專利名稱:二次控制沖擊器的制作方法
本發(fā)明應(yīng)用于鉆探領(lǐng)域中。采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法時，產(chǎn)生沖擊力的一種工具。特點(diǎn)是它可適應(yīng)于沖洗液為磨礫度較大的泥漿的石油鉆井。
沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是二十世紀(jì)初發(fā)明的一種效率較高的鉆井方法。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法的實(shí)質(zhì)就是，在目前一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，再加上一個沖擊器，沖擊器接在鉆頭上部，鉆頭在一定軸向壓力作用下回轉(zhuǎn)的同時，沖擊器對鉆頭施加周期的沖擊載荷，加速了巖石的破碎。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法，可以提高鉆進(jìn)速度，提高井孔質(zhì)量，降低鉆井成本。這種方法在水文、地質(zhì)的鉆井中取得了較好的效果，但仍存在著沖擊器工作壽命較低的問題。在石油鉆井中，到目前為止很少采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法。其主要原因是，現(xiàn)有的沖擊器為一次性控制滑閥、平面閥或一次性控制平面閥加彈簧的控制機(jī)構(gòu)，控制振蕩缸工作。因彈簧疲勞或因大量泥漿通過滑閥，滑閥很快磨損。一次控制沖擊器壽命很低，影響了推廣使用。
本發(fā)明二次控制沖擊器是將流體伺服控制原理，應(yīng)用于沖擊器中;主要由控制機(jī)構(gòu)、工作閥及振蕩缸組成，全部結(jié)構(gòu)中無彈簧。控制機(jī)構(gòu)為兩次控制。一是振蕩器發(fā)出振蕩信號指令工作閥工作;二是工作閥控制振蕩缸工作。由于二次控制機(jī)構(gòu)通過的流體比一次控制機(jī)構(gòu)通過的流體少，而磨損小;同時工作閥工作時所需要的壓力差很小，故磨損后仍能維持長時間工作。工作閥為平面閥，平面閥對流體中雜質(zhì)敏感小，壽命長。所以，二次控制沖擊器的壽命比目前的沖擊器壽命長?？梢詰?yīng)用于沖洗液為泥漿的石油鉆井中。如果將其應(yīng)用于水文、地質(zhì)等鉆探中將會取得更顯著的效果。
二次控制沖擊器工作原理見附圖1當(dāng)具有一定壓力的流體流入沖擊器時，分成二路，一路通入振蕩器(2)，一路通向信號分配器(3)和工作閥(6)。流體通過振蕩器(2)后，使振蕩器發(fā)生振蕩，信號分配器(3)將通道(1)的流體按振蕩器振蕩頻率分配，指令工作閥(6)工作。下面分兩步說明振蕩缸的工作狀態(tài)附圖1中(a)為振蕩器(2)、信號分配器(3)發(fā)出指令，通道(4)是高壓流體，通道(5)是低壓流體，工作閥(6)所處位置使通道(1)的流體進(jìn)入振蕩缸(7)活塞的上腔，振蕩缸(7)活塞的下腔流體經(jīng)工作閥(6)流向沖擊器殼外。振蕩缸(7)的活塞帶動沖錘(8)向下運(yùn)動，完成對鉆頭的一次沖擊。
附圖1中(b)為振蕩器(2)變換位置，信號分配器(3)發(fā)出指令，通道(5)是高壓流體，通道(4)是低壓流體，推動工作閥(6)換向，工作閥(6)的位置使通道(1)的流體進(jìn)入振蕩缸(7)活塞的下腔，振蕩缸(7)活塞上腔的流體經(jīng)工作閥(6)流向沖擊器殼外。振蕩缸(7)的活塞帶動沖錘(8)向上運(yùn)動，作好下次沖擊準(zhǔn)備。
由于振蕩器(2)連續(xù)通過具有一定壓力的流體時，自身即產(chǎn)生連續(xù)振蕩，信號分配器(3)即指令工作閥(6)連續(xù)工作，振蕩缸(7)的活塞即帶動沖錘(8)連續(xù)產(chǎn)生沖擊。
此種控制，先經(jīng)振蕩器(2)產(chǎn)生振蕩信號，再經(jīng)信號發(fā)生器(3)指令工作閥(6)工作而控制振蕩缸(7)工作，故稱“二次控制”。
二次控制沖擊器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見附圖21.殼體(16)內(nèi)裝入三通式分流器(9);振蕩器(10)-振蕩器結(jié)構(gòu)可采用差動式、射流式、節(jié)流壓差式等型式;信號分配器(11)-結(jié)構(gòu)為二位三通閥，至少有二個多路閥組成的工作閥(12);振蕩缸(22);振蕩缸缸蓋(18)等零件。兩端由螺母(21)、(25)壓緊。
振蕩器(10)產(chǎn)生振蕩信號，信號分配器(11)發(fā)出指令，指令工作閥(12)工作，從而控制振蕩缸(22)工作。
2.為了調(diào)整、控制流體和工作流體的比例，分流器(9)上設(shè)有分流孔(20)直徑為1.5～15mm。
3.振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)均制成截面為圓形面上切去至少三部分面積的棱柱體(見附圖2中A-A剖面)，與殼體(16)組成至少三條通道，便于實(shí)現(xiàn)“二次控制”流體的回路。
4.振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)與殼體(16)組成的三條通道(29)、(30)、(31)，該三條通道之間裝有軸向密封條(28)，以便實(shí)現(xiàn)三條通道之間的密封(附圖2中A-A剖面)。
5.為了使各部件與殼體之間不發(fā)生位移，殼體(6)內(nèi)裝零件有分流器(9)、振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)、振蕩缸缸蓋(18)均由定位肖(13)與殼體(16)上的定位槽實(shí)現(xiàn)徑向固定;兩端由螺母(21)、(25)壓緊實(shí)現(xiàn)軸向固定。
6.振蕩器振蕩的活塞(19)，直徑為3～50mm，便于調(diào)整振蕩器的振蕩頻率。
