阀式高能液动潜孔锤的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种阀式高能液动潜孔锤，是由钻头上的花键花键槽配合，通过半圆卡防止钻头滑落。花键套与冲锤外缸连接，衬套与端盖衬套过盈配合分别装入内缸和端盖中，活塞下端与冲锤通过圆锥面配合连接成整体，内缸上端加工完成各流体孔道后用堵头将各流体孔道端口焊死，阀芯装入阀缸体中，阀盖插入内缸上端孔中，上接头与外缸螺纹连接，中间接头与外缸螺纹连接构成。解决了活塞直径较大引起流体泄漏面积大和钻具径向空间尺寸占用较大，使流体排空道狭窄造成背压较大的问题，大幅提高了阀式高能液动潜孔锤的能量利用效率；提高了阀式高能液动潜孔锤的硬岩钻进效率；保证在钻具提离孔底时潜孔锤不工作从而保证钻具安全。
【专利说明】阀式高能液动潜孔锤
【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、地热钻井和矿产勘探的阀式高能液动潜孔锤。
【背景技术】
[0002]随着传统油气勘探领域钻遇的坚硬复杂地层的现象频发，地热资源开发和深部找矿计划的大量实施。坚硬复杂地层钻井的钻进效率成为制约降低各类工程钻井成本的技术瓶颈。为大幅提高坚硬复杂地层钻进效率，采用液动潜孔锤钻进技术是最有效的技术手段。液动潜孔锤钻进技术采用钻井冲洗液作为动力传输介质，驱动潜孔锤活塞往复运动带动冲锤冲击钻头实现冲击钻进，从而提高钻进效率。现有的阀式单作用、阀式反作用、阀式双作用、射流式等常见的液动潜孔锤。能量利用率不足10%，使用寿命均小于80小时，不能满足坚硬复杂地层钻井条件。发展具有大冲击功、高能量利用率和使用寿命长的液动潜孔锤能够大幅提高潜孔锤的钻进效率，对减短钻井施工周期，缩减工程施工成本具有重要意义。
【发明内容】
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[0003]本实用新型针对现有各类液动潜孔锤存在的问题，提供了一种阀式高能液动潜孔锤。
[0004]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]阀式高能液动潜孔锤，是由钻头21钻头体上的花键与花键套20上的花键槽滑动配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡18防止钻头从花键套中滑落。花键套20通过螺纹与冲锤外缸19连接，冲锤外缸19与中间接头16螺纹连接，中间接头16通过螺纹与外缸10连接。衬套11与端盖衬套14采用过盈配合分别装入内缸9和端盖13中。活塞12与衬套11间隙配合端盖13通过间隙配合插入内缸9下端。端盖13通过销钉15确定与内缸9的装配位置，并通过中间接头16的内台阶固定轴向位置。活塞12与端盖衬套14为间隙配合，活塞12下端与冲锤17通过圆锥面配合连接形成整体，冲锤17与中间接头16为间隙配合，内缸9通过间隙配合装入外缸10中，阀缸体7通过间隙配合装入内缸9中并设置密封圈封隔各流体通道。内缸9上端加工完成各流体孔道后采用堵头4将各流体孔道端口封堵焊死，阀芯8通过间隙配合装入阀缸体7中，阀盖6通过间隙配合插入内缸9上端孔中，阀盖衬套5通过过盈配合装入阀盖6中并与阀芯8间隙配合，用定位销3定位阀盖6与内缸9的相对位置，在阀盖6上安放调整垫2，上接头I与外缸10螺纹连接，中间接头16与外缸10螺纹连接构成。
[0006]通道I由潜孔锤上接头I中心通道、调整垫2中心通道、堵头4中心通道、径向孔道和内缸9的轴向孔道构成。
[0007]通道XIII由阀腔体7径向孔道与内缸9的轴向孔道组成。
[0008]通道XIV由衬套11径向孔道与内缸9的轴向孔道组成。
[0009]通道III为阀腔体7的径向孔道。
[0010]通道V为阀芯8的中心通道。
[0011]通道Vn由阀腔体7与阀芯8径向孔道组成。
[0012]通道XIII由阀腔体7径向孔道与内缸9的轴向孔道组成。
[0013]通道XIV由衬套11径向孔道与内缸9的轴向孔道组成。
