[发明专利]一种新式地热钻井冲击器

说明书

本发明公开了一种新型地热钻井冲击器，由后接头，外套管，合金头，气道孔，弹簧，逆止阀体，配气座，气缸，密封圈，拉法尔钎头体，喷嘴，合金齿组成。本发明在钻地热井过程中，高温高压气流通过冲击器内孔气道，高速气体进入活塞和拉法尔钎头体的内孔，动力气体推动钎头体旋转和轴向往复运动，根据拉法尔管道原理，气体到达冲击器出口时温度快速降到50℃以下，及时冷却钻头，冲击器在回弹过程中，气体推动逆止阀，使合金头回弹，闭合气道，弹簧装置吸收冲击器往复运动过程中的冲击动力，使冲击器整体运动