一种扭转冲击发生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种扭转冲击发生器，包括扭转冲击发生器本体，所述扭转冲击发生器本体的上端设置有用于与钻铤相连的转换接头，扭转冲击发生器本体的下端设置有用于与钻头相连的钻头套筒，所述扭转冲击发生器本体包括壳体、导流套、砧座、锤头、定位套及筛管，所述壳体的内部设置有防掉台肩，防掉台肩与钻头套筒的上部相连，所述导流套位于壳体的内部且位于上述转换接头的下方，所述砧座位于壳体的内部且位于上述导流套的下方，砧座与导流套之间设置有密封盖。本实用新型的结构紧凑，运动部件少，可将钻井液的流体能量转换而来的扭转冲击直接作用在钻头上，提高了机械钻速的同时，消除了钻头的粘滑振动，提高了钻头钻进的稳定性。
【专利说明】一种扭转冲击发生器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油天然气钻井设备领域，尤其涉及一种扭转冲击发生器。
【背景技术】
[0002]目前，我国陆地油气勘探开发呈现出由东向西并向深井、超深井发展的趋势，与此同时，海洋油气开发由滩海与浅海逐步转向深海。随着油气勘探逐步向深部底层鱼深海域发展，钻井操作面临越来越复杂的底层环境及钻井工艺难题，勘探开采难度不断加大，在深井、超深井的钻井过程中，随着井深的增加，岩石硬度及塑性增大，研磨性增强，可钻性变差，下部钻具粘滑震动剧烈。钻具的粘滑振动现象不但造成机械钻速降低，还可能造成井下事故的发生，严重影响油气勘探开发的进行。
[0003]专利US6742609B2公开了一种采用涡轮驱动的冲击结构，专利CN103075097公开了一种采用流道转换形成高低压腔的驱动冲击机构，二者均能形成高频扭转冲击且将该冲击直接传至钻头，但两者都存在不足之处，前者的不足之处在于:几何机构为棘轮的冲击件的磨损较快，消耗的压降较大，降低了整个工具的使用寿命；后者的不足之处在于:(I)岩屑有可能进入外壳花键与钻头套筒花键槽之间的间隙，导致工具失效；(2)、防掉装置中的弹簧在高频运动中容易变形或折断，使得防掉块内移，导致掉钻现象；(3)、根据所披露的结构，密封盖和导流套为一体结构，存在不合理之处，加快了工具的失效；(4)、节流喷嘴和筛管为一体式涉及，不便于压力调节。
[0004]由此可见,现有技术有待于进一步的改进和提闻。
实用新型内容
[0005]本实用新型为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种扭转冲击发生器。
[0006]本实用新型所采用的技术方案为:
[0007]—种扭转冲击发生器，包括扭转冲击发生器本体，所述扭转冲击发生器本体的上端设置有用于与钻铤相连的转换接头，扭转冲击发生器本体的下端设置有用于与钻头相连的钻头套筒，所述扭转冲击发生器本体包括壳体、导流套、砧座、锤头、定位套及筛管，所述壳体的内部设置有防掉台肩，防掉台肩与钻头套筒的上部相连，所述导流套位于壳体的内部且位于上述转换接头的下方，所述砧座位于壳体的内部且位于上述导流套的下方，砧座与导流套之间设置有密封盖，所述砧座为中空结构，砧座内部设置有两个冲击腔，所述筛管位于砧座内且其上端与所述导流套密封连接、下端与砧座的下部固连，所述定位套位于砧座与筛管之间且其上、下部分别通过轴环与筛管相连，所述定位套的外侧设置有两个启动腔，所述锤头位于砧座的内部且其上端与所述密封盖相连、下端通过轴环固定在砧座上，锤头包括冲击锤头和启动锤头，所述冲击锤头位于上述冲击腔内且能转动，启动锤头位于启动腔内且能转动。
[0008]所述砧座上分布有四个导流槽，其中两个导流槽通过正击启动流道与上述启动腔相连，另外两个通过反击启动流道与上述启动腔相连。[0009]所述定位套为中空结构，所述定位套上设置有启动腔正击排液槽和启动腔反击排液槽。
[0010]所述筛管呈圆管状，其中部均布有侧流槽、下部均布有排液孔，所述筛管上还安装有节流喷嘴，所述节流喷嘴位于上述侧流槽和排液孔之间。
[0011]所述壳体呈圆柱状，壳体的下端均布有四个45°的壳体花键及分别与各壳体花键相对应的四个45°的壳体花键槽；所述钻头套筒的下端均布有四个40°的钻头套筒花键及分别与各钻头套筒花键相对应的四个50°的钻头套筒花键槽，所述壳体花键与钻头套筒花键槽之间形成间隙配合。
