部钻具，可有效提高钻头的破岩效率，降低钻井成本，同时减少粘滑现象的产生。
【专利说明】
钻井提速増效用螺旋式双级复合冲击器
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于石油天然气钻井、地质钻探等领域的钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器。
【背景技术】
[0002]常规钻井主要采用的是利用钻机回转器或底部动力钻具转动钻头来破碎孔底岩石的钻进方法，即回转钻进技术。而当钻进遇到坚硬、破碎岩层以及中等硬度的粗粒不均质岩层时，会出现钻头破岩效率低，机械钻速下降等问题。
[0003]目前，冲击回转钻进是解决上述问题的一种有效方法，通常情况下是在普通的回转钻进的钻具上部加上一个冲击器，将连续的冲击载荷传递到钻头上，使钻头以回转切削和冲击两种方式联合破碎岩石。一般来说，外硬、坚硬岩石具有脆性大、抗静压强度高，而抗冲击载荷能力差的特点，由于冲击器连续不断地对岩石施加冲击载荷，除产生剪切体外，还使岩石表面的裂纹裂隙扩展，机械强度降低，为回转剪切碎岩创造了较为有利的条件。此方法可以提高破岩效率，延长回次进尺，降低钻井成本。
[0004]在石油钻井领域，应用最多的是液力冲击器和空气锤，其中液力冲击器应用广泛，时间较长，但还是存在一系列问题，如冲击器结构复杂，易损件较多，冲锤冲程较短，寿命不长，稳定性不高等。因此，为解决现有冲击器使用过程中的问题，设计了一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器。
【发明内容】
[0005]为了解决现有液动冲击器使用效果不理想和钻头破岩效率不高的问题，本发明提供了一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器。本发明的冲击器以钻探冲洗液(泥浆)为动力介质，利用高压液流能量，带动阀体并推动驱动锤沿轴向向下移动，使泥浆通过内筒与驱动锤之间的过流面积发生改变，从而过程中产生的压差，当驱动锤达到极限位置时，驱动锤与中心管一次碰撞，中心管在冲击力的作用下与下接头二次碰撞，配合碟簧作用，产生周期性的螺旋冲击作用在井底钻具上，从而提高钻头的破岩效率，同时也改善了现有液动冲击器使用效果不理想的问题。
[0006]本发明的技术方案是:一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器，由上接头、阀体、阀体弹簧、上壳体、内筒、驱动锤、内筒弹簧、中心管、活动浮塞、浮塞密封圈、中接头、下壳体、下壳体密封圈、锁紧套、上套筒、碟簧、下套筒、喷嘴密封圈、冲击喷嘴、下接头、支撑套和下接头密封圈组成，其特征在于:上接头、上壳体、中接头、下壳体和下接头依次通过螺纹连接，固定后内部形成空腔，空腔由上向下依次是阀体、阀体弹簧、驱动锤、中心管、碟簧、冲击碰嘴；阀体上端设有周向均布的3个流水通孔，下端与驱动锤上端采用间隙配合;驱动锤设有4排等间距周向均布的6个流水通孔；阀体弹簧放置于阀体和驱动锤的台肩之间；内筒设有6个端面均布的深孔，4排等间距周向环形空槽，与上壳体螺纹连接，与驱动锤间隙配合;阀体弹簧放置于内筒和驱动锤的台肩之间；中心管外表面分别设有3列周向均布的直线轴承槽和斜轴承槽，其上部与驱动锤间隙配合，中部台阶与碟簧配合，下部与冲击喷嘴螺纹连接;活动浮塞位于中心管和中接头之间；锁紧套外表面设有矩形螺纹与下接头连接，内部设有四排等间距周向分布的半圆轴承槽，每排配合3个滚珠;锁紧套向下依次为上套筒、碟簧、下套筒;上套筒内部设有周向局布的3列螺旋轴承，每列可配合4个滚珠;碟簧位于上套筒、下套筒的台肩之间；下套筒下端面与下接头上端面轴向定位;活动浮塞与中心管之间设有浮塞密封圈；下壳体与中心管之间设有下壳体密封圈；冲击喷嘴与下接头之间设有喷嘴密封圈；下壳体与下接头之间设有支撑套和下接头密封圈。