[0014]有益效果:本实用新型阀芯8、阀腔体7、阀盖衬套5、活塞12、衬套11和端盖衬套14均采用硬质合金制造，以提高阀式高能液动潜孔锤各运动配合面的耐磨性能和抗钻井液冲蚀性能，提高阀式高能液动潜孔锤的使用寿命；本实用新型采用活塞作为往复运动执行部件，冲锤作为配重，解决了活塞与冲锤一体化设计造成活塞直径较大引起的流体泄漏面积大和钻具径向空间尺寸占用较大使流体排空通道狭窄造成的流体排出背压较大的问题，大幅提高了阀式高能液动潜孔锤的能量利用效率；采用差动原理，使活塞在较短行程内能够获得较大的冲击末速度，提高了阀式高能液动潜孔锤的硬岩钻进效率；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，使流体通道I与流体通道XIV通过腔体X、流体通道X V联通，高压流体直接进入孔底而不能驱动潜孔锤工作，形成防空打机构，保证在钻具提离孔底时潜孔锤不工作从而保证钻具安全。
【专利附图】
【附图说明】
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[0015]附图1为阀式高能液动潜孔锤结构图，由图1a的下端与图1b连接构成。
[0016]附图2为图1中A— A剖面图
[0017]附图3为图1中B— B剖面图
[0018]附图4为图1中C一C剖面图
[0019]附图5为图1中D— D剖面图
[0020]附图6为图1中E— E剖面图
[0021]附图7为图1中F— F剖面图
[0022]附图8为图1中G— G剖面图
[0023]附图9为图1中H— H剖面图
[0024]附图10为图1中I—I剖面图
[0025]I上接头，2调整垫，3定位销，4堵头，5阀盖衬套，6阀盖，7阀腔体，8阀芯，9内缸，10外缸，11衬套，12活塞，13端盖，14端盖衬套，15销钉，16中间接头，17冲锤，18半圆卡，19冲锤外缸，20花键套，21钻头。
[0026]I 一高压流体进入阀式高能液动潜孔锤通道；II一阀常高压腔体；111 一高压流体进入阀通道；IV—阀中间腔体；V—阀芯中心通道；VI—阀排空常低压腔体；νπ—阀芯常低压流体控制进入通道；珊一阀底部腔体JX—活塞后腔；X—活塞中间联通控制腔体；Χ[—内缸高低压流体切换控制腔体；ΧΠ—活塞前腔；XIII—活塞后腔IX与阀中间腔体IV连接通道；XIV—流体排出阀式高能液动潜孔锤通道；X V—阀底部腔体VDI与内缸高低压流体切换控制腔体XI连接通道。
【具体实施方式】
[0027]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:
[0028]钻头21钻头体上的花键与花键套20上的花键槽滑动配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡18防止钻头从花键套中滑落。花键套20通过螺纹与冲锤外缸19连接，冲锤外缸19与中间接头16螺纹连接，中间接头16通过螺纹与外缸10连接，衬套11与端盖衬套14采用过盈配合分别装入内缸9和端盖13中。活塞12与衬套11间隙配合，使活塞12能够在衬套11中自由往复运动。端盖13通过间隙配合插入内缸9下端。端盖13通过销钉15确定与内缸9的装配位置，并通过中间接头16的内台阶固定轴向位置。活塞12与端盖衬套14为间隙配合，使活塞12能够自由的做往复运动。活塞12下端与冲锤17通过圆锥面配合连接形成一个运动整体，冲锤17与中间接头16为间隙配合，使冲锤17能够自由的做往复运动。内缸9通过间隙配合装入外缸10中，阀缸体7通过间隙配合装入内缸9中并设置密封圈封隔各流体通道。内缸9上端加工完成各流体孔道后采用堵头4将各流体孔道端口封堵焊死，阀芯8通过间隙配合装入阀缸体7中，使阀芯8能够在阀缸体7内自由往复运动，阀盖6通过间隙配合插入内缸9上端孔中，阀盖衬套5通过过盈配合装入阀盖6中并与阀芯8间隙配合，使阀芯8能够在阀盖衬套中自由滑动，采用定位销3确定阀盖6与内缸9的相对安装位置，在阀盖6上安放调整垫2。上接头I与外缸10螺纹连接。上接头I与外缸10的螺纹连接，中间接头16与外缸10的螺纹连接，将外缸体内的各零部件轴向位置限定在安装位上。
[0029]通道1:由潜孔锤上接头I中心通道，调整垫2中心通道，堵头4中心通道与径向孔道、内缸9的轴向孔道组成。
[0030]通道III为阀腔体7的径向孔道。
[0031]通道V为阀芯8的中心通道。
[0032]通道VII由阀腔体7与阀芯8径向孔道组成。
[0033]通道XIII由阀腔体7径向孔道与内缸9的轴向孔道组成。
[0034]通道XIV由衬套11径向孔道与内缸9的轴向孔道组成。
