双向液动冲击马达的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双向液动冲击马达，主要由外壳体1、液动机构2、旁通孔3、传动轴4、弹簧5、上阀6和下阀7上旋阀8、下旋阀9、回转弹簧10组成。使用时将其安装在底部钻具组合与钻头之间，不仅能够为钻头破岩提供高转速和大扭矩，还能够为钻头施加轴向冲击载荷和周向冲击载荷，即在常规马达提高钻头破岩效率的基础上，增加了轴向冲击破岩和周向冲击破岩两种高效破岩方式，进一步提高了钻井速度，有利于保护钻头、减少起下钻的次数、缩短钻井周期、降低钻井综合成本。同时，双向液动冲击马达马达还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点，便于批量制造和大范围推广应用。
【专利说明】双向液动冲击马达
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及主要涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探驱动装置领域，尤其是一种双向液动冲击马达。
【背景技术】
[0002]井下动力马达仍是目前国内外复杂结构井钻井过程中主要应用的钻井工具，在石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域内，承担了 95%以上的钻井施工任务。但在钻井过程中，现有井下动力马达除提供钻头破岩的转速和扭矩外，不具备其他高效破岩的功能。研究结果与现场实践表明，在钻井过程中，轴向冲击装置能将钻井液的能量转化为高频轴向冲击力，在钻头上形成高频脉冲钻压，较普通旋转钻井可提高钻井速度30%以上，可以在较低的钻压下取得较好的使用效果，避免钻井过程中由于大钻压产生的井斜和钻柱磨损及疲劳损坏，轴向冲击可以形成高压脉冲射流，增强钻井液冲洗井底的能力，钻井液压力的脉冲变化，导致了井底压力周期性发生变化，改善了井底岩石的应力状态，有利于消除岩屑压持效应，增强了水力辅助破岩效果；周向冲击可以将钻井液的能量转化为低幅、高频脉冲扭矩，该扭矩与钻机旋转系统产生的稳态扭矩同时传递给钻头，不仅可以显著提高钻井速度，而且可以有效减少或消除硬地层钻井过程中钻头的有害振动，保护钻头，延长钻头寿命，提闻钻井速度可达150%以上。
[0003]我国油气资源的高效开发使得长水平段水平井、大位移井等复杂结构井的数量日益增加，常规轴向冲击钻井技术和周向冲击钻井技术主要用于直井的钻井过程，已经不能满足现阶段复杂结构井钻井工艺的要求，根据井下动力马达的结构特点，不能够简单的将轴向冲击装置与周向冲击装置组合连接，如果强行组合使用，不仅达不到提高钻井速度的目的，还可能影响马达的使用效果或引发井下安全事故的发生。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的问题，进一步提高井下动力马达的破岩效率，充分发挥轴向冲击和周向冲击在破岩方面的技术优势，同时减缓振动提高钻压稳定性，保护钻头，降低钻井综合成本，满足油气资源高效开发的要求，而提出一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的双向液动冲击马达。这对于发挥井下动力马达技术优势，进一步提高钻井破岩的效率，提升我国动力马达钻井的工艺技术水平，增强国际竞争力，形成具有自主知识产权的脉动低压旋冲钻井马达技术具有重要的经济价值和社会价值。
[0005]本实用新型的技术方案是:
