冲程差动式高能液动潜孔冲击器的制造方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种钻探机具，尤其是用于油气钻井、矿产勘探、干热岩快速钻井用高能液动潜孔冲击器。
【背景技术】
[0002]在各类钻井工程中，钻进效率是制约各类钻井工程成本的主要因素，采用高效能的钻井工具能够在钻进坚硬、破碎地层过程中大幅提高钻进效率，有效降低钻井成本。现有的各类钻进方法中，冲击回转钻进工艺被认为是最为高效的钻进方法，风动潜孔锤是目前钻进效率最高的潜孔锤钻具，然而由于其钻进深度受地层背压限制，只能用于浅孔钻进。现有的各类液动潜孔冲击器采用钻井液作为动力传输介质，能够适用于各类钻孔工程并不受井深限制，但均未采用冲程差动回路，不能形成较大的冲击末速度，单次冲击功小，钻进效率远远低于风动潜孔锤钻进。在深井钻进中，钻具的使用寿命也是影响钻进效率的关键因素之一，因此发展具有高冲击功，长寿命的液动潜孔冲击器，对促进深部矿产勘探、地热资源开发利用和提高油气钻井效率具有重要意义。
[0003]CN201420513172.4公开了一种《阀式高能液动潜孔锤》，其阀芯采用运动台阶面对流体进行控制，配合面多，加工精度要求高，容易磨损。且阀芯没有缓冲机构，阀芯行程死点容易因频繁刚性碰撞而坏损失效，不利于高能持续输出。其活塞加工多段台阶面，总体轴向尺寸较长，配合面多，摩擦面积较大，在井底复杂环境中可靠性较差。
【发明内容】
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[0004]本实用新型针对现有各类液动潜孔冲击器存在的不足，提供了一种冲程差动式高能液动潜孔冲击器。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]冲程差动式高能液动潜孔冲击器，是由钻头20上的花键与花键套19上的花键槽滑动配合，钻头20沿轴向滑动，并通过半圆卡17与钻头20下部台阶对钻头20限位，防止钻头从花键套中滑落，花键套19通过螺纹与外管18连接，外管18与中接头15螺纹连接，中间接头15通过螺纹与外缸9连接，缸套11与端盖套13采用过盈配合分别装入缸体10和下缸盖14中，活塞12加工成直径不同的两段，形成活塞台阶面32，活塞大直径段全部配合表面与小直径段下端配合表面加工有螺旋槽，活塞12与缸套11以及缸盖套13间隙配合，使活塞12在缸套11与下缸盖14中自由滑动；缸套11从上到下径向依次开有阀套内部腔体到活塞后腔下端径向阀口通道XVL阀后腔到活塞后腔下端径向阀口通道XVIL阀前腔到活塞后腔下端径向阀口通道X IX，活塞前腔到阀后腔径向阀口通道X X，防空打高压流体径向阀口通道XX I以及活塞前腔常高压流体径向通道；下缸盖14通过定位销34定位，密封圈密封，下缸盖14插入到缸体10下端，并被中接头15的内台阶压紧在缸体10下端，活塞12下端小直径段与冲锤16通过锥面过盈配合连成一体，冲锤16与中间接头15存有间隙可自由滑动，缸体10间隙配合装入外缸9中，阀垫8与阀套6间隙配合装入缸体10中，阀垫8径向开有低压排空通道X VI ;阀套6从上到下径向依次开有阀后腔到活塞后腔上端径向阀口通道VI，阀前腔到活塞后腔上端径向阀口通道珊，阀套内部腔体到活塞后腔上端径向阀口通道IX以及阀前腔到活塞后腔上端径向阀口通道X