專利名稱：一種液動射流沖擊器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)探礦工程及石油鉆井領(lǐng)域，具體涉及一種液動射流沖擊器。
背景技術(shù)：
沖擊器外缸內(nèi)部裝配的射流元件及缸體、缸蓋等是沖擊器的核心零部件。他們的軸向尺寸存在加工誤差，裝配時會產(chǎn)生誤差積累，消除累積誤差的傳統(tǒng)做法是選擇適當厚度的調(diào)整墊圈，吸收工具的內(nèi)部變形。這是以往的傳統(tǒng)做法，但沖擊器在入井工作過程中鉆具的扭矩會發(fā)生變化，鉆具上的螺紋旋緊程度也會發(fā)生變化，致使外缸內(nèi)裝配的各零部件的頂緊力發(fā)生變化，缸體變形，活塞運動受阻，甚至卡死。裝配過松，產(chǎn)生軸向裝配間隙，高壓泥漿會發(fā)生泄漏，對各零部件的端面產(chǎn)生沖蝕。實踐經(jīng)驗表明，沖擊器在井內(nèi)工作壽命不長，工作失效，由此產(chǎn)生的原因所占的比重很大。CN101319595A公開了一種油氣鉆井用射流式?jīng)_擊器，該沖擊器中設(shè)置了碟形彈簧及碟簧架，如附圖1所示，碟簧架即是碟形彈簧的固定支架，也是射流元件的壓蓋。它改進了原來射流式?jīng)_擊器外缸內(nèi)部諸零件的軸向定位形式，一定程度上克服了射流式?jīng)_擊器主要部件之間密封失效的問題。但現(xiàn)場應(yīng)用表明，由于理論計算的碟簧數(shù)量和預(yù)緊力均小于現(xiàn)場應(yīng)用所需數(shù)值，導致應(yīng)用過程中，碟簧未能將密封圈壓緊，出現(xiàn)了密封圈被沖掉，沖擊器停止工作的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種液動射流沖擊器， 解決以往射流式液動沖擊器試驗應(yīng)用過程中出現(xiàn)的因軸向裝配過緊導致缸體變形、活塞卡死而不能靈活運動的現(xiàn)象，和因軸向裝配過松及預(yù)緊力設(shè)置過小，高壓泥漿泄漏，對各零部件的端面產(chǎn)生沖蝕的現(xiàn)象問題，同時加強密封性能，提高元件的壽命。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種液動射流沖擊器，包括上接頭、碟簧架1、碟形彈簧2、密封圈3、調(diào)整墊圈4、射流元件5 ；所述碟簧架1的底部頂緊在所述射流元件5的上部，所述碟形彈簧2套裝在所述碟簧架1的頸部，所述碟形彈簧2的上部頂緊在所述上接頭的下部，底部頂緊在所述碟簧架 1的臺肩上，在所述碟簧架1的臺肩與所述碟形彈簧2的底部之間固定有所述的調(diào)整墊圈 4，其中，所述蝶形彈簧2采用復(fù)合組合結(jié)構(gòu)，復(fù)合層數(shù)為2層，上下兩層分別由5片碟片疊合而成；上層5個碟片的開口向上，下層5個碟片的開口向下。優(yōu)選方案為，所述蝶形彈簧采用A系列蝶形彈簧(A系列指的是GB/T1972-2005 中碟簧產(chǎn)品分類中的A系列)。所述蝶形彈簧中單個碟片的尺寸為外徑為112mm，內(nèi)徑為 57mm，厚度為6mm0
所述碟簧架1的下部設(shè)計為開口向下的馬蹄形，所述射流元件5的頂部設(shè)計有凸臺，所述凸臺安裝在所述碟簧架1的馬蹄形下部的底端，所述凸臺與碟簧架1的軸向接觸處裝有密封圈3，所述凸臺與碟簧架1的徑向接觸處裝有徑向密封圈6。所述碟簧架1中開有垂直通孔，所述垂直通孔為階梯孔，上部為小口徑孔，下部為大口徑孔。在所述射流元件5的上部入口處設(shè)置有一段垂直過流段，所述垂直過流段為軸截面呈長方形的通孔，其上端與碟簧架1的大口徑孔相通，下端與射流元件5中部的錐形孔的大口徑端相通。所述碟簧架1的大口徑孔、射流元件5的垂直過流段和錐形孔的大口徑端的直徑均相同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)通過改變蝶形彈簧的結(jié)構(gòu)和尺寸加大了蝶形彈簧預(yù)緊力，解決了以往射流式液動沖擊器試驗應(yīng)用過程中出現(xiàn)的因軸向裝配過緊導致缸體變形、活塞卡死而不能靈活運動的現(xiàn)象，和因軸向裝配過松及預(yù)緊力設(shè)置過小，高壓泥漿泄漏，對各零部件的端面產(chǎn)生沖蝕的現(xiàn)象問題；(2)實現(xiàn)了軸向和徑向的雙重密封；(3)垂直過流段的設(shè)計改善了射流元件流體入口處的過流結(jié)構(gòu)，有利于提高元件的壽命，這是因為流體通過垂直過流段直接進入射流元件噴嘴的導流段，減小了對射流元件上端面的沖蝕作用。