一種大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種主要用于石油天然氣鉆井、基礎(chǔ)工程、水文水井鉆探等大尺寸井眼反循環(huán)鉆井領(lǐng)域的大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，在油氣鉆井領(lǐng)域，氣體正循環(huán)鉆井技術(shù)在治理井漏、保護(hù)儲(chǔ)層、提高機(jī)械鉆速等方面取得了顯著效果。但在大尺寸井眼鉆井時(shí)，正循環(huán)氣體鉆井所需氣量大、設(shè)備數(shù)量多、成本高等成了普遍問(wèn)題。同時(shí)，常規(guī)氣體鉆井時(shí)高速氣體對(duì)井壁沖蝕明顯，在井壁不穩(wěn)定的條件下井內(nèi)容易出現(xiàn)“大肚子”。此外，若井下水層、漏層同時(shí)存在，容易出現(xiàn)漏水不漏砂的情況，難以建立循環(huán)。采用大直徑反循環(huán)空氣錘實(shí)施鉆井，所需氣量是常規(guī)正循環(huán)氣體鉆井的1/2~1/5(井眼尺寸越大對(duì)比越明顯)。反循環(huán)空氣錘鉆井，氣體不進(jìn)入環(huán)空，可有效避免井壁沖蝕，同時(shí)解決井漏不返砂的問(wèn)題。大尺寸井眼反循環(huán)空氣錘可有效降低大尺寸井眼氣體鉆井成本，解決井漏失返問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)石油天然氣鉆井領(lǐng)域常用的是正循環(huán)空氣錘。
[0003]在基礎(chǔ)工程領(lǐng)域，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，高層建筑、港口碼頭、水庫(kù)壩基、滑坡治理、公路橋梁等工程的嵌巖基礎(chǔ)灌注粧數(shù)量大幅增加。這些灌注粧孔直徑一般都較大，嵌巖深度較深，大都要求嵌入新鮮基巖面一下，以確?；挼某休d力和抵御自然災(zāi)害的能力。
[0004]常用的大直徑嵌巖粧孔施工方法多為:鋼繩沖擊鉆、鋼粒鉆進(jìn)、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、組合牙輪鉆進(jìn)、組合滾齒鉆進(jìn)、環(huán)狀取心等，但這些鉆進(jìn)效率及成孔質(zhì)量不盡人意，尤其鉆遇較硬地層(抗壓強(qiáng)度>150MPa)，進(jìn)尺緩慢，甚至根本無(wú)法進(jìn)尺。為了提高大直徑硬巖層的鉆進(jìn)效率，國(guó)內(nèi)鉆探界專(zhuān)家學(xué)者對(duì)大直徑潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究。目前國(guó)內(nèi)主要大直徑硬巖潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)有以下幾種:
[0005]1、大直徑濕式反循環(huán)潛孔錘。該潛孔錘能有效提高大直徑硬巖層的鉆進(jìn)效率。但該潛孔錘需要配套使用專(zhuān)用的三通道鉆桿(石油天然氣鉆井領(lǐng)域很難采用該類(lèi)鉆桿進(jìn)行鉆井)，且需要泥漿的液柱壓力輔助排砂。
[0006]2、正循環(huán)集束式潛孔錘。該類(lèi)潛孔錘由多個(gè)小直徑的正循環(huán)潛孔錘組成。正循環(huán)集束式潛孔錘，所需氣量大，設(shè)備占用多，排砂效果較差，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。
[0007]3、反循環(huán)集束式潛孔錘。如公開(kāi)號(hào)為CN203531746U，公開(kāi)日為2014年4月9日的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種集束式反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘，包括配氣室、筒體圍裙以及貫穿配氣室和筒體圍裙的中心管；筒體圍裙和中心管之間至少設(shè)置一層組合子錘，且組合子錘由若干設(shè)置在中心管周向上的潛孔錘組成；中心管通過(guò)管壁上的進(jìn)氣孔與配氣室相連通；配氣室分別與潛孔錘中的活塞氣缸與相連通；筒體圍裙底部設(shè)有套在中心管和潛孔錘上的底唇擋板，其上設(shè)有若干吸渣口，吸渣口通過(guò)吸渣管與中心管相連通，中心管內(nèi)設(shè)有內(nèi)管，且內(nèi)管的兩端與中心管相連通。該實(shí)用新型的潛孔錘能夠同時(shí)沖擊作功，高效鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)，適用于大口徑含水層的空氣高效鉆進(jìn)，克服了正循環(huán)鉆進(jìn)在遇到含水層時(shí)，鉆進(jìn)過(guò)程中循環(huán)介質(zhì)攜帶巖粉能力差，孔內(nèi)存在安全隱患，無(wú)法快速鉆進(jìn)的缺陷。
