專利名稱：一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具的制作方法
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(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具。
背景技術(shù)：
目前油氣鉆井主要采用普通的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，當(dāng)鉆進(jìn)遇到硬地層或研磨性地層時(shí)，常出現(xiàn)卡鉆及粘滑振動(dòng)等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象將使得鉆頭使用壽命縮短、鉆進(jìn)效率降低、鉆井成本升高。為提高鉆井效率，已提出了旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)，即在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上對(duì)巖石破碎工具施加具有一定頻率的沖擊能量。液動(dòng)沖擊器即為典型的旋沖鉆井工具，目前使用的液動(dòng)沖擊器主要包括閥式和射流式兩大類型。閥式?jīng)_擊器主要是由閥的開(kāi)閉及彈簧或節(jié)流壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)沖擊器的循環(huán)沖擊；射流式?jīng)_擊器是利用雙穩(wěn)射流元件的附壁切換功能，使得沖擊器內(nèi)部的鉆井液交替的進(jìn)入沖錘的上下腔，從而驅(qū)動(dòng)沖錘往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)沖錘的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。然而，液動(dòng)沖擊器目前未能規(guī)模應(yīng)用與推廣，其主要原因在于現(xiàn)有液動(dòng)沖擊器壽命短，沖擊頻率低，穩(wěn)定性差且無(wú)法調(diào)節(jié)沖擊載荷的大小。

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，提供一種新型沖擊器，即液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，主要由渦輪驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)、沖擊裝置、端帽、沖錘、外缸、內(nèi)缸、密封圈、導(dǎo)流盤(pán)、殼體和鉆頭組成。其特征在于:所述渦輪驅(qū)動(dòng)裝置包括定軸、上深溝球軸承、渦輪盤(pán)、渦輪葉片、壓緊盤(pán)、下深溝球軸承、推力軸承，定軸與渦輪盤(pán)之間設(shè)有上深溝球軸承、下深溝球軸承和推力軸承，上深溝球軸承和下深 溝球軸承分別由渦輪盤(pán)的上臺(tái)肩與下臺(tái)肩定位，推力軸承由定軸的凸臺(tái)定位，壓緊盤(pán)通過(guò)螺紋與渦輪盤(pán)連接并將渦輪葉片固定在渦輪盤(pán)上；所述端帽固定于定軸上端，起導(dǎo)流作用；所述旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)包括上閥板和下閥板，上閥板通過(guò)螺紋與渦輪盤(pán)連接，上閥板的下端與下閥板的上端之間設(shè)有I 2mm的間隙，下閥板通過(guò)過(guò)盈配合固定于定軸下端，下閥板由外缸支撐；所述外缸安裝于導(dǎo)流盤(pán)與下閥板間，內(nèi)缸安裝在外缸內(nèi)部，二者之間形成2個(gè)第一輸入流道和2個(gè)第二輸入流道，沖錘將內(nèi)缸分為上腔和下腔，內(nèi)缸周向?qū)ΨQ分布有2個(gè)內(nèi)缸流道；所述導(dǎo)流盤(pán)安裝在鉆頭內(nèi)部，中間設(shè)有用于安裝錘桿的通孔，圓周方向上設(shè)有I個(gè)排水口、2個(gè)第一泄流孔和2個(gè)第二泄流孔；所述沖擊裝置包括沖擊座、彈簧和錘桿，沖擊座位于內(nèi)缸底端，沖擊座下端設(shè)有錘桿，錘桿與導(dǎo)流盤(pán)間設(shè)有彈簧用于使向下運(yùn)動(dòng)的錘桿恢復(fù)原位；所述沖錘與內(nèi)缸接觸處裝有密封圈，沖擊座與內(nèi)缸接觸處裝有密封圈；所述鉆頭通過(guò)螺紋與殼體連接。