7.振蕩缸缸蓋上設(shè)有節(jié)流孔(27)(見圖2中B-B剖面)，可使沖擊器與多種排量泵匹配而工作?？?27)的數(shù)量為3～100個，每個孔的直徑為0.2～8mm。
8.為了保證工作安全，分流器(9)與振蕩缸缸蓋(18)上設(shè)有普通安全閥(24)。
結(jié)合附圖2作進(jìn)一步說明液體進(jìn)入殼體后，由分流器(9)將其分成兩路，一路進(jìn)入振蕩器(10)，另一路進(jìn)入通道(29)。進(jìn)入振蕩器(10)的流體使振蕩器(10)振蕩。通道(29)的流體流向信號分配器(11)及工作閥(12)。
當(dāng)振蕩器(10)振蕩至使信號分配器(11)將通道(29)的流體經(jīng)孔(17)分配，指令工作閥(12)至圖示位置時，通道(29)的流體經(jīng)工作閥(12)的孔(14)進(jìn)入振蕩缸活塞(23)的上腔，活塞帶動沖錘(26)向下運(yùn)動，完成一次沖擊。
當(dāng)振蕩器(10)變換位置時，信號分配器(11)將通道(29)的流體經(jīng)孔(17)分配，指令工作閥(12)換向，通道(29)的流體經(jīng)工作閥(12)上的孔(15)進(jìn)入通道(30)再進(jìn)入振蕩缸活塞(23)的下腔，活塞(23)帶動沖錘(26)向上運(yùn)動，做好下次沖擊準(zhǔn)備。
振蕩器不斷變換位置，振蕩缸即可不斷地工作，完成周期性對鉆頭的沖擊作用。
具體實(shí)施過程如附圖2所示，殼體(16)的外徑為178mm。分流器上的孔(20)直徑為7mm，振蕩器(10)采用差動式結(jié)構(gòu)，振蕩活塞(19)的直徑為35mm，工作閥(12)是采用兩個兩位多路閥組成的組合閥;振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)是由截面為圓形面上切去了三個弓形面的棱柱體，該棱柱體與殼體(16)內(nèi)表面形成三條通道(29)、(30)、(31)，三條通道(29)、(30)、(31)之間的密封由軸向安裝的“O”型橡膠條(28)實(shí)現(xiàn)，安全閥(24)采用公知的直動式鋼球結(jié)構(gòu)，振蕩缸(22)缸蓋上鉆有節(jié)流孔(27)，其數(shù)量為二十個，每個孔直徑為1.5mm;分流器(9)、振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)上的圓柱肖(13)與殼體(16)上的矩形槽實(shí)現(xiàn)徑向定位，軸向定位由螺母(21)、(25)夾緊。
在6級以上的巖石鉆進(jìn)中，用本發(fā)明進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，當(dāng)流體泵的排量為1800升/分，泵壓為150個工業(yè)大氣壓時，二次控制沖擊器可產(chǎn)生的頻率為600～1000次/分，沖擊功可達(dá)10～15公斤·米，比普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)速度可提高50～100%，鉆井成本可降低10～25%以上。
權(quán)利要求
1.一種采用二次控制的沖擊器，由振蕩缸(22)、沖錘錘、砧子、接頭及殼體(16)等組成，其特征在于有一個三通式分流器(9)、一個振蕩器(10)、二位三通閥組成的信號分配器(11)，至少由二個多位閥組成的工作閥(12)、振蕩缸缸蓋(18)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于分流器(9)上孔(20)的直徑為1.5～15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)做成截面為圓形面上至少切去三部分面積的棱柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于振蕩器(10)、信號分配器(11)、工作閥(12)、振蕩缸(22)與殼體(16)組成的三條通道(29)、(30)、(31)之間采用軸向安裝的密封條(28)密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于采用定位肖(13)與殼體(16)上的槽定位，采用螺母(21)、(25)兩端夾緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于振蕩器的振蕩活塞(19)的直徑為3～50mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于振蕩缸缸蓋上設(shè)有節(jié)流孔(27)，其數(shù)量為3～100個，每個孔的直徑為0.2～8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二次控制沖擊器其特征在于振蕩缸缸蓋(18)上設(shè)有安全閥。
專利摘要
本發(fā)明是一種應(yīng)用于石油鉆探領(lǐng)域中，采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法時，產(chǎn)生沖擊力的一種工具。在一定壓力的流體作用下，它內(nèi)部的振蕩器發(fā)出振蕩信號，指令工作閥工作，使振蕩缸帶動沖錘振蕩，達(dá)到?jīng)_擊鉆頭加速巖石破碎的目的。它的最大特點(diǎn)是當(dāng)沖洗液為磨礫度較大的液體時，工作壽命較長，適用于石油鉆探鉆井的需要。對提高鉆進(jìn)速度，提高鉆井質(zhì)量，降低鉆井成本有顯著效果。
文檔編號E21B7/00GK87103924SQ87103924
公開日1988年12月28日 申請日期1987年6月2日
發(fā)明者李鳳泳, 張玉蘭 申請人:華北石油職工大學(xué), 華北石油管理局第二勘探公司, 華北石油管理局二連石油勘探開發(fā)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan