專利名稱：芯閥射吸式液壓潛孔錘的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉆井機械領域，具體是一種用于鉆井工程旋沖鉆井技術的芯閥射吸式 液壓潛孔錘。
背景技術：
液壓潛孔錘有正作用、反作用、雙作用和復合作用等多種作用原理，這些潛孔錘用 于大泵量施工的鉆井工程中，由于受到潛孔錘管徑的限制，其閥控機構都難以容納鉆井所 需泵量，因此設計者多采用分流方式解決。分流必然導致潛孔錘結構復雜，無用能耗增大， 而且還帶來一些其它的技術問題。射吸式液壓潛孔錘液能利用率低，大部分液能無法被活塞利用而是通過排液通道 進入砧子以下的鉆具排出，因此這種潛孔錘具有采用大泵量不分流的潛在條件，已有的射 吸式液壓潛孔錘均為套閥射吸式閥控機構，例如SX型液壓沖擊器和HSX液壓潛孔錘，按照 石油鉆井所需泵量，現(xiàn)有潛孔錘還遠遠達不到要求。研制新的閥控機構是解決問題的關鍵。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，它能克服傳統(tǒng)的套閥射吸式液壓潛孔錘 的結構缺陷，使射吸式液壓潛孔錘能滿足大泵量、高粘度、不分流的技術要求。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，由上接頭、噴嘴、閥 程座、芯閥、活塞、外殼、砧子和傳動套構成，外殼兩頭分別與上接頭和傳動套螺紋連接，其 特征在于噴嘴安裝在上接頭與閥程座之間的射吸腔頂部，噴嘴下方的閥程座、芯閥和活塞 由上至下順序安裝在外殼內構成芯閥射吸式閥控機構，該閥控機構的閥程座固定在上接頭 與外殼連接處，芯閥的閥體和閥錐穿過閥程座中心的通孔進入活塞內腔，芯閥的閥冠受閥 程座限制只能在射吸腔內往復運動；芯閥的閥體內有承噴孔，承噴孔的入口在閥冠頂端，出 口在閥體與閥錐之間，閥錐與活塞內腔里面的閥座構成開啟或關閉活塞排液通道的閥門； 芯閥的閥體外圓柱面與活塞內腔上部構成動密封配合且相互間在密封狀態(tài)下往復運動，活 塞外圓柱面與外殼內壁之間構成動密封配合且相互間在密封狀態(tài)下往復運動。所述芯閥形狀像一根空心的釘子，芯閥不僅是一個控制元件閥，同時還是一個在 沿軸線往復運動的過程中將液壓動能轉變?yōu)閴耗艿哪芰哭D換承噴器，該承噴器中的承噴孔 由閥冠頂部的喉管入口、往下的喉管、與喉管入口連通的擴散管和連通活塞內腔的旁路構 成。所述的活塞外圓柱面與外殼內壁之間通過密封件構成動密封配合。所述的活塞不僅是一個將液能轉變?yōu)闄C械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時還是 一個與芯閥配合實現(xiàn)往復沖擊運動的控制元件；活塞內腔由三個不同直徑的同軸孔段組 成，上孔段與芯閥的外圓柱面通過密封件構成動密封配合，直徑最大的中孔段既是容納芯 閥旁路出口段和閥錐的閥室，同時也是擴散管的延伸腔，下孔段直徑小于中孔段，是活塞的 排液孔；在進入芯閥的工作液的射流作用下，閥錐與閥座構成的閥門能使排液孔有規(guī)律的開啟和關閉，實現(xiàn)工作液流不斷地將活塞向上舉升和向下沖擊砧子做功。所述芯閥的閥錐下段與活塞內腔中的閥座相互撞擊的部分為耐沖擊、耐磨損和耐 腐蝕的材料制成并且是易更換的零件。所述的芯閥與活塞以及活塞與外殼之間的動密封配合是由剛性材料制成的活塞 環(huán)或彈性材料制成的密封圈與光滑耐磨的孔壁或外圓柱面構成。所述活塞內腔中的閥座由耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并且是易更換的零 件。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果一、芯閥與活塞除了互為潛孔錘的閥控元件外，它們還具有將液壓動能轉變?yōu)閴?能和液能轉變?yōu)闄C械能沖擊砧子作功的雙重功能；閥程座則可以直接調控芯閥行程和活塞 自由行程，整個閥控機構十分簡單，只有芯閥與活塞兩個運動件和兩個動密封部位，發(fā)生故 障的機率自然也很低。二、整個潛孔錘內的鉆井液流道除閥錐與閥座之間有很短距離的流線形環(huán)形流道 外，其余全部是圓柱狀直孔，在相同的截面積流道中圓柱狀直孔與流體接觸的表面積最小， 液流阻力也最小。三、芯閥射吸式閥控機構能夠充分利用潛孔錘的外殼內腔，活塞外徑與外殼內徑 很接近，為大流量射吸式閥控機構的設計提供了條件。四、閥控機構屬常開狀態(tài)，潛孔錘停止工作時排液通道暢通。五、本發(fā)明能承受的工作泵量是同規(guī)格已有射吸式液壓潛孔錘的3 5倍，工作壓 降0. 5 1. 