所述上深溝球軸承和下深溝球軸承為旋轉(zhuǎn)密封軸承；所述上閥板圓周方向有2個(gè)輸入孔和2個(gè)輸出孔，下閥板圓周分布2個(gè)第一過(guò)流孔和2個(gè)第二過(guò)流孔；所述第一泄流孔與第二泄流孔的過(guò)流面積相同，鉆頭上設(shè)有5個(gè)泄流噴嘴，排水口與I個(gè)泄流噴嘴相通，導(dǎo)流盤(pán)上的2個(gè)第一泄流孔和2個(gè)第二泄流孔分別與4個(gè)泄流噴嘴連通，5個(gè)泄流噴嘴的過(guò)流面積相同，通過(guò)改變泄流噴嘴的過(guò)流面積來(lái)調(diào)整上腔和下腔之間的壓力差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:(1)工具可形成高頻軸向沖擊直接作用于巖石上，給旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的鉆頭提供輔助破巖能量，有助于提高機(jī)械鉆速；(2)工具使用渦輪作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，通過(guò)變化渦輪葉片結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)對(duì)不同沖擊頻率的要求；(3)通過(guò)調(diào)節(jié)泄流噴嘴的過(guò)流面積差可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小沖擊功的要求。


圖1是本發(fā)明液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具的結(jié)構(gòu)剖面 圖2是本發(fā)明液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具的另一結(jié)構(gòu)剖面 圖3是圖1中的A-A截面 圖4是圖2中的B-B截面 圖5是圖1中的C-C截面 圖6是圖1中的D-D截面 圖7是圖2中的E-E截面 圖中:1.端帽，2.定軸，3.上深溝球軸承，4.渦輪盤(pán)，5.渦輪葉片，6.壓緊盤(pán)，7.下深溝球軸承，8.推力軸承9.上閥板，10.下閥板，11.上腔，12.沖錘，13.外缸，14.內(nèi)缸，15.下腔，16.沖擊座，17.密封圈，18.導(dǎo)流盤(pán)，19.彈簧，20.泄流噴嘴，21.鉆齒，22.上接頭，23.殼體，24.鉆頭，25.錘桿，26.第一輸入流道，27.第二輸入流道，28.排道，29.第一過(guò)流孔，30.第二過(guò)流孔，31.輸入孔，32.輸出孔，33.第一泄流孔，34.第二泄流孔，35.排水口，36.內(nèi)缸流道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1 7所示，一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，主要由渦輪驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)、沖擊裝置、端帽1、沖錘12、外缸13、內(nèi)缸14、密封圈17、導(dǎo)流盤(pán)18、殼體23和鉆頭24組成。其特征在于:所述渦 輪驅(qū)動(dòng)裝置包括定軸2、上深溝球軸承3、渦輪盤(pán)4、渦輪葉片
5、壓緊盤(pán)6、下深溝球軸承7、推力軸承8，定軸2與渦輪盤(pán)4之間設(shè)有上深溝球軸承3、下深溝球軸承7和推力軸承8，上深溝球軸承3和下深溝球軸承7分別由渦輪盤(pán)4的上臺(tái)肩與下臺(tái)肩定位，推力軸承8由定軸2的凸臺(tái)定位，壓緊盤(pán)6通過(guò)螺紋與渦輪盤(pán)4連接并將渦輪葉片5固定在渦輪盤(pán)4上；所述端帽I固定于定軸2上端，起導(dǎo)流作用；所述旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)包括上閥板9和下閥板10，上閥板9通過(guò)螺紋與渦輪盤(pán)4連接，上閥板9的下端與下閥板10的上端之間設(shè)有I 2mm的間隙，下閥板10通過(guò)過(guò)盈配合固定于定軸2下端，下閥板10由外缸13支撐；所述外缸13安裝于導(dǎo)流盤(pán)18與下閥板10間，內(nèi)缸14安裝在外缸13內(nèi)部，二者之間形成2個(gè)第一輸入流道26和2個(gè)第二輸入流道27，沖錘12將內(nèi)缸14分為上腔11和下腔15，內(nèi)缸14周向?qū)ΨQ分布有2個(gè)內(nèi)缸流道36 ;所述導(dǎo)流盤(pán)18安裝在鉆頭24內(nèi)部，中間設(shè)有用于安裝錘桿25的通孔，圓周方向上設(shè)有I個(gè)排水口 35、2個(gè)第一泄流孔33和2個(gè)第二泄流孔34 ;所述沖擊裝置包括沖擊座16、彈簧19和錘桿25，沖擊座16位于內(nèi)缸14底端，沖擊座16下端設(shè)有錘桿25，錘桿25與導(dǎo)流盤(pán)18間設(shè)有彈簧19用于使向下運(yùn)動(dòng)的錘桿25恢復(fù)原位；所述沖錘12與內(nèi)缸14接觸處裝有密封圈17，沖擊座16與內(nèi)缸14接觸處裝有密封圈17 ;所述鉆頭24通過(guò)螺紋與殼體23連接。