本发明的有益效果是:(I)利用内筒和冲击锤的通孔轴向面积变化产生压力差，实现轴向冲击，并配合碟簧使中心管产生周期性的往复运动，减少了辅助能量的供给，提高了能量利用率；(2)中心管往复运动过程中，在螺旋轴承的作用下产生轴向和周向复合运动，并对下部钻具进行多次冲击，可提高钻头的破岩效率，同时减少粘滑现象的产生；(3)与其他工具配合使用，能够有效控制和增加钻头的机械钻速，延长钻具的使用寿命；(4)浮动活塞用于密封上壳体泄露的钻井液和平衡螺杆钻具的振动对钻井液压力的影响。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图；
[0008]图2为本发明图1中A-A面的截面图；
[0009]图3为本发明图1中B-B面的截面图；
[0010]图4为本发明图1中C-C面的截面图；
[0011]图5为本发明图1中内筒的三维图；
[0012]图6为本发明图1中中心管的三维图；
[0013]图7为本发明图1中锁紧套的三维图；
[0014]图8为本发明图1中上套筒的三维图；
[0015]图中:1.上接头，2.阀体，3.阀体弹簧，4.上壳体，5.内筒，6.驱动锤，7.内筒弹簧，
8.中心管，9.活动浮塞，10.浮塞密封圈，11.中接头，12.下壳体，13.下壳体密封圈，14.锁紧套，15.上套筒，16.碟簧，17.下壳体，18.喷嘴密封圈，19.冲击喷嘴，20.下接头，21.支撑套，22.下接头密封圈。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0017]参见附图1，一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器，由上接头1、阀体2、阀体弹簧3、上壳体4、内筒5、驱动锤6、内筒弹簧7、中心管8、活动浮塞9、浮塞密封圈10、中接头U、下壳体12、下壳体密封圈13、锁紧套14、上套筒15、碟簧16、下套筒17、喷嘴密封圈18、冲击喷嘴19、下接头20、支撑套21和下接头密封圈22组成，其特征在于:上接头1、上壳体4、中接头11、下壳体12和下接头20依次通过螺纹连接，固定后内部形成空腔，空腔由上向下依次是阀体2、阀体弹簧3、驱动锤6、中心管8、碟簧16、冲击碰嘴20;阀体2上端设有周向均布的3个流水通孔，下端与驱动锤6上端采用间隙配合;驱动锤6设有4排等间距周向均布的6个流水通孔；阀体弹簧3放置于阀体2和驱动锤6的台肩之间；内筒5设有6个端面均布的半圆深孔，4排等间距周向环形空槽，与驱动锤6间隙配合；阀体弹簧7放置于内筒5和驱动锤6的台肩之间；中心管8外表面分别设有3列周向均布的直线轴承槽和斜轴承槽，其上部与驱动锤6间隙配合，中部台阶与碟簧16配合，下部与冲击喷嘴19螺纹连接;活动浮塞9位于中心管8和中接头11之间；锁紧套14表面设有矩形螺纹与下接头12连接，内部设有四排等间距周向分布的半圆轴承槽，每排配合3个滚珠;锁紧套14向下依次为上套筒15、碟簧16、下套筒17;上套筒15内部设有周向局布的3列螺旋轴承，每列可配合4个滚珠;碟簧16位于上套筒15、下套筒17的台肩之间；下套筒17上端面与下接头20上端面轴向定位;另外，活动浮塞9与中心管8之间设有浮塞密封圈10;下壳体12与中心管8之间设有下壳体密封圈13;冲击喷嘴19与下接头20之间设有喷嘴密封圈18;下壳体12与下接头20之间支撑套21和下接头密封圈22。