[0035]高压钻井液通过流体通道I进入活塞12前腔ΧΠ中，推动活塞12与冲锤17向上运动，当活塞12运动至活塞12上台阶面d下边缘与衬套11上的台阶面dl上边缘分离时,活塞12上台阶面d与衬套11上的台阶面Cl配合，使腔体ΧΠ与前腔XI联通，高压流体进入腔体XI，进入腔体XI的高压流体通过流体通道X V进入到腔体珊中，阀芯8在高压流体的作用下往上运动，当阀芯8上的台阶面b与阀缸体7上的台阶面bl重合，阀芯8上的台阶面a下边缘与阀缸体7上的台阶面al上边缘分离时，腔体II与腔体IV联通，从流体通道I进入的高压流体通过流体通道III进入到腔体II与腔体IV中，并通过流体通道XIII进入到活塞12的后腔IX，活塞前腔ΧΠ通过流体通道I，流体通道III，腔体II，腔体IV，流体通道XIII和活塞后腔IX联通，由于活塞前腔ΧΠ与活塞后腔IX的面积差，使活塞12发生差动作用，使活塞12减速往上运动，最终使活塞12速度减为零，并反向做向下的加速运动。当活塞12向下加速运动至活塞台阶面d与衬套台阶面Cl分离时，活塞台阶面d与衬套台阶面dl配合，腔体X与腔体XI联通，腔体珊通过流体通道X V，腔体X、腔体X1、流体通道XIV与腔体VI联通，并通过流体通道νπ、流体通道V与阀芯8上端联通，由于阀芯8上端面积大于下端面积，阀芯8发生差动作用往下运动，当阀芯8上的台阶面a与阀缸体7上的台阶al面配合，阀芯8上的台阶面b与阀缸体上的台阶面bI分离，使腔体II与腔体IV隔断，腔体IV与腔体VI联通，切断了高压流体进入后腔IX的通道，并使后腔IX通过流体通道XII1、腔体IV、腔体V1、流体通道XIV与钻头21的中心通道联通，使后腔IX中的高压流体排出潜孔锤至钻孔底部。
【权利要求】
1.一种阀式高能液动潜孔锤，其特征在于，是由钻头(21)钻头体上的花键与花键套(20)上的花键槽滑动配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡(18)防止钻头从花键套中滑落；花键套(20)通过螺纹与冲锤外缸(19)连接，冲锤外缸(19)与中间接头(16)螺纹连接，中间接头(16)通过螺纹与外缸(10)连接，衬套(11)与端盖衬套(14)采用过盈配合分别装入内缸(9)和端盖(13)中，活塞(12)与衬套(11)间隙配合端盖(13)通过间隙配合插入内缸(9)下端，端盖(13)通过销钉(15)确定与内缸(9)的装配位置，并通过中间接头(16)的内台阶固定轴向位置，活塞(12)与端盖衬套(14)为间隙配合，活塞(12)下端与冲锤(17)通过圆锥面配合连接形成整体，冲锤(17)与中间接头(16)为间隙配合，内缸(9)通过间隙配合装入外缸(10)中，阀缸体(7)通过间隙配合装入内缸(9)中并设置密封圈封隔各流体通道，内缸(9)上端加工完成各流体孔道后采用堵头(4)将各流体孔道端口封堵焊死，阀芯(8)通过间隙配合装入阀缸体(7)中，阀盖(6)通过间隙配合插入内缸(9)上端孔中，阀盖衬套(5)通过过盈配合装入阀盖(6)中并与阀芯(8)间隙配合，用定位销(3)定位阀盖(6)与内缸(9)的相对位置，在阀盖(6)上安放调整垫(2)，上接头⑴与外缸(10)螺纹连接，中间接头(16)与外缸(10)螺纹连接构成。
2.按照权利要求1所述的阀式高能液动潜孔锤，其特征在于，通道I由潜孔锤上接头(I)中心通道、调整垫(2)中心通道、堵头(4)中心通道、径向孔道和内缸(9)的轴向孔道构成。
3.按照权利要求1所述的阀式高能液动潜孔锤，其特征在于，通道XIII由阀腔体(7)径向孔道与内缸(9)的轴向孔道组成。
4.按照权利要求1所述的阀式高能液动潜孔锤，其特征在于，通道XIV由衬套(11)径向孔道与内缸(9)的轴向孔道组成； 通道VII由阀腔体(7)与阀芯⑶径向孔道组成； 通道XIII由阀腔体(7)径向孔道与内缸(9)的轴向孔道组成； 通道XIV由衬套(11)径向孔道与内缸(9)的轴向孔道组成； 通道III为阀腔体(7)的径向孔道； 通道V为阀芯(8)的中心通道。
【文档编号】E21B1/26GK204113105SQ201420513172
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月6日 优先权日:2014年9月6日
【发明者】彭枧明, 李莉佳, 李鹏, 张鑫鑫 申请人:吉林大学