所述上深溝球軸承3和下深溝球軸承7為旋轉(zhuǎn)密封軸承；上閥板9圓周方向有2個(gè)輸入孔31和2個(gè)輸出孔32，下閥板10圓周分布2個(gè)第一過(guò)流孔29和2個(gè)第二過(guò)流孔30 ；所述第一泄流孔33與第二泄流孔34的過(guò)流面積相同，鉆頭24上設(shè)有5個(gè)泄流噴嘴20，排水口 35與I個(gè)泄流噴嘴20相通，導(dǎo)流盤(pán)18上的2個(gè)第一泄流孔33和2個(gè)第二泄流孔34分別與4個(gè)泄流噴嘴20連通，5個(gè)泄流噴嘴20的過(guò)流面積相同，通過(guò)改變泄流噴嘴20的過(guò)流面積來(lái)調(diào)整上腔11和下腔15之間的壓力差；所述上腔11與第一輸入流道26相連通，下腔15與第二輸入流道27相連通；下閥板10的第一過(guò)流孔29與第一輸入流道26對(duì)準(zhǔn)，第二過(guò)流孔30與第二輸入流道27對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)鉆具工作時(shí)，上部鉆桿流入的鉆井液經(jīng)殼體通道流向渦輪驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)渦輪葉片5轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪葉片5帶動(dòng)渦輪盤(pán)4及上閥板9旋轉(zhuǎn)；在此過(guò)程中，定軸2及下閥板10固定不動(dòng)。當(dāng)上閥板9的輸入孔31與下閥板10的第一過(guò)流孔29相通時(shí)，鉆井液依次流過(guò)輸入孔31及第一過(guò)流孔29并在第一輸入流道26處分流成兩部分:一部分高壓鉆井液直接流向第一泄流孔33，另一部分高壓鉆井液流入上腔11 ;與此同時(shí)，上閥板9的輸出孔32與下閥板10的第二過(guò)流孔30相通，下腔15中的鉆井液經(jīng)第二輸入流道27從第二泄流孔34排出或經(jīng)排道28從排水口 35排出，推動(dòng)沖錘12向下撞擊沖擊座16，所形成的沖擊能量傳至錘桿25用于破碎巖石。當(dāng)上閥板9的輸入孔31與下閥板10的第二過(guò)流孔30相通時(shí)，鉆井液依次流過(guò)輸入孔31及第二過(guò)流孔30并在第二輸入流道27處分流成兩部分:一部分高壓鉆井液直接流向第二泄流孔34，另一部分高壓鉆井液通過(guò)內(nèi)缸流道36流入下腔15，推動(dòng)沖錘12向上滑動(dòng)；與此同時(shí)，上閥板9的輸出孔32與下閥板10的第一過(guò)流孔29相通，上腔11中的鉆井液經(jīng)第一輸入流道26從第一泄流孔33或經(jīng)排道28從排水口 35排出，錘桿25在彈簧19作用下向上運(yùn)動(dòng)恢復(fù)原位。當(dāng)流體持續(xù)作用于渦輪驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，輸入孔31與第一過(guò)流孔29及第二過(guò)流孔30交替相通，使得沖錘12于內(nèi)缸14中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊座16的循環(huán)沖擊,并 將沖擊能量傳至錘桿25用于沖擊巖石,輔助鉆齒21破巖。
權(quán)利要求
1.一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，主要由渦輪驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)、沖擊裝置、端帽(I)、沖錘(12)、外缸(13)、內(nèi)缸(14)、密封圈(17)、導(dǎo)流盤(pán)(18)、殼體(23)和鉆頭(24)組成；其特征在于:所述渦輪驅(qū)動(dòng)裝置包括定軸(2)、上深溝球軸承(3)、渦輪盤(pán)(4)、渦輪葉片(5)、壓緊盤(pán)(6)、下深溝球軸承(7)、推力軸承(8)，定軸(2)與渦輪盤(pán)(4)之間設(shè)有上深溝球軸承(3)、下深溝球軸承(7)和推力軸承(8)，上深溝球軸承(3)和下深溝球軸承(7)分別由渦輪盤(pán)(4)的上臺(tái)肩與下臺(tái)肩定位，推力軸承(8)由定軸(2)的凸臺(tái)定位，壓緊盤(pán)(6)通過(guò)螺紋與渦輪盤(pán)(4)連接并將渦輪葉片(5)固定在渦輪盤(pán)(4)上；所述端帽(I)固定于定軸(2)上端，起導(dǎo)流作用；所述旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)包括上閥板(9)和下閥板(10)，上閥板(9)通過(guò)螺紋與渦輪盤(pán)(4)連接，上閥板(9)的下端與下閥板(10)的上端之間設(shè)有I 