[0008]但該類(lèi)潛孔錘由多個(gè)小直徑的正循環(huán)潛孔錘組成，但驅(qū)動(dòng)潛孔錘的氣體通過(guò)專(zhuān)門(mén)的氣路排至地表，不會(huì)直接排放至井底參與攜巖。該潛孔錘的排砂方式是栗吸反循環(huán)，需要使用特制三通道鉆桿，并且須要配合使用泥漿、砂石栗。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型旨在針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，該反循環(huán)空氣錘結(jié)構(gòu)可提供450_~700_直徑井眼沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井破巖所需要的沖擊能。采用本實(shí)用新型的反循環(huán)空氣錘，無(wú)需采用三通道鉆桿，同時(shí)也不需要泥漿的液柱壓力輔助排砂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能提高鉆井效率的同時(shí)節(jié)省氣體鉆井氣量、設(shè)備使用量，減少設(shè)備占地面積額，節(jié)約綜合成本。
[0010]本實(shí)用新型是通過(guò)采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0011]—種大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括上接頭、外缸、環(huán)式止回閥、中心排砂管、配氣內(nèi)缸、氣動(dòng)活塞和配氣套，所述上接頭和反循環(huán)空氣錘的雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)通過(guò)絲扣連接，所述外缸通過(guò)螺紋與反循環(huán)空氣錘的防脫落釬頭的花鍵套連接，配氣內(nèi)缸、配氣套和防脫落釬頭的卡環(huán)依次座在花鍵套上，氣動(dòng)活塞位于配氣內(nèi)缸和配氣套形成的空腔內(nèi)，中心排砂管上端與雙壁換接頭內(nèi)管下端插接，中間大徑段壓入配氣內(nèi)缸中，下端插入防脫落釬頭的釬頭本體上端，中心排砂管和上接頭之間裝有環(huán)式止回閥。
[0012]環(huán)式止回閥由閥板和彈簧構(gòu)成，閥板上有密封槽，內(nèi)置O型密封圈，閥板通過(guò)O型密封圈與上接頭內(nèi)收縮面配合實(shí)現(xiàn)密封。
[0013]所述彈簧為碳素彈簧鋼絲。
[0014]所述配氣內(nèi)缸中部位置徑向均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)進(jìn)氣孔道。
[0015]所述配氣套上端面法向均勻布置數(shù)個(gè)軸向孔，同時(shí)在外圓柱面開(kāi)設(shè)同樣數(shù)量的徑向孔，軸向孔和徑向孔相互貫穿，形成配氣流道。
[0016]所述氣動(dòng)活塞為中空結(jié)構(gòu)，中心排砂管從氣動(dòng)活塞中心貫穿而過(guò)，氣動(dòng)活塞在中心排砂管、配氣內(nèi)缸、配氣套和釬頭本體組成的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)上下自由活動(dòng)，同時(shí)以其自身的軸線為中心自由旋轉(zhuǎn)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果如下:
[0018]1、將本實(shí)用新型應(yīng)用于反循環(huán)空氣錘中，其相對(duì)于大直徑濕式反循環(huán)潛孔錘，無(wú)需采用三通道鉆桿，同時(shí)也不需要泥漿的液柱壓力輔助排砂。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件少，沒(méi)有集束式潛孔錘那么復(fù)雜；集束式潛孔錘鉆孔直徑是固定的，一個(gè)集束式潛孔錘只能鉆一種直徑的鉆孔。而本實(shí)用新型涉及的產(chǎn)品可以更換其他尺寸的鉆頭；
[0019]2、目前國(guó)內(nèi)的單體反循環(huán)空氣錘鉆孔直徑較小，通常用于地質(zhì)勘探取樣。本實(shí)用新型涉及的反循環(huán)空氣錘，可用于油氣井、基礎(chǔ)工程等鉆探行業(yè)的450mm~700mm大尺寸井眼鉆井。
[0020]3、本實(shí)用新型用于油氣鉆井，同尺寸井眼鉆井可節(jié)省氣量和設(shè)備60%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0022]圖1為大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標(biāo)記:
[0024]1、外缸，3-3、上接頭，3-5、環(huán)式止回閥，3_6、中心排砂管，3-7、配氣內(nèi)缸，3_8、氣動(dòng)活塞，2、配氣套。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照說(shuō)明書(shū)附圖，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，由上接頭3-3、外缸1、環(huán)式止回閥3-5、中心排砂管3-6、配氣內(nèi)缸3-7、氣動(dòng)活塞3_8和配氣套2組成。反循環(huán)空氣錘錘體B尺寸較大，直徑為400_，當(dāng)注氣量60m3/min的時(shí)候，沖擊功可達(dá)到5650J。上接頭3-3上端為非標(biāo)矩形粗螺紋(母扣)，和雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)A的外管1-1公扣端配合；下端為非標(biāo)矩形粗螺紋(公扣)，和外缸I上端的母扣相配合。在上接頭3-3外圓柱面上均勻開(kāi)設(shè)4個(gè)直徑25mm的孔，用于拆卸上接頭3_3。