[发明专利]一种用于动力钻具的液动冲击装置

说明书

本发明涉及一种应用于动力钻具的液动冲击装置，技术方案是：定子外筒固定连接环形凸轮，凸轮滚轮沿环形凸轮工作面滚动，推动射吸阀相对导流喷管动作，在复位弹簧预压力作用下，切换钻井液流道，钻井液流经射吸流道时，在射吸效应作用下，射吸阀通过吸液孔吸排射吸阀与冲锤之间的钻井液，冲锤在压差作用下抬升，当钻井液流经冲击流道时，射吸阀的吸液孔关闭，钻井液进入射吸阀与冲锤之间的空间，推动冲锤冲击砧子和钻头接头，在冲锤下行到下极限位置时，射吸阀末端的卸压孔打开，节流钻井液，冲击载荷达到最大，重复钻井液流道切换，装置实现连续液动冲击。该冲击装置结构简单，不影响动力钻具定向性能，不干涉随钻测量工具，冲击过程中不产生无效的钻压波动，能够辅助钻头有效提高破岩效率。

所属技术领域

本发明涉及一种油气田钻井工程领域，尤其涉及一种用于动力钻具的液动冲击装置。

背景技术

油气田勘探开发钻井实践表明，在钻头旋转切削破岩的同时给钻头施加高频轴向冲击载荷可以显著提高钻头破岩效率，提高钻井速度，螺杆动力钻具作为钻井工艺的一项重要措施，增加具有轴向冲击功能的功能短节，是现场亟需的技术。国内外已研究设计多种旋冲钻井工具和基于螺杆钻具的轴向冲击装置，已有的旋冲钻井工具因螺杆钻具的工艺要求和钻柱结构尺寸限制，都不能有效地与动力钻具匹配使用；已有的基于螺杆钻具的轴向冲击装置主要采用了机械方式蓄积释放机械能量而产生机械冲击的方案，这种技术方案因为一定程度上要产生无效的钻压波动，针对某些采用传统钻井技术钻速极低的研磨性地层能够显著提高钻井速度，但对于其它地层会减弱旋转切削破岩效率，总体效果上提高钻井机械速度并不明显，同时这些装置都不同程度存在冲击功偏小或寿命偏短的问题。因此，研制一种应用于螺杆动力钻具，利用钻井液液动力产生轴向冲击，不产生无效的钻压波动，并且冲击功和使用寿命都能满足实际要求的轴向冲击装置，对于钻井工程提速提效具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种应用于螺杆动力钻具的液动冲击装置，利用钻井液液动力产生轴向冲击，不产生无效的钻压波动，实现在钻头旋转切削岩石的基础上，给钻头施加合适频率和有效冲击功的轴向冲击载荷，从而提高钻头破岩效率，达到提高钻井机械钻速的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于动力钻具的液动冲击装置，包括转子传动轴、定子外筒、导流喷管、射吸阀、复位弹簧、冲锤、砧子、环形凸轮、牙嵌筒、凸轮滚轮、滚轮轴、钻头接头、轴承内筒、悬挂筒。定子外筒内侧螺纹固定连接牙嵌筒和环形凸轮，滚轮轴径向穿过转子传动轴筒体上的滚轮轴限位槽，一端与射吸阀固定连接，一端装有凸轮滚轮，凸轮滚轮沿环形凸轮工作面滚动，推动射吸阀上下动作，射吸阀在复位弹簧预压力作用下相对导流喷管变换位置而切换钻井液流道，钻井液流经射吸流道时，在射吸效应作用下，射吸阀射吸喷管内侧的吸液孔吸排射吸阀与冲锤之间的钻井液，冲锤在压差作用下抬升，当钻井液流经冲击流道时，射吸喷管内侧的吸液孔关闭，钻井液进入射吸阀与冲锤之间的空间，推动冲锤冲击砧子和钻头接头，在冲锤下行到下极限位置时，射吸喷管末端的卸压孔打开，钻井液处于截流状态，冲击载荷达到最大，转子传动轴连续转动，射吸阀受环形凸轮控制,循环上下切换流道,实现轴向连续冲击。

本发明提到的转子传动轴是上细下粗中间有空腔的柱状体，用于传递马达扭矩和钻压，顶端是水帽联接螺纹，用于与动力钻具水帽连接，其下是动力钻具轴承串心轴安装位置，下部末端腔内是内花键副，外侧是悬挂支承体，内花键副用于与钻头接头轴向滑动联接，传递马达扭矩到钻头接头，进而传递到钻头，并传递钻压，悬挂支承体通过悬挂筒悬挂钻头接头，转子传动轴下部空腔内壁从上到下依次是导流喷管密封面、射吸阀密封面和冲锤密封面，在射吸阀密封面位置布置有两个对称的穿壁滚轮轴限位槽。

本发明提到的环形凸轮是一短筒体，用于控制流道切换，上端是凸轮工作面，包括抬升工作面、冲击工作面和过渡工作面，抬升工作面和冲击工作面是一段圆环面，过渡工作面是空间曲面，用于抬升和冲击工作面的连续过渡，下端是牙崁结构，通过与牙嵌筒牙崁相插接，与动力钻具外壳固定连接。