2mm的間隙，下閥板(10)通過(guò)過(guò)盈配合固定于定軸(2)下端，下閥板(10)由外缸(13)支撐；所述外缸(13)安裝于導(dǎo)流盤(pán)(18)與下閥板(10)間，內(nèi)缸(14)安裝在外缸(13)內(nèi)部，二者之間形成2個(gè)第一輸入流道(26 )和2個(gè)第二輸入流道(27 )，沖錘(12 )將內(nèi)缸(14)分為上腔(11)和下腔(15)，內(nèi)缸(14)周向?qū)ΨQ分布有2個(gè)內(nèi)缸流道(36);所述導(dǎo)流盤(pán)(18)安裝在鉆頭(24)內(nèi)部，中間設(shè)有用于安裝錘桿(25)的通孔，圓周方向上設(shè)有I個(gè)排水口(35)、2個(gè)第一泄流孔(33 )和2個(gè)第二泄流孔(34 );所述沖擊裝置包括沖擊座(16 )、彈簧(19 )和錘桿(25 )，沖擊座(16)位于內(nèi)缸(14)底端，沖擊座(16)下端設(shè)有錘桿(25)，錘桿(25)與導(dǎo)流盤(pán)(18)間設(shè)有彈簧(19)用于使向下運(yùn)動(dòng)的錘桿(25)恢復(fù)原位；所述沖錘(12)與內(nèi)缸(14)接觸處裝有密封圈(17)，沖擊座(16)與內(nèi)缸(14)接觸處裝有密封圈(17);所述鉆頭(24)通過(guò)螺紋與殼體(23)連接。
2.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，其特征在于:所述上深溝球軸承(3 )和下深溝球軸承(7 )為旋轉(zhuǎn)密封軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，其特征在于:上閥板(9)圓周方向有2個(gè)輸入孔(31)和2個(gè)輸出孔(32)，下閥板(10)圓周分布2個(gè)第一過(guò)流孔(29)和2個(gè)第二過(guò)流孔(30)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，其特征在于:所述第一泄流孔(33)與第二泄流孔(34)的過(guò)流面積相同，鉆頭(24)上設(shè)有5個(gè)泄流噴嘴(20)，排水口(35)與I個(gè)泄流噴嘴(20)相通，導(dǎo)流盤(pán)(18)上的2個(gè)第一泄流孔(33)和2個(gè)第二泄流孔(34)分別與4個(gè)泄流噴嘴(20)連通，5個(gè)泄流噴嘴(20)的過(guò)流面積相同，通過(guò)改變泄流噴嘴(20)的過(guò)流面積來(lái)調(diào)整上腔(11)和下腔(15)之間的壓力差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液動(dòng)錘桿式?jīng)_擊鉆井工具，屬于地質(zhì)探礦工程及石油鉆井領(lǐng)域。其技術(shù)方案是工具由渦輪驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)、沖擊裝置、端帽、沖錘、外缸、內(nèi)缸、密封圈、導(dǎo)流盤(pán)、殼體和鉆頭組成，渦輪驅(qū)動(dòng)裝置包括定軸、上深溝球軸承、渦輪盤(pán)、渦輪葉片、壓緊盤(pán)、下深溝球軸承和推力軸承，旋轉(zhuǎn)閥配流機(jī)構(gòu)包括上閥板和下閥板，沖擊裝置包括沖擊座、彈簧和錘桿。工作時(shí)，渦輪驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)上閥板轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入孔與下閥板的第一過(guò)流孔及第二過(guò)流孔交替相通，使沖錘于內(nèi)缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊座的循環(huán)沖擊，沖擊能量傳至錘桿用于破巖。本發(fā)明可形成用于輔助破巖的高頻軸向沖擊力，有助于延長(zhǎng)鉆頭壽命并提高機(jī)械鉆速，特別適用于硬地層的鉆進(jìn)。
文檔編號(hào)E21B4/16GK103244052SQ20131017788
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月15日
發(fā)明者祝效華, 易靜, 湯歷平 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)