5Mpa，是一種可使用濃泥漿的大泵量、低壓降、不分流的液壓潛孔錘，它適用于 石油鉆井、水井鉆探等大口徑鉆井工程的旋沖鉆井工藝，特別是大泵量、高粘度鉆井泥漿、 施工的旋沖鉆井工藝。本發(fā)明結構簡單，裝拆維修容易，易沖蝕、損壞部位少，使用過程中除 運動件被異物卡死，沉淀的泥沙埋住和正常磨損與沖蝕外一般不會有更多故障。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的芯閥示意圖。圖3是本發(fā)明的活塞示意圖。圖中的零件編號為1.上接頭；2.噴嘴；3.閥程座；4.芯閥；5.活塞；6.外殼；7.砧子；8.傳動套； 9.射吸腔；10.閥冠；11.閥座通孔；12.活塞上腔；13.承噴孔；14.芯閥與活塞動密封配 合；15.活塞與外殼動密封配合；16.閥室；17.閥錐；18.閥座；19.活塞排液孔；20.活塞下 腔；21.砧子排液孔；22.閥錐下段；23.喉管入口 ；24.喉管；25.擴散管；26.旁路；27.活 塞上孔段；28.密封件；29.密封件；A.閥程；B.自由行程。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。如圖1-3所示，本發(fā)明提供的這種芯閥射吸式液壓潛孔錘，是由上接頭1、噴嘴2、 閥程座3、芯閥4、活塞5、外殼6、砧子7和傳動套8等零件構成，所有零件由上至下由里至外共同一條軸線順序安裝，閥程座、芯閥、活塞和外殼構成芯閥射吸式閥控機構，該機構的閥 程座固定在上接頭與外殼連接處，上接頭內腔與閥程座之間形成射吸腔，工作液由噴嘴射 出經(jīng)過射吸腔進入芯閥內腔；芯閥形狀像一根空心的釘子，其上端的閥冠位于射吸腔內，并 受到閥程座的限制只能在閥程座與射吸腔的頂面之間往復運動，運動的距離A為閥程，中 段閥體和下部閥錐穿過閥程座中間的通孔進入活塞內腔；活塞外形呈圓柱狀，中心有孔貫 穿稱為活塞內腔，芯閥的閥體和閥錐裝在其內，內腔里面的閥座與閥錐構成開啟或關閉活 塞內腔排液通道的閥門，活塞上端面與閥程座之間的空間為活塞上腔，下端面與砧子頂面 之間的空間為活塞下腔；外殼為圓形管柱，兩頭分別與上接頭和傳動套螺紋連接，閥程座、 芯閥、活塞都順序安裝在外殼管內，外殼與活塞、活塞與芯閥均為動密封配合，并且相互間 是在密封狀態(tài)下沿軸向往復運動；當芯閥位于閥程下限、活塞內腔里的閥座與芯閥的閥錐 即將沿軸向分開時，活塞底面至砧子頂面之間的距離B為活塞的自由行程；閥程A+自由行 程B等于活塞的工作行程，當活塞處于工作行程下限位置時，閥錐與閥座分開B距離，活塞 里的液流通道開啟。芯閥不僅是一個控制元件閥，同時還是一個在沿軸線往復運動的過程中將液壓動 能變?yōu)閴耗艿哪芰哭D換元件承噴器，結構如圖2所示，該承噴器中的承噴孔由閥冠頂部的 喉管入口開始，往下是喉管，擴散管和連通閥室的旁路構成。閥錐下段與閥座相互撞擊的部 分是耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并且可以更換的零件。活塞不僅是一個將液能轉變?yōu)闄C械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時還是一個與 芯閥配合實現(xiàn)往復沖擊運動的控制元件，其結構如圖3所示，活塞外圓柱面與外殼內壁之 間設有密封件與外殼內壁構成動密封配合，活塞內的通孔是由三個不同直徑的同軸孔段組 成，上孔段設有密封件與芯閥的外圓柱面構成動密封配合，中孔段直徑最大是容納芯閥旁 路出口段和閥錐的閥室，同時也是擴散管的延伸腔，下孔段直徑較閥室小，是活塞的排液 孔，閥室與排液孔之間是一段與閥錐相配合的錐形閥座，受進入芯閥的射流作用，閥錐與閥 座能使排液通道有規(guī)律的開啟和關閉，實現(xiàn)工作液流不斷地將活塞向上舉升和向下沖擊砧 子做功?；钊c外殼和活塞與芯閥之間的動密封副，是由剛性材料制成的活塞環(huán)或彈性材 料制成的密封圈與光滑耐磨的孔壁或外圓柱面構成。閥座是由耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的 材料制成并且可以更換的零件。工作原理鉆井液從噴嘴高速射出穿過射吸腔經(jīng)承噴孔、閥室活塞排液孔進入活 塞下腔和砧子的排液孔排向井底，這個過程中由通孔連通的射吸腔和活塞上腔液壓迅速降 低，而它們的下腔的液壓則同步升高，壓差使芯閥迅速升至行程上限，活塞也隨之上升，直 至閥錐與閥座結合阻斷液流通道，阻斷的過程非常迅速，因此產(chǎn)生很強的水擊作用于芯閥 和活塞的頂部推動芯閥與活塞向下沖擊砧子。由于芯閥受到閥程座的限制，當活塞擊到砧 子時，閥錐與閥座已經(jīng)分離B距離，排液通道恢復暢通，下一個工作周期開始，周而復始不 停地沖擊。