[0012]所述导流套上均布有多个分流槽。
[0013]所述扭转冲击发生器本体还包括除砂器，所述除砂器包括上述导流套和安装在所述导流套内的漏斗。
[0014]所述转换接头的内部自上而下开设有导流通孔。
[0015]所述钻头套筒的外侧设置有保护套。
[0016]所述密封盖包括顶部盖板和与所述顶部盖板固连的密封部，所述顶部盖板和密封部上开设有可供上述筛管上部通过的通孔，顶部盖板上开设有通孔，所述密封部包括与上述冲击腔相适配的卡接凸起。
[0017]由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得的有益效果为:
[0018]1、本实用新型可将钻液的流体能量转换成周向扭转的、冲击型的井底机械破岩功率，而本发明中的钻头套筒结构，可保证该井底机械破岩功率能及时传递到钻头，钻头钻进的稳定性增强，此外，本实用新型中无涡轮蜗杆等其他钻具，易损件少，消耗的压降少，使用寿命长。
[0019]2、本实用新型中的防掉台肩使得钻进的安全性提高，密封盖和导流套的单体式设计，使得水力结构更加合理，工具的使用寿命提高，而节流喷嘴的单体式设计，可满足钻进过程中因压力需要而对喷嘴进行更换使用的要求。
[0020]3、本实用新型的结构紧凑，运动部件少，可将钻液的流体能量转换而来的扭转冲击直接作用在钻头上，提闻了机械钻速的同时，消除了钻头的粘滑振动，提闻了钻头钻进的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的结构示意图。
[0022]图2为图1的A-A向剖视图。
[0023]图3为图2的B-B向剖视图。
[0024]图4为本实用新型中锤头的结构示意图。
[0025]图5为本实用新型中导流套的结构示意图。
[0026]图6为本实用新型中定位套的结构示意图。
[0027]图7为本实用新型中密封盖的结构示意图。
[0028]图8为本实用新型中筛管的结构示意图。
[0029]图9为本实用新型中砧座的结构示意图。
[0030]图10为本实用新型第一种工作状态的示意图。[0031]图11为本实用新型第二种工作状态的示意图。
[0032]图12为本实用新型第三种工作状态的示意图。
[0033]图13为本实用新型第四中工作状态的示意图。
[0034]图14为图2的C-C向剖视图。
[0035]其中，
[0036]1、钻头套筒2、壳体3、筛管4、节流喷嘴5、轴环6、定位套7、锤头8、砧座9、密封盖10、导流套11、漏斗12、转换接头13、导流通孔14、除砂器15、侧流槽16、排液孔17、防掉台肩18、正冲击面19、定位套流道20、反冲击面21、冲击腔22、导流槽23、泄流槽24、正击流道25、冲击腔正击排液槽26、冲击腔反击排液槽27、冲击锤头28、启动腔29、启动腔反击排液槽30、反击启动流道31、启动锤头32、启动腔正击排液槽33、保护套34、分流槽35、顶部盖板36、密封部37、卡接凸起38、通孔39、壳体花键40、钻头套筒花键
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型并不限于这些实施例。
[0038]如图1至图14所示，一种扭转冲击发生器，包括扭转冲击发生器本体，所述扭转冲击发生器本体的上端设置有用于与钻铤相连的转换接头12，所述转换接头12的内部自上而下开设有导流通孔13，扭转冲击发生器本体的下端设置有用于与钻头相连的钻头套筒I，所述扭转冲击发生器本体包括壳体2、导流套10、砧座8、锤头7、定位套6及筛管3，所述壳体2的内部设置有防掉台肩17，防掉台肩17与钻头套筒I的上部相连，所述壳体2呈圆柱状，壳体2的下端均布有四个45°的壳体花键及分别与各壳体花键39相对应的四个45°的壳体花键槽；所述钻头套筒I的下端均布有四个40°的钻头套筒花键40及分别与各钻头套筒花键40相对应的四个50°的钻头套筒花键槽，所述壳体花键39与钻头套筒花键槽之间形成间隙配合，所述导流套10位于壳体2的内部且位于上述转换接头12的下方，所述导流套10上均布有多个分流槽34，所述扭转冲击发生器本体还包括除砂器14，所述除砂器14包括上述导流套10和安装在导流套10内的漏斗11 ;所述砧座8位于壳体2的内部且位于上述导流套10的下方，砧座8与导流套10之间设置有密封盖9，所述密封盖9包括顶部盖板35和与所述顶部盖板35固连的密封部36,所述顶部盖板35和密封部36上开设有可供上述筛管3上部通过的通孔，顶部盖板35上开设有通孔38，所述砧座8为中空结构，砧座8内部设置有两个冲击腔21，所述密封部36包括与上述冲击腔21相适配的卡接凸起37，所述筛管3位于砧座8内且其上端与所述导流套10密封连接、下端与砧座8的下部固连，所述筛管3呈圆管状，其中部均布有侧流槽15、下部均布有排液孔16，所述筛管3上还安装有节流喷嘴4，所述节流喷嘴4位于上述侧流槽15和排液孔16之间，所述定位套6位于砧座8与筛管3之间且其上、下部分别通过轴环5与筛管3相连，所述定位套6的外侧设置有两个启动腔28，所述锤头7位于砧座8的内部且其上端与所述密封盖9相连、下端通过轴环5固定在站'座8上，银头7包括冲击银头27和启动银头31，所述冲击银头27似于上述冲击腔21内且能转动，启动锤头31位于启动腔28内且能转动，所述砧座8上分布有四个导流槽22，其中两个导流槽通过正击启动流道24与上述启动腔28相连，另外两个通过反击启动流道30与上述启动腔28相连，所述定位套6为中空结构，所述定位套6上设置有定位套流道19、启动腔正击排液槽32和启动腔反击排液槽29，所述钻头套筒I的外侧设置有保护套33，以免砂石进入壳体2而阻碍钻头套筒I的转动，所述冲击腔21内设置有正冲击面和反冲击面，所述站座8上还设置有泄流槽23、冲击腔正击排液槽25和冲击腔反击排液槽26。
[0039]本实用新型的工作原理为:钻铤带动壳体2旋转，壳体2通过壳体花键39带动钻头套筒I进而带动钻头不断旋转剪切地层岩石，同时，钻井液经转换接头进入扭转冲击发生器本体，流入扭转冲击发生器本体内的钻井液一部分直接流经筛管3的中部通道流至钻头，一部分通过导流槽22流入正击启动流道24或反击启动流道30，进入启动腔28后留至泄流槽23并由排液孔16排出，另一部分钻井液通过侧流槽15流经定位套流道，进入冲击腔21后由排液孔16排出。
[0040]本实用新型的工作过程为:图10为锤头7正转完成时刻即冲击锤头27正面冲击站座8初始时刻的剖面图，在转动过程中定位套6随锤头7 —起转动，一方面当冲击锤头27冲击砧座8停止顺转时定位套6由于惯性作用继续顺转，另一方面，启动腔28逐渐转移至启动锤头31另一侧，高压流体由导流槽22通过反击启动流道30，再经启动腔反击排液槽29进入新形成的启动腔，加速了定位套6的顺转，启动腔28中的流体由于定位套6的顺转而压缩，由启动腔正击排液槽32排至泄流槽23。待定位套6顺转完成时，扭转冲击发生器本体进入图11所示的工作状态，此时锤头7和定位套6均无法顺转，由反击启动流道30进入新形成的启动腔28的高压流体推动锤头7开始逆转，正冲击面18开始与站座8脱离并形成冲击腔21，此时由定位套反击流道冲击腔正击排液槽25的流体进入冲击腔21并加速锤头7的逆转，冲击锤头27的另一侧由反冲击面20和站座8形成的冲击腔21则不断缩小，内部流体由冲击腔反击排液槽26排出，待锤头7逆转完成，扭转冲击发生器本体进入图12所示的工作状态，在锤头7逆转过程中，锤头7带动定位套6 —起转动，一方面当冲击锤头27冲击砧座8停止逆转时定位套6由于惯性作用继续逆转，另一方面，启动腔28转移至启动锤头31的另一侧，高压流体由导流槽22通过正击启动流道24，再经启动腔正击排液槽32进入启动腔28，加速定位套6的逆转，启动腔28中的流体由于定位套6的逆转而压缩，由启动腔反击排液槽29排至泄流槽23。待定位套6逆转完成时，扭转冲击发生器进入图13所述的工作状态，此时锤头7和定位套6均无法逆转，由正击启动流道24进入启动腔28的高压流体推动锤头7开始逆转，反冲击面20开始与站座8脱离并形成冲击腔21，此时由定位套正击流道经冲击腔反击排液槽26的流体进入冲击腔21并加速锤头7的顺转，待锤头7顺转完成时，工具又进入图10所示的工作状态，这样在流体的驱动下，冲击锤头27顺时针冲击过程与逆时针冲击过程即可交替进行。
[0041]本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