外缸I上端與下端均為母扣，上端連接上接頭3-3，下端連接花鍵套。配氣內(nèi)缸3-7、配氣套2、卡環(huán)3與外缸I之間為間隙配合，三者依次從上到下堆疊在花鍵套之上。排砂中心管6中段大徑部分掛在配氣內(nèi)缸3-7之上，下端插入釬頭本體中心孔內(nèi)。環(huán)式止回閥3-5由閥板和彈簧構(gòu)成，閥板上有密封槽，內(nèi)置O型密封圈，閥板通過(guò)O型密封圈與上接頭3-3內(nèi)收縮面配合實(shí)現(xiàn)密封。彈簧為碳素彈簧鋼絲，其彈性模量較小，方便環(huán)式止回閥3-5閥板打開(kāi)。配氣內(nèi)缸3-7中部位置徑向均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)進(jìn)氣孔道。配氣套2上端面法向均勻布置數(shù)個(gè)軸向孔，同時(shí)在外圓柱面開(kāi)設(shè)同樣數(shù)量的徑向孔，軸向孔和徑向孔相互貫穿，形成配氣流道。氣動(dòng)活塞3-8為中空結(jié)構(gòu)，中心排砂管6從氣動(dòng)活塞3-8中心貫穿而過(guò)。氣動(dòng)活塞3-8在中心排砂管6、配氣內(nèi)缸3-7、配氣套2和釬頭本體組成的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)可以上下自由活動(dòng)，同時(shí)可以以其自身的軸線為中心自由旋轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括上接頭、外缸、環(huán)式止回閥、中心排砂管、配氣內(nèi)缸、氣動(dòng)活塞和配氣套，所述上接頭和反循環(huán)空氣錘的雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)通過(guò)絲扣連接，所述外缸通過(guò)螺紋與反循環(huán)空氣錘的防脫落釬頭的花鍵套連接，配氣內(nèi)缸、配氣套和防脫落釬頭的卡環(huán)依次座在花鍵套上，氣動(dòng)活塞位于配氣內(nèi)缸和配氣套形成的空腔內(nèi)，中心排砂管上端與雙壁換接頭內(nèi)管下端插接，中間大徑段壓入配氣內(nèi)缸中，下端插入防脫落釬頭的釬頭本體上端，中心排砂管和上接頭之間裝有環(huán)式止回閥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:環(huán)式止回閥由閥板和彈簧構(gòu)成，閥板上有密封槽，內(nèi)置O型密封圈，閥板通過(guò)O型密封圈與上接頭內(nèi)收縮面配合實(shí)現(xiàn)密封。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述彈簧為碳素彈簧鋼絲。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述配氣內(nèi)缸中部位置徑向均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)進(jìn)氣孔道。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述配氣套上端面法向均勻布置數(shù)個(gè)軸向孔，同時(shí)在外圓柱面開(kāi)設(shè)同樣數(shù)量的徑向孔，軸向孔和徑向孔相互貫穿，形成配氣流道。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述氣動(dòng)活塞為中空結(jié)構(gòu)，中心排砂管從氣動(dòng)活塞中心貫穿而過(guò)，氣動(dòng)活塞在中心排砂管、配氣內(nèi)缸、配氣套和釬頭本體組成的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)上下自由活動(dòng)，同時(shí)以其自身的軸線為中心自由旋轉(zhuǎn)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大尺寸井眼用反循環(huán)空氣錘錘體結(jié)構(gòu)，包括上接頭、外缸、環(huán)式止回閥、中心排砂管、配氣內(nèi)缸、氣動(dòng)活塞和配氣套，所述上接頭和反循環(huán)空氣錘的雙壁轉(zhuǎn)換短節(jié)通過(guò)絲扣連接，所述外缸通過(guò)螺紋與反循環(huán)空氣錘的防脫落釬頭的花鍵套連接，配氣內(nèi)缸、配氣套和防脫落釬頭的卡環(huán)依次座在花鍵套上，氣動(dòng)活塞位于配氣內(nèi)缸和配氣套形成的空腔內(nèi)，中心排砂管上端與雙壁換接頭內(nèi)管下端插接，中間大徑段壓入配氣內(nèi)缸中，下端插入防脫落釬頭的釬頭本體上端，中心排砂管和上接頭之間裝有環(huán)式止回閥。采用本實(shí)用新型的反循環(huán)空氣錘，無(wú)需采用三通道鉆桿，同時(shí)也不需要泥漿的液柱壓力輔助排砂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能節(jié)約綜合成本。
【IPC分類(lèi)】E21B4/06
【公開(kāi)號(hào)】CN204920775
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520715278
【發(fā)明人】范黎明, 韓烈祥, 曾紹清, 徐忠祥, 劉云, 趙軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月16日