[发明专利]往复式液动冲击器

说明书

 

技术领域：

本发明涉及一种新型的深井硬地层钻井提速装置，是一种完全依靠液力来提供所需动力的液压装置。

背景技术：

伴随石油工业实施油气勘探开发，以稳定东部，发展西部，储备南方海相沉积构造，今后石油行业所钻井愈来愈深，地层年代愈来愈久远，岩石愈来愈硬，古老的钻井方法已经不能满足生产和工程的需要。当钻进遇硬地层时，钻井效率低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高。提高深井钻井速度的问题成为钻井界研究的重要课题，冲击旋转钻井技术是解决硬岩钻进难题最有效的方法之一。

近几年来，随着油气钻井向深部的发展，硬地层钻进的难题日益突出，而目前油气田勘探开发钻井中仍主要采用传统的牙轮钻头，配合PDC钻头及喷射钻井装置的旋转钻井技术。当钻遇硬地层时，钻井效率很低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高，冲击旋转钻井技术是解决硬岩钻进难题最有效的方法之一。目前，国内外发展的冲击器类型有阀式正作用冲击器、阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器(含活阀式和节流式)、射流式冲击器、射吸式冲击器、气动冲击器、机械式冲击器。这些冲击器基本组件包括换向机构(活塞、弹簧、密封件、冲锤) 及能量传递机构(砧子、钻头)。在石油钻井过程中，井下工具处于钻井液压力高、温度高、固体颗粒含量高等复杂工况，工具本身运动频率高(有的高达20 Hz) ，钻井液所含固相颗粒对密封件、运动副的磨损随着井深增加，井下温度升高，加上活塞高频往复运动产生的摩擦升温也会造成密封件过早失效； 同样，设计不合理，材质和工艺不合格，液流入口或出口受高速冲刷而冲蚀损坏，冲击器寿命一般较短(不超过80h)。

旋冲钻井技术是石油行业独具特色的、能显著提高钻速的工艺技术方法。该钻井技术就是在旋转钻井的基础上，再增加一个液动冲击器，位于钻头和钻铤之间，以产生高频周期性的冲击力。该技术是利用冲击器高频锤击钻头齿入岩石，并辅以旋转刮削进行联合破岩的一种高效破岩。钻进时，钻头在常规钻压和扭矩作用的基础上同时通过冲击器给钻头施加一定频率的冲击载荷，井底钻头就在冲击和旋转共同作用下破碎岩石，进行钻进。通过试验应用表明，旋冲钻井技术是一项先进的、实用的、可靠的现代钻井技术。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种新型的钻井辅助装置往复式液动冲击器，以减小硬地层钻井效率低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高等问题，提高钻井的效率。

为实现工作目的，本发明的总体构思是：多组涡轮组作为往复式液动冲击器的动力提供和传输装置并排安装。钻井液从流道进入冲击器上接头后，经过涡轮组，涡轮组将钻井液的动量转换成动力轴的扭矩。通过涡轮组和截面为六边形的动力轴之间的联动将旋转运动传递到旋转头，动力轴带动旋转头一起做360°连续旋转运动。上弹簧套装在截面为六边形的动力轴上，一端与挡圈端面接触，另一端与旋转头端面接触，且始终处于压缩状态，用以提高旋转头和冲击头间的密封效果。安装在旋转头下方，并与旋转头端面配合的冲击头相对动力轴静止，则在动力轴带动旋转头转动时，冲击头与旋转头的扇形截面出现端面重合和端面交错两种工作状态。当旋转头与冲击头的扇形端面重合时，扇形端面外的两侧流道畅通，液体从两侧流道和阻尼孔流过，旋转头与冲击头处于流通状态；当选转头与冲击头扇形端面交错时，侧流道被扇形端面堵塞，液体只能从阻尼孔流过，旋转头与冲击头处于闭合状态。由于动力轴的带动，从而完成旋转头和和冲击头的周期闭合与流通。

当旋转头和冲击头旋转至闭合状态时，钻井液经过上接头、涡轮组、挡圈、旋转头、冲击头、内套、下接头，流出冲击器。由于侧流道堵住，钻井液仅通过旋转头一端一端开的阻尼孔流入冲击头的中心孔，过流面积突变，压损较大，作用的压降力较大。当旋转头和冲击头旋转至通流状态时，钻井液经过上接头、涡轮组、挡圈、旋转头、冲击头、内套、下接头，流出冲击器。由于侧流道打开，钻井液可同时从旋转头与冲击头端面重合形成的侧流道和旋转头一端上开的阻尼孔流过，过流面积大，压损较小，作用的压降力较小。从而完成压降力周期性的大小变换。