[0042]尽管本文中较多的使用了诸如钻头套筒1、筛管3、轴环5、转换接头12、导流通孔13、防掉台肩17、泄流槽23、冲击腔反击排液槽26、启动腔28、保护套33、卡接凸起37等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
[0043]需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型的精神所作的举例说明。本实用新型所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【权利要求】
1.一种扭转冲击发生器，其特征在于:包括扭转冲击发生器本体，所述扭转冲击发生器本体的上端设置有用于与钻铤相连的转换接头，扭转冲击发生器本体的下端设置有用于与钻头相连的钻头套筒，所述扭转冲击发生器本体包括壳体、导流套、砧座、锤头、定位套及筛管，所述壳体的内部设置有防掉台肩，防掉台肩与钻头套筒的上部相连，所述导流套位于壳体的内部且位于上述转换接头的下方，所述砧座位于壳体的内部且位于上述导流套的下方，砧座与导流套之间设置有密封盖，所述砧座为中空结构，砧座内部设置有两个冲击腔，所述筛管位于砧座内且其上端与所述导流套密封连接、下端与砧座的下部固连，所述定位套位于砧座与筛管之间且其上、下部分别通过轴环与筛管相连，所述定位套的外侧设置有两个启动腔，所述锤头位于砧座的内部且其上端与所述密封盖相连、下端通过轴环固定在石占座上，锤头包括冲击锤头和启动锤头，所述冲击锤头位于上述冲击腔内且能转动，启动锤头位于启动腔内且能转动。
2.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述砧座上分布有四个导流槽，其中两个导流槽通过正击启动流道与上述启动腔相连，另外两个通过反击启动流道与上述启动腔相连。
3.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述定位套为中空结构，所述定位套上设置有启动腔正击排液槽和启动腔反击排液槽。
4.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述筛管呈圆管状，其中部均布有侧流槽、下部均布有排液孔，所述筛管上还安装有节流喷嘴，所述节流嘴位于上述侧流槽和排液孔之间。
5.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述壳体呈圆柱状，壳体的下端均布有四个45°的壳体花键及分别与各壳体花键相对应的四个45°的壳体花键槽；所述钻头套筒的下端均布有四个40°的钻头套筒花键及分别与各钻头套筒花键相对应的四个50°的钻头套筒花键槽，所述壳体花键与钻头套筒花键槽之间形成间隙配合。
6.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述导流套上均布有多个分流槽。
7.根据权利要求6所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述扭转冲击发生器本体还包括除砂器，所述除砂器包括上述导流套和安装在所述导流套内的漏斗。
8.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述转换接头的内部自上而下开设有导流通孔。
9.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述钻头套筒的外侧设置有保护套。
10.根据权利要求1所述的一种扭转冲击发生器，其特征在于:所述密封盖包括顶部盖板和与所述顶部盖板固连的密封部，所述顶部盖板和密封部上开设有可供上述筛管上部通过的通孔，顶部盖板上开设有通孔，所述密封部包括与上述冲击腔相适配的卡接凸起。
【文档编号】E21B4/14GK203701951SQ201420040141
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】宋洵成, 李同同, 管志川, 陆桃妹, 许海超 申请人:中国石油大学(华东)