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的油氣鉆井用射流式?jīng)_擊器的局部剖視圖。圖2是本發(fā)明的液動射流沖擊器的局部剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖2所示，一種液動射流沖擊器，包括上接頭、碟簧架1、碟形彈簧2、密封圈3、調(diào)整墊圈4、射流元件5 ；所述碟簧架1的底部頂緊在所述射流元件5的上部，所述碟形彈簧2 套裝在所述碟簧架1的頸部，所述碟形彈簧2的上部頂緊在所述上接頭的下部，底部頂緊在所述碟簧架1的臺肩上，在所述碟簧架1的臺肩與所述碟形彈簧2的底部之間固定有所述的調(diào)整墊圈4，其中，所述蝶形彈簧2采用復(fù)合組合結(jié)構(gòu)，復(fù)合層數(shù)為2層，上下兩層分別由5片碟片疊合而成；上層5個碟片的開口向上，下層5個碟片的開口向下。具體來說，“疊合”是指同方向同規(guī)格碟片組成，“對合”是指相向同規(guī)格碟片組成， “復(fù)合”是指疊合與對合的組合，本發(fā)明中上層由5個碟片疊合而成，即5個碟片之間是面對面組合(開口相對)，下層由5個碟片疊合而成，即5個碟片之間是面對面組合(開口相對)，上層最下面的碟片與下層最上面的碟片采用對合方式，即背對背組合(開口背對)。本發(fā)明的優(yōu)選方案為，所述蝶形彈簧采用A系列蝶形彈簧(A系列指的是GB/T 1972-2005中碟簧產(chǎn)品分類中的A系列)。所述蝶形彈簧中單個碟片的尺寸為外徑為 112mm,內(nèi)徑為57mm，厚度為6mm。所述的碟形彈簧工作載荷參數(shù)由以下公式計算得到在所述的液動射流沖擊器工作時，其工作壓降為3MPa，鉆頭背壓取最大值5MPa， 則所述的碟形彈簧處受到的最大靜壓強為8MPa，其所受壓力為壓強與界面面積的乘積，F(xiàn)1 = PXS = 58402. 208N ；所述的沖擊器的工作頻率取實驗所得的平均值5. 95，根據(jù)加速度公式，s = l/2at2+vt和F = ma，得沖錘向上對碟簧施加的沖擊力，F(xiàn) = 75*6. 37245 = 477. 93375N ；所述的碟形彈簧處所受的合力為沖擊力鉆井液施加的壓力F 合=58402. 208+477. 93375 = 58880. 14175N ；取安全系數(shù)1. 5，則F合*1· 5 = 88320. 2U625N ；即所述的碟形彈簧所承受的工作載荷至少為88320. 212625N0根據(jù)經(jīng)驗和應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果，設(shè)計碟簧所能承受的工作載荷應(yīng)大于以上計算值88320.2U625N，因此將碟簧總工作荷載的極大值設(shè)定為100000N，總預(yù)加載荷定為 95000N，碟簧的組合類型為復(fù)合組合，復(fù)合層數(shù)為2 (如果采用其他復(fù)合方式，產(chǎn)生的頂緊力達不到設(shè)計要求；若使用其他復(fù)合方式且要滿足頂緊力要求，就要改變現(xiàn)有射流沖擊器的整體結(jié)構(gòu))，按照這一設(shè)計參數(shù)，采用輔助設(shè)計軟件逐步進行設(shè)計和校核。設(shè)計結(jié)果表明， 外徑為112mm、內(nèi)徑57mm、厚度為6mm的A系列碟形彈簧組合能夠滿足靜強度和疲勞強度要求，疊合片數(shù)應(yīng)為5片，即每層由5片碟片疊合而成。CN101319595A中碟簧的組合類型亦為復(fù)合組合，復(fù)合層數(shù)為2，但其預(yù)預(yù)加載荷取值較小，為75000N，設(shè)計的疊合片數(shù)為3，本發(fā)明通過計算加大了碟簧的預(yù)緊力，可以解決因預(yù)緊力不足導致的密封失效問題，通過碟簧的變形確保內(nèi)部各零件間的頂緊，并防止缸體因過度變形導致活塞運動受阻或卡死。所述碟簧架1的下部設(shè)計為開口向下的馬蹄形，所述射流元件5的頂部設(shè)計有凸臺，所述凸臺安裝在所述碟簧架1的馬蹄形下部的底端，所述凸臺與碟簧架1的軸向接觸處裝有密封圈3，所述凸臺與碟簧架1的徑向接觸處裝有徑向密封圈6。另外，在上接頭和碟簧架2之間、碟簧架2下部的外壁上都裝有密封圈3。所述碟簧架1中開有垂直通孔，所述垂直通孔為階梯孔，上部為小口徑孔，下部為大口徑孔。在所述射流元件5的上部入口處設(shè)置有一段垂直過流段，所述垂直過流段為軸截面呈長方形的通孔，其上端與碟簧架1的大口徑孔相通，下端與射流元件5中部的錐形孔的大口徑端相通。