[0006]双向液动冲击马达，包括外壳体1、液动机构2、旁通孔3、传动轴4、弹簧5、上阀6和下阀7，其特征在于还包括上旋阀8、下旋阀9、回转弹簧10 ;其中:液动机构2安装在外壳体I内部，与传动轴4上部连接；旁通孔3设在传动轴4上部，与液动机构2贯通；上阀6为底部封闭筒状结构，安装在旁通孔3下部的传动轴4内部，上阀6外壁设有限位块与传动轴4上的限位槽14形成轴向限位配合，上阀6与传动轴4之间的环形腔内安装弹簧5，上阀6底部设有径向旁通孔15 ;下阀7为中空结构，安装在上阀6下方的传动轴4内部，并与上阀6构成间歇配合，下阀7外壁设有限位块与传动轴4上的限位槽16形成轴向限位配合；上旋阀8与下旋阀9均安装在传动轴4内部，且位于下阀7的下部；上旋阀8固定安装在传动轴4上，上旋阀8轴心设有上通孔11，周边设有上引流孔17 ;下旋阀9安装在传动轴4内，并与传动轴4构成旋转配合，下旋阀9轴心设有下通孔12，周边设有下引流孔18和冲击块13，冲击块13与传动轴4内设的冲击凹槽19构成周向限位配合；上旋阀8的上通孔11与下旋阀9的下通孔12连通，上旋阀8的上引流孔17与下旋阀9的下引流孔18构成旋转开、闭配合；回转弹簧10安装在下旋阀9与传动轴4之间。
[0007]上述方案还包括:所述上旋阀8的上引流孔17为倾斜结构。
[0008]上述方案进一步包括:液动机构2与传动轴4之间通过联轴器连接；所述液动机构2包括螺杆转子和螺杆定子构成的螺杆泵，或涡轮转子和涡轮定子组成的涡轮泵。
[0009]其工作原理是:开始钻井施工时，钻井液首先到达液动机构，液动机构在钻井液的压力作用下开始旋转，驱动传动轴旋转。钻井液经过液动机构后，通过传动轴上部的旁通孔进入传动轴内部，并进入上阀内，通过上阀然后进入下阀。钻井液经过下阀时产生的压降开始推动下阀向上移动，当下阀的上端面与上阀的下端面接触时，钻井液的流道瞬间关闭，在惯性的作用下上阀向上移动至上阀的上止点，此时由于流道关闭产生的水击波推动上阀和下阀同时向下移动，当到达上阀的下止点时，上阀停止，下阀继续向下移动，并快速冲击至下止点，由此产生了作用在钻头上的向下的轴向冲击载荷，增加了钻头破岩的瞬时钻压，提高了钻头破岩效率，与此同时流道打开，完成一次轴向冲击。钻井液通过上阀和下阀后，到达上旋阀，此时一部分钻井液经过上旋阀的上通孔和下旋阀的下通孔直接到达井底钻头，另一部分钻井液经过上旋阀引流孔和下旋阀引流孔后到达钻头，由于上旋阀的流道是倾斜结构，钻井液经过时会发生变向，进入下旋阀流道时，钻井液变向产生的侧压力就会驱动下旋阀沿逆时针方向转动，下旋阀逆时针转动的同时压缩回转弹簧。当下旋阀转动关闭上旋阀的引流道时，回转弹簧驱动下旋阀沿顺时针方向快速转动，当下旋阀上的冲击机构撞击到传动轴时，下旋阀停止转动，同时打开上旋阀流道，完成一次周向冲击。随着钻井液的不断流动，上阀与下阀沿轴向往复运动，上旋阀与下旋阀沿周向往复运动，就在传动轴上同时产生了轴向冲击和周向冲击效应。由于传动轴连接着井底钻头，冲击能量就会通过传动轴传递至钻头，就为钻头施加了轴向冲击载荷和周向冲击载荷的双重作用，进而增大了钻头破岩的瞬时钻压和瞬时扭矩，从而提高了钻井的机械钻速。
[0010]双向液动冲击马达不仅能够用于直井钻进，还能够改进成带有弯角的结构，便于应用在复杂结构井的钻井过程中。双向液动马达能够通过调整上阀、下阀、上旋阀、下旋阀的行程及回转弹簧的力学参数，实现适用于各种类型钻头(牙轮钻头、PDC钻头等)的要求。
[0011]现场应用结果表明，在深直井中使用双向液动冲击马达，能够平均单井节省钻井周期15-20天，钻井效率提高76.5% ;在复杂结构井中使用双向液动冲击马达，能够平均单井节省钻井周期10-15天，钻井效率提高65.8%，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的。
[0012]同时，双向液动冲击马达还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是依据本实用新型所提出的一种双向液动冲击马达结构示意图。
[0014]图2是图1中的A-A截面不意图。
[0015]图3是图1中的B-B截面示意图。
[0016]图4是图2中C_C(上旋阀的上引流道部分阀体)截面示意图。
[0017]图中1-外壳体、2-液动机构、3-旁通孔、4-传动轴、5-弹簧、6-上阀、7-下阀、8-上旋阀、9-下旋阀、10-回转弹簧、11-上通孔、12-下通孔、13-冲击机构、14-上阀的限位槽、15-径向旁通孔、16-下阀的限位槽、17上引流孔、18-下引流孔、19-冲击凹槽、20-下接头。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例来详细描述本实用新型。