[0018]运行时，泥浆通过上接头I通道挤压阀体2和弹簧3，进入上接头I空腔内流入阀体2通孔后，进入驱动锤6。随着泥浆的增多，泥浆压力增大，阀体2和阀体弹簧3—起推动驱动锤6往下运动，驱动锤6通孔与内筒5通孔过流面积逐渐增大，压差逐渐减小。当过流面积最大时，驱动锤6与中心管8碰撞，中心管8连接冲击喷嘴19向下移动，与下接头20二次碰撞。在碟簧16的作用下，中心管8往上运动，并带动冲击锤6往上运动;驱动锤6通孔与内筒5通孔过流面积逐渐增小，压差逐渐减大，在阀体弹簧3、内筒弹簧7和泥浆的共同作用下，驱动锤6达到极限位置后，往下运动，此时运动周期完成，之后重复之前的动作，如此往复性的周期运动，产生一定频率和大小的稳定的冲击力。
【主权项】
1.一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器，由上接头(I)、阀体(2)、阀体弹簧(3)、上壳体(4)、内筒(5)、驱动锤(6)、内筒弹簧(7)、中心管(8)、活动浮塞(9)、浮塞密封圈(10)、中接头(U)、下壳体(12)、下壳体密封圈(13)、锁紧套(14)、上套筒(15)、碟簧(16)、下套筒(17)、喷嘴密封圈(18)、冲击喷嘴(19)、下接头(20)、支撑套(21)和下接头密封圈(22)组成，其特征在于:上接头(1)、上壳体(4)、中接头(11)、下壳体(12)和下接头(20)依次通过螺纹连接，固定后内部形成空腔，空腔由上向下依次是阀体(2)、阀体弹簧(3)、驱动锤(6)、中心管(8)、碟簧(16)、冲击碰嘴(20);阀体(2)上端设有周向均布的3个流水通孔，下端与驱动锤(6)上端采用间隙配合;驱动锤(6)设有4排等间距周向均布的6个流水通孔;阀体弹簧(3)放置于阀体(2)和驱动锤(6)的台肩之间；内筒(5)设有6个端面均布的半圆深孔，4排等间距周向环形空槽，与驱动锤(6)间隙配合；阀体弹簧(7)放置于内筒(5)和驱动锤(6)的台肩之间；中心管(8)外表面分别设有3列周向均布的直线轴承槽和斜轴承槽，其上部与驱动锤(6)间隙配合，中部台阶与碟簧(16)配合，下部与冲击喷嘴(19)螺纹连接;活动浮塞(9)位于中心管(8)和中接头(11)之间;锁紧套(14)外表面设有矩形螺纹与下接头(12)连接，内部设有四排等间距周向分布的半圆轴承槽，每排配合3个滚珠;锁紧套(14)向下依次为上套筒(15)、碟簧(16)、下套筒(17);上套筒(15)内部设有周向局布的3列螺旋轴承，每列可配合4个滚珠;碟簧(16)位于上套筒(15)、下套筒(17)的台肩之间；下套筒(17)下端面与下接头(20)上端面轴向定位;另外，活动浮塞(9)与中心管(8)之间设有浮塞密封圈(10);下壳体(12)与中心管(8)之间设有下壳体密封圈(13);冲击喷嘴(19)与下接头(20)之间设有喷嘴密封圈(18);下壳体(12)与下接头(20)之间设有支撑套(21)和下接头密封圈(22)。2.根据权利要求1所述的一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器，其特征在于:所述的驱动锤(6)在泥浆压力的驱动下向前运动，当压力较小时泥浆从阀体(2)的通孔中进入驱动锤(6);当压力较大时，泥浆推动驱动锤(6)使其与内筒(5)连通，泥浆从内筒(5)的通孔中流入驱动锤(6)通孔。3.根据权利要求1所述的一种钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器，其特征在于:所述的中心管(8)与锁紧套(14)、上套筒(15)之间形成螺旋配合，中心管(8)可实现螺旋冲击，作用于底部钻具上，从而提1?钻头破岩效率D
【文档编号】E21B4/02GK105909166SQ201610250089
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】田家林, 杨志, 杨琳, 吴纯明, 刘刚, 袁长福, 吴波, 杨应林, 胡书辉, 杜凡, 周韬, 蔡旭东
【申请人】西南石油大学