III，且设置密封圈来防止各径向阀口通道处流体相互沟通；缸体10轴向设置5对轴向孔道，且在上端轴向孔道末端，通过堵头21插入焊接封死；滑阀7间隙配合装入阀套6中，滑阀7在阀套6内往复运动，滑阀7设有4段台阶，与阀盖套5及阀套6共同形成缓冲台阶31、阀后腔22、阀中部常高压腔24、阀套内部腔体25和阀前腔23 ;滑阀7中部贯通，形成阀中心通道与低压排空通道沟通，阀中心通道下端径向均布4个孔道X II和一个以上孔道X V ；;阀盖套5与阀套6过盈配合装入阀套6上端，并以阀套6上台阶限位，且阀盖套5内表面与滑阀7间隙配合，滑阀7上端在阀盖套5中滑动；阀盖4通过定位销3定位与密封圈密封，插入缸体10上端孔中，阀盖4径向开有低压排空通道IV，上端安放有调整垫2，缸体10径向开有与各径向通道相对应的孔道，并与5对轴向孔道进行沟通。整个高能液动潜孔冲击器上部通过上接头I与中接头15分别与外缸9螺纹连接，将内部各零件封装成整体。
[0007]所述活塞12与缸套11以及缸盖套13配合处设有螺旋槽。
[0008]所述缓冲台阶31与缓冲穴28的间隙为0.05-1.0mm。
[0009]所述滑阀7向下运动时，滑阀7前腔设有的节流孔X V排出前腔液体，一个以上节流孔沿径向均布设置，节流孔X V直径为l-10mm。
[0010]有益效果:本实用新型活塞轴向尺寸短，配合面少，大大减少了泄露面积，且装配容易，不易磨损；滑阀与活塞的往复运动切换采用了径向阀孔与运动台阶面混合进行控制，且以径向阀孔控制为主，灵敏度更高，配合面少，不易磨损，使用寿命长，保证了高能冲击功持续输出。活塞12，与缸套11以及缸盖套13配合处加工有螺旋槽，既可防止液压卡紧，又可使泥浆中固体颗粒顺利通过，减少磨损。设有缓冲机构，滑阀7上端设有缓冲台阶31，缓冲台阶31与缓冲穴28之间间隙配合，间隙为0.05-1.0mm之间，当运动到上死点前，缓冲台阶31插入缓冲穴28中对阀7向上运动进行缓冲；而滑阀7向下运动时，滑阀7前腔由节流孔X V，排出前腔液体，节流孔直径为1-lOmm，一个以上节流孔沿径向均布设置，从而对滑阀7向下运动进行缓冲。设置缓冲机构可以大幅度减少滑阀7在往复滑动过程中对阀垫8与阀盖4的碰撞，减少滑阀7损伤，延长工作寿命；冲程采用差动回路，使活塞在较短行程内快速获得较大的冲击末速度，大幅提高硬岩钻进效率；设有新型防空打机构，当钻具提离孔底后，由于自重作用活塞12、冲锤17随钻头21完全下滑，钻头靠半圆卡17悬挂在花键套19上端的台阶上。这时活塞12上端面33位于防空打高压流体径向阀口通道X X I以下，高压泥浆由通道1、11、111和通道乂乂 I进入活塞后腔26，再通过XVDI和VII通道进入阀后腔22，以及通过XIV和XIX通道进入阀前腔23。这时，压力作用于4个台阶面上，由于Α2+Α3>Α1+Α4,因此滑阀7总体受力向上，开始向上运动并运动到上死点，这时ΧΠ通道与25相通，活塞后腔26中的高压泥浆由X VII与X通道进入25腔体与24腔体，经ΧΠ通道、XI通道、XVI通道以及V通道，进入X XIII通道流入孔底，而不能驱动冲击器工作，形成防空打，保证在钻具提离孔底时冲击器不工作从而保证钻具安全。
【附图说明】
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[0011]附图1为冲程差动式高能液动潜孔冲击器结构图
[0012]图1a下端与图1b上端连接构成整体
[0013]附图2为图1中A— A剖面图
[0014]附图3为图1中B— B剖面图
[0015]附图4为图1中C一C剖面图
[0016]附图5为图1中D— D剖面图
[0017]附图6为图1中E—E首I]面图
[0018]附图7为图1中F— F剖面图
[0019]附图8为图1中G— G剖面图
[0020]附图9为图1中H— H剖面图
[0021]附图10为图1中I—I剖面图
[0022]附图11为图1中J一J剖面图
[0023]附图12为图1中K一K剖面图
[0024]附图13为图1中L一L剖面图
[0025]附图14为图1中M— M剖面图
[0026]附图15为图1中N— N剖面图
[0027]I上接头，2调整垫，3阀盖定位销，4阀盖，5阀盖套，6阀套，7滑阀，8阀垫，9外缸，10缸体，11缸套，12活塞，13缸盖套，14下缸盖，15中接头，16冲锤，17半圆卡，18外管，19花键套，20钻头，21堵头，22阀后腔；23阀前腔，24阀中部常高压腔，25阀套内部腔体，26活塞后腔，27活塞前腔，28缓冲穴，29阀套台阶面，30阀台阶面，31阀上端缓冲台阶，32活塞台阶面，33活塞上端面，34下缸盖定位销。
[0028]I 一高压流体中心输入通道；II一高压流体径向输入通道；111 一高压流体轴向输入通道；IV—阀中心通道上端径向低压排空通道；V—轴向低压排空通道；VI—阀后腔到活塞后腔上端径向通道；νπ—阀后腔到活塞后腔轴向通道；珊一阀中部常高压腔径向通道；IX—阀套内部腔体到活塞后腔上端径向通道；X—阀套内部腔体到活塞后腔轴向通道；ΧΙ—阀中心通道；ΧΠ—阀体径向排空通道，4处均布设置；XIII —阀前腔到活塞后腔上端径向通道；XIV—阀前腔到活塞后腔轴向通道；X V—阀前腔节流排空孔，两处均布设置；XVI—阀中心通道下端径向低压排空通道；χνπ —阀套内部腔体到活塞后腔下端径向通道；XVDI—阀后腔到活塞后腔下端径向阀口通道；XIX—阀前腔到活塞后腔下端径向阀口通道；X X—活塞前腔到阀后腔径向阀口通道；X X I 一防空打高压流体径向阀口通道；X X II—活塞前腔常高压流体径向通道；X XIII—孔底排空通道。
[0029]Al:后腔阀台阶面积；Α2:前腔阀台阶面积；Α3常压腔阀上台阶面积；Α4:常压腔阀下台阶面积。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明:
[0031]冲程差动式高能液动潜孔冲击器，是由钻头20上的花键与花键套19上的花键槽滑动配合，钻头20沿轴向滑动，并通过半圆卡17与钻头20下部台阶对钻头20限位，防止钻头从花键套中滑落，花键套19通过螺纹与外管18连接，外管18与中接头15螺纹连接，中间接头15通过螺纹与外缸9连接，缸套11与端盖套13采用过盈配合分别装入缸体10和下缸盖14中，活塞12加工成直径不同的两段，形成活塞台阶面32，活塞大直径段全部配合表面与小直径段下端配合表面加工有螺旋槽，活塞12与缸套11以及缸盖套13间隙配合，活塞12与缸套11以及缸盖套13配合处设有螺旋槽，使活塞12在缸套11与下缸盖14中自由滑动；缸套11从上到下径向依次开有阀套内部腔体到活塞后腔下端径向阀口通道X VL阀后腔到活塞后腔下端径向阀口通道X珊，阀前腔到活塞后腔下端径向阀口通道XIX，活塞前腔到阀后腔径向阀口通道XX，防空打高压流体径向阀口通道XX I以及活塞前腔常高压流体径向通道；下缸盖14通过定位销34定位，密封圈密封，下缸盖14插入到缸体10下端，并被中接头15的内台阶压紧在缸体10下端，