[0019]如图1，双向液动冲击马达，包括外壳体1、液动机构2、旁通孔3、传动轴4、弹簧5、上阀6和下阀7上旋阀8、下旋阀9、回转弹簧10。其中:传动轴4下端整体带有下接头20。液动机构2安装在外壳体I内部，与传动轴4上部连接。旁通孔3设在传动轴4上部，与液动机构2贯通。上阀6为底部封闭筒状结构，安装在旁通孔3下部的传动轴4内部，上阀6外壁设有限位块与传动轴4上的限位槽14形成轴向限位配合，上阀6与传动轴4之间的环形腔内安装弹簧5，上阀6底部设有径向旁通孔15。下阀7为中空结构，安装在上阀6下方的传动轴4内部，并与上阀6构成间歇配合，下阀7外壁设有限位块与传动轴4上的限位槽16形成轴向限位配合。
[0020]参照附图2和3，上旋阀8与下旋阀9均安装在传动轴4内部，且位于下阀7的下部；上旋阀8固定安装在传动轴4上，上旋阀8轴心设有上通孔11，周边设有上引流孔17 ；下旋阀9传动轴4构成旋转配合，下旋阀9轴心设有下通孔12，周边设有下引流孔18和冲击块13，冲击块13与传动轴4内设的冲击凹槽19构成周向限位配合；上旋阀8的上通孔11与下旋阀9的下通孔12连通，上旋阀8的上引流孔17与下旋阀9的下引流孔18构成旋转开、闭配合；回转弹簧10安装在下旋阀9与传动轴4之间。
[0021]参照图4，为了使钻井液经过上旋阀8的上引流孔17产生更大侧压力，上引流孔17流道采用倾斜结构。
[0022]上述实施例中，液动机构2与传动轴4之间通过联轴器连接；所述液动机构2包括螺杆转子和螺杆定子构成的螺杆泵，或涡轮转子和涡轮定子组成的涡轮泵。
[0023]本实施例的工作原理(流程)参照实用新型内容部分。
【权利要求】
1.双向液动冲击马达，包括外壳体(I)、液动机构(2)、旁通孔(3)、传动轴(4)、弹簧(5)、上阀(6)和下阀(7)，其特征在于还包括上旋阀(8)、下旋阀(9)、回转弹簧(10);其中:液动机构(2)安装在外壳体(I)内部，与传动轴(4)上部连接；旁通孔(3)设在传动轴(4)上部，与液动机构(2)贯通；上阀(6)为底部封闭筒状结构，安装在旁通孔(3)下部的传动轴(4)内部，上阀(6)外壁设有限位块与传动轴(4)上的限位槽(14)形成轴向限位配合，上阀(6)与传动轴⑷之间的环形腔内安装弹簧(5)，上阀(6)底部设有径向旁通孔(15)；下阀(7)为中空结构，安装在上阀(6)下方的传动轴(4)内部，并与上阀(6)构成间歇配合，下阀(7)外壁设有限位块与传动轴(4)上的限位槽(16)形成轴向限位配合；上旋阀(8)与下旋阀(9)均安装在传动轴(4)内部，且位于下阀(7)的下部；上旋阀(8)固定安装在传动轴(4)上，上旋阀(8)轴心设有上通孔(11)，周边设有上引流孔(17);下旋阀(9)安装在传动轴(4)内，并与传动轴(4)构成旋转配合，下旋阀(9)轴心设有下通孔(12)，周边设有下引流孔(18)和冲击块(13)，冲击块(13)与传动轴⑷内设的冲击凹槽(19)构成周向限位配合；上旋阀⑶的上通孔(11)与下旋阀(9)的下通孔(12)连通，上旋阀⑶的上引流孔(17)与下旋阀(9)的下引流孔(18)构成旋转开、闭配合；回转弹簧(10)安装在下旋阀(9)与传动轴⑷之间。
2.根据权利要求1所述的双向液动冲击马达，其特征在于:所述上旋阀(8)的上引流孔(17)为倾斜结构。
3.根据权利要求1或2所述的双向液动冲击马达，其特征在于:液动机构(2)与传动轴(4)之间通过联轴器连接；所述液动机构(2)包括螺杆转子和螺杆定子构成的螺杆泵，或涡轮转子和涡轮定子组成的涡轮泵。
【文档编号】E21B4/14GK204200078SQ201420562382
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】李文飞, 周延军, 夏文安, 李玄烨, 安庆宝, 耿应春, 于承朋, 翟文涛 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院