權利要求
1.一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，由上接頭(1)、噴嘴O)、閥程座(3)、芯閥、活塞 (5)、外殼(6)、砧子(7)和傳動套(8)構成，外殼兩頭分別與上接頭和傳動套螺紋連接，其特 征在于噴嘴安裝在上接頭與閥程座之間的射吸腔(9)頂部，噴嘴下方的閥程座、芯閥和活 塞由上至下順序安裝在外殼內構成芯閥射吸式閥控機構，該閥控機構的閥程座固定在上接 頭與外殼連接處，芯閥的閥體和閥錐(17)穿過閥程座中心的通孔進入活塞內腔，芯閥的閥 冠(10)受閥程座限制只能在射吸腔內往復運動；芯閥的閥體內有承噴孔(13)，承噴孔的入 口在閥冠頂端，出口在閥體與閥錐之間，閥錐與活塞內腔里面的閥座(18)構成開啟或關閉 活塞排液通道的閥門；芯閥的閥體外圓柱面與活塞內腔上部構成動密封配合(14)且相互 間在密封狀態(tài)下往復運動，活塞外圓柱面與外殼內壁之間構成動密封配合(1 且相互間 在密封狀態(tài)下往復運動。
2.根據(jù)權利要求1所述芯閥射吸式閥控機構，其特征在于芯閥形狀像一根空心的釘 子，芯閥不僅是一個控制元件閥，同時還是一個在沿軸線往復運動的過程中將液壓動能轉 變?yōu)閴耗艿哪芰哭D換承噴器，該承噴器中的承噴孔由閥冠頂部的喉管入口(23)、往下的喉 管(M)、與喉管入口連通的擴散管0 和連通活塞內腔的旁路06)構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的芯閥射吸式閥控機構，其特征在于活塞外圓柱面與外殼內 壁之間通過密封件0 構成動密封配合。
4.根據(jù)權利要求1所述的芯閥射吸式閥控機構，其特征在于活塞不僅是一個將液能 轉變?yōu)闄C械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時還是一個與芯閥配合實現(xiàn)往復沖擊運動的控 制元件；活塞內腔由三個不同直徑的同軸孔段組成，上孔段(XT)與芯閥的外圓柱面通過密 封件08)構成動密封配合(14)，直徑最大的中孔段既是容納芯閥旁路06)出口段和閥錐 (17)的閥室(16)，同時也是擴散管05)的延伸腔，下孔段直徑小于中孔段，是活塞的排液 孔(19)；在進入芯閥的工作液的射流作用下，閥錐(17)與閥座(18)構成的閥門能使排液 孔(19)有規(guī)律的開啟和關閉，實現(xiàn)工作液流不斷地將活塞向上舉升和向下沖擊砧子做功。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的芯閥射吸式閥控機構，其特征在于芯閥的閥錐下段 (22)與活塞內腔中的閥座(18)相互撞擊的部分為耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并 且是易更換的零件。
6.根據(jù)權利要求1或3所述的芯閥射吸式閥控機構，其特征在于芯閥與活塞以及活 塞與外殼之間的動密封配合是由剛性材料制成的活塞環(huán)或彈性材料制成的密封圈與光滑 耐磨的孔壁或外圓柱面構成。
7.根據(jù)權利要求1或4或5所述的芯閥射吸式閥控機構，其特征在于活塞內腔中的 閥座由耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并且是易更換的零件。
全文摘要
一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，其特征在于噴嘴下方的閥程座、芯閥、活塞由上至下順序安裝在外殼內構成芯閥射吸式閥控機構，閥程座直接控制著芯閥行程和活塞自由行程；芯閥具有閥門和承噴器兩種功能，既是控制元件又是將工作液流的動能轉變?yōu)閴耗艿哪芰哭D換元件；活塞既是將液能轉變?yōu)闄C械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時又是與芯閥配合實現(xiàn)往復沖擊運動的控制元件，本發(fā)明能承受的工作泵量是同規(guī)格已有射吸式液壓潛孔錘的3～5倍，工作壓降0.5～1.5MPa，是一種可使用濃泥漿的大泵量、低壓降、不分流的液壓潛孔錘，它適用于石油鉆井、水井鉆探等大口徑鉆井工程的旋沖鉆井工藝，特別是大泵量、高粘度鉆井泥漿、施工的旋沖鉆井工藝。
文檔編號E21B34/06GK102094577SQ201010579649
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者劉國經(jīng) 申請人:劉國經(jīng)