所述碟簧架1的大口徑孔、射流元件5的垂直過流段和錐形孔的大口徑端的直徑均相同。本發(fā)明設(shè)計了射流沖擊器中的新型碟簧元件頂緊及密封機構(gòu)，多次做試驗檢驗其可靠性，試驗結(jié)果表明，該新型密封機構(gòu)能夠解決因裝配過緊導致的活塞運動受阻及因裝配過松導致的軸向密封圈被沖掉的問題。本發(fā)明還優(yōu)化了射流元件與碟簧架之間的流體過渡結(jié)構(gòu)，有利于提高射流元件的壽命。上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選地，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求
1.一種液動射流沖擊器，包括上接頭、碟簧架(1)、碟形彈簧O)、密封圈(3)、調(diào)整墊圈 G)、射流元件(5)；所述碟簧架(1)的底部頂緊在所述射流元件( 的上部，所述碟形彈簧 (2)套裝在所述碟簧架(1)的頸部，所述碟形彈簧O)的上部頂緊在所述上接頭的下部，底部頂緊在所述碟簧架(1)的臺肩上，在所述碟簧架(1)的臺肩與所述碟形彈簧O)的底部之間固定有所述的調(diào)整墊圈G)，其特征在于；所述蝶形彈簧( 采用復(fù)合組合結(jié)構(gòu)，復(fù)合層數(shù)為2層，上下兩層分別由5片碟片疊合而成；上層5個碟片的開口向上，下層5個碟片的開口向下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液動射流沖擊器，其特征在于所述蝶形彈簧采用A系列蝶形彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液動射流沖擊器，其特征在于所述蝶形彈簧中單個碟片的尺寸為外徑為112_，內(nèi)徑為57_，厚度為6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液動射流沖擊器，其特征在于所述碟簧架(1)的下部設(shè)計為開口向下的馬蹄形，所述射流元件(5)的頂部設(shè)計有凸臺，所述凸臺安裝在所述碟簧架 (1)的馬蹄形下部的底端；所述凸臺與碟簧架(1)的軸向接觸處裝有密封圈(3)，所述凸臺與碟簧架(1)的徑向接觸處裝有徑向密封圈(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的液動射流沖擊器，其特征在于所述碟簧架(1)中開有垂直通孔，所述垂直通孔為階梯孔，上部為小口徑孔，下部為大口徑孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液動射流沖擊器，其特征在于在所述射流元件(5)的上部入口處設(shè)置有一段垂直過流段，所述垂直過流段為軸截面呈長方形的通孔，其上端與碟簧架(1)的大口徑孔相通，下端與射流元件(5)中部的錐形孔的大口徑端相通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液動射流沖擊器，其特征在于所述碟簧架(1)的大口徑孔、 射流元件(5)的垂直過流段和錐形孔的大口徑端的直徑均相同。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種液動射流沖擊器的頂緊及密封機構(gòu)，屬于地質(zhì)探礦工程及石油鉆井領(lǐng)域。本裝置包括上接頭、碟簧架、碟形彈簧、密封圈、調(diào)整墊圈、射流元件。通過計算得出碟形彈簧的最大工作荷載，再采用軟件設(shè)計仿真，得出同時滿足靜強度和疲勞強度要求的碟形彈簧的規(guī)格，解決了以往液動射流沖擊器試驗應(yīng)用過程中，出現(xiàn)的因軸向裝配過緊導致缸體變形、活塞卡死而不能靈活運動的現(xiàn)象，和因軸向裝配過松及預(yù)緊力設(shè)置過小，高壓泥漿泄漏，對各零部件的端面產(chǎn)生沖蝕的現(xiàn)象。此外，射流元件入口處結(jié)構(gòu)上方設(shè)置了一段垂直過流段，且蝶簧架和射流元件之間增加了徑向密封圈，優(yōu)化了射流元件與碟簧架之間的流體過渡結(jié)構(gòu)，提高了射流元件的壽命。
文檔編號E21B1/26GK102454360SQ201010520169
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者劉建華, 劉鵬, 張海平, 涂玉林, 牛新明, 索忠偉, 胡彥峰, 陶興華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院