一种高频低幅轴向冲击器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及的是一种高频低幅轴向冲击器，它包括钻铤外壳短接、中心管、选流器、纵振冲击器，中心管与选流器连接，选流器与纵振冲击器的节流管连接；纵振冲击器壳体的中心安装有节流管，节流管上设置有栅形孔及泄压孔，换向节套装在节流管外，冲锤套装在换向节外；锤体内壁有轴对称冲击槽和外壳半圆槽，冲锤外有锤砧，冲锤内有分流键，在冲锤中部有两个锤砧孔和两个分流键孔；换向节有轴对称换向槽和换向节半圆槽，换向节中部有换向节孔；启动流道由分流孔、选流器和钻铤外壳短接形成的空间、分流键孔依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔、换向节孔、锤砧孔、冲击槽依次相通构成，冲击槽与节流管的泄压孔相通。本发明能产生周期性的稳定的高频低幅的轴向冲击振动，有效提高当前深井、超深井钻井机械钻速。
【专利说明】一种高频低幅轴向冲击器
[0001]一、【技术领域】:
本发明涉及的是石油天然气钻井过程中使用的钻头配套装置，为井下动力冲击工具，具体涉及的是一种高频低幅轴向冲击器。
[0002]二、【背景技术】:
随着勘探开发技术的进步，油气井深度逐渐增大，深井、超深井数目增多。深部地层岩石硬度大，可钻性级值高。钻头在钻进这些地层时，普遍存在机械钻速慢、钻井成本高的问题。现场实践和室内实验研究表明，对钻头施加一定周期性的冲击力，有助于提闻钻头的破岩效率，提高机械钻速。因此，井下动力辅助破岩工具已成为深部地层高效破岩技术的有益补充，有望成为深井钻井提速的一个重要技术手段。中国实用新型专利ZL200420122138.0中公布了一种低频大振幅液力冲击器，其冲击功率大，在中硬地层中破岩效果明显，但在硬地层中容易造成钻头使用寿命低的问题。
[0003]目前，现有技术存在钻井工具结构复杂、易损部件多，且适用井深范围有限等问题，这些因素限制了高频低幅冲击钻井技术的发展。
[0004]三、
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种高频低幅轴向冲击器，它用于解决现有的井下动力冲击工具结构复杂，系统可靠性低，难以有效提高当前深井、超深井钻井机械钻速的问题。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种高频低幅轴向冲击器包括钻铤外壳短接、中心管、选流器、纵振冲击器，中心管顶在外壳短接内的凸台上，并与选流器连接，选流器与纵振冲击器的节流管连接；纵振冲击器包括锤盖体、锤体、冲锤、换向节、节流管，锤盖体连接在锤体的上面，二者连接后形成冲击器壳体，冲击器壳体的中心安装有节流管，节流管具有底座，节流管上设置有栅形孔及泄压孔，换向节套装在节流管外，冲锤套装在换向节外；锤体内壁有轴对称的冲击槽和轴对称的外壳半圆槽，冲锤外表面有轴对称的银石占，冲银内表面有轴对称的分流键，在冲银中部有两个关于银站'纵向对称的银站'孔和两个关于分流键纵向对称的分流键孔；换向节外表面有轴对称的换向槽和轴对称的换向节半圆槽，换向节中部有换向节孔，其底座与锤体内中心管连接；启动流道由分流孔、选流器和钻铤外壳短接形成的空间、分流键孔依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔、换向节孔、锤砧孔、冲击槽依次相通构成，冲击槽与节流管的泄压孔相通。
[0006]上述方案中锤体为内部和外部均带有凸台的开放筒体，钻铤外壳短接套装在锤体外并卡在锤体的外卡槽中，钻铤外壳短接的下部与锤体还用棘爪连接；中心管为具有抬肩结构的圆筒，中心管与选流器螺纹连接，选流器为带有内螺纹的漏斗形部件，选流器的器壁上有分流孔，选流器与节流管螺纹连接；节流管上端从锤盖体穿出，节流管的底座与锤体内壁紧固连接，锤体的出口与钻头相连；中心管、选流器、节流管相通。
[0007]上述方案中换向节为外壁带有凸台的筒状物，凸台位于换向节的中部，换向节的上部紧固有定位螺母，密封环设置在定位螺母之上，定位螺母可以控制换向节轴向运动的距离，密封环可以起到密封作用。
[0008]上述方案中冲锤套装在换向节的凸台处，冲锤的底端座在锤体内部的凸台上，锤体内部的凸台可以控制冲锤轴向运动的距离。
[0009]有益效果:
1、本发明能产生周期性的稳定的高频低幅的轴向冲击振动，是一种多功能、多用途冲击器，该工具产生的振动轴向冲击载荷能够提高钻头牙齿吃入岩石、加速岩屑脱离井底，有效提闻当如深井、超深井钻井机械钻速；易损部件少，工作稳定，使用寿命长，有利于降低钻井成本。
[0010]2、本发明没有电子部件，完全液力机械全金属结构，尺寸较小，其冲击过程不会对随钻电测仪器产生干扰，有利于MWD、LffD等随钻电测仪器的稳定工作。
[0011]四、【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明的结构示意图；
图2为图1中的A-A截面图；
图3为图1中的B-B截面图；
图4为图1中的C-C截面图；
图5为图1中的D-D截面图；
图6为图1中的E-E截面图；
图7为图1中的F-F截面图；
图8为图1中C-C截面图处换向节的示意图。
[0012]1-钻铤外壳短接；2_中心管；3_选流器；4_锤盖体；5_锤体；6_冲锤；7_换向节；8_节流管；9_定位螺母；10-密封环；11-分流孔；12_外壳半圆槽；13_锤砧；14_分流键；15_锤砧孔；16-分流键孔；17-冲击槽；18-换向槽；19-换向节半圆槽；20_换向节孔；21-高压孔；22_栅形孔；23_泄压孔；24_外卡槽。
[0013]五、【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1所示，这种高频低幅轴向冲击器包括钻铤外壳短接1、中心管2、选流器3、纵振冲击器，钻铤外壳短接I上端通过API标准螺纹与钻铤下端螺纹连接，钻铤外壳短接I的下端与锤体5下部间隙安装。中心管2顶在外壳短接内的凸台上，并与选流器3连接，选流器3与纵振冲击器的节流管8螺纹连接。参阅图2，中心管2为具有抬肩结构的圆筒，中心管2与选流器3螺纹连接，选流器3为带有内螺纹的漏斗形部件，选流器3的器壁上有六个分流孔11，六个分流孔11在选流器3上端均匀分布。
[0014]结合图3、图4、图5、图6所示，纵振冲击器是由锤盖体4、锤体5、冲锤6、换向节7、节流管8、定位螺母9和密封环10共同组成的多腔体结构。锤盖体4连接在锤体5的上面，二者连接后形成冲击器壳体，冲击器壳体的中心安装有节流管8，节流管8具有底座；节流管8上端从锤盖体4穿出，节流管8的底座与锤体5内壁紧固连接，锤体5的出口与钻头相连，中心管2、选流器3、节流管8相通；换向节7套装在节流管8夕卜，冲锤6套装在换向节7的凸台处，冲锤6的底端座在锤体5内部的凸台上，冲锤6与锤体5间隙安装，冲锤6与锤体5同轴安装；换向节7为外壁带有凸台的筒状物，凸台位于换向节7的中部，换向节7的上部紧固有定位螺母9，密封环10设置在定位螺母9之上。冲锤6在密封环10、换向节7和锤体5间做周期往复轴向运动，换向节7在密封环10、节流管8间做周期往复轴向运动。
[0015]如图7所示，锤体5为内部带有凸台的开放筒体，锤体5的下部还具有外卡槽24，外卡槽24均匀设置，钻铤外壳短接套装在锤体外并卡在锤体的外卡槽25中，钻铤外壳短接I的下部与锤体5还用棘爪连接。
[0016]锤体5内壁有轴对称的冲击槽17和轴对称的外壳半圆槽12，锤体5外壁有轴对称的高压孔21，冲锤6外表面有轴对称的锤砧13，冲锤6内表面有轴对称的分流键14，在冲锤6中部各有两个关于锤砧13纵向对称的锤砧孔15及关于分流键14纵向对称的分流键孔16 ;节流管8上设置有栅形孔22及泄压孔23，换向节7外表面有轴对称换向槽18和换向节半圆槽19，换向节7中部有换向节孔20 ;其底座与锤体内中心管2连接；启动流道由分流孔11、选流器3和钻铤外壳短接I形成的空间、分流键孔16依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔22、换向节孔20、锤砧孔15、冲击槽17依次相通构成，冲击槽17与节流管8的泄压孔23相通，从冲击器出来的流体从泄压孔23流出。
[0017]选流器3将钻井液流体分为内外两股，外边的流体流向启动流道，通过分流孔11、选流器3和钻铤外壳短接I形成的空间、分流键孔16流入到换向节7中的换向槽18中，不间断给换向节供液；其余内部流体给节流管8供液。
[0018]本发明纵振冲击器工作时，钻铤外壳短接I下端通过棘爪和锤体5下部连接，锤体5下端与钻头连接并带动钻头振动；流体从钻铤外壳短接I的进液孔进入到中心管2中，接着进入选流器3中，并在选流器3中分流，中心流体由锤体5进入节流管8，其余从选流器3的分流孔11流向选流器3和钻铤外壳短接I形成的空间；由节流管8到冲击器出口部分，内部流体可以分为两部分:一部分流体由节流管8直接出来；另一部分流体经节流管8中的栅形孔22流经换向节7的换向节孔20进入锤砧孔15，最终进入到冲击槽17中，并最终从冲击槽17进入到泄压孔23，这部分流体与前两部分流体在冲击器出口汇合，再经过钻头喷嘴进入环空空间；在冲击流道中流体和启动流道中流体的共同作用下，冲锤6、换向节7和锤体5协同实现了锤砧13在冲击槽17中反复运动，产生轴向冲击，并通过锤体5下端传递给钻头。
【权利要求】
1.一种高频低幅轴向冲击器，其特征在于:这种高频低幅轴向冲击器包括钻铤外壳短接(I)、中心管(2)、选流器(3)、纵振冲击器，中心管(2)顶在外壳短接内的凸台上，并与选流器(3)连接，选流器(3)与纵振冲击器的节流管(8)连接；纵振冲击器包括锤盖体(4)、锤体(5)、冲锤(6)、换向节(7)、节流管(8)，锤盖体(4)连接在锤体(5)的上面，二者连接后形成冲击器壳体，冲击器壳体的中心安装有节流管(8 )，节流管(8 )具有底座，节流管(8 )上设置有栅形孔(22)及泄压孔(23)，换向节(7)套装在节流管(8)外，冲锤(6)套装在换向节(7)外；锤体(5)内壁有轴对称的冲击槽(17)和轴对称的外壳半圆槽(12)，冲锤(6)外表面有轴对称的锤砧(13 )，冲锤(6 )内表面有轴对称的分流键(14 )，在冲锤(6 )中部有两个关于锤砧(13)纵向对称的锤砧孔(15)和两个关于分流键(14)纵向对称的分流键孔(16);节流管(8)上设置有栅形孔(22)及泄压孔(23)，换向节(7)外表面有轴对称换向槽(18)和换向节半圆槽(19)，换向节(7)中部有换向节孔(20);其底座与锤体内中心管(2)连接；启动流道由分流孔(11)、选流器(3)和钻铤外壳短接(I)形成的空间、分流键孔(16)依次相通构成，启动流道与纵振冲击器出口相通；冲击流道由栅形孔(22)、换向节孔(20)、锤砧孔(15),冲击槽(17)依次相通构成，冲击槽(17)与节流管(8)的泄压孔(23)相通。
2.根据权利要求1所述的高频低幅轴向冲击器，其特征在于:所述的锤体(5)为内部和外部均带有凸台的开放筒体，钻铤外壳短接(I)套装在锤体(5)外并卡在锤体的外卡槽(24)中，钻铤外壳短接(I)的下部与锤体(5 )还用棘爪连接；中心管(2 )为具有抬肩结构的圆筒，中心管(2)与选流器(3)螺纹连接，选流器(3)为带有内螺纹的漏斗形部件，选流器(3)的器壁上有分流孔(11)，选流器(3)与节流管(8)螺纹连接；节流管(8)上端从锤盖体(4)穿出，节流管(8)的底座与锤体(5)内壁紧固连接，锤体(5)的出口与钻头相连；中心管(2)、选流器(3)、节流管(8)相通。
3.根据权利要求1所述的高频低幅轴向冲击器，其特征在于:所述的换向节(7)为外壁带有凸台的筒状物，凸台位于换向节的中部，换向节(7 )的上部紧固有定位螺母(9 )，密封环(10 )设置在定位螺母(9 )之上。
4.根据权利要求1所述的高频低幅轴向冲击器，其特征在于:所述的冲锤(6)套装在换向节的凸台处，冲锤(6)的底端座在锤体(5)内部的凸台上。
【文档编号】E21B1/38GK103821452SQ201410087259
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】李玮, 殷代印, 刘维凯, 李亚楠, 董池, 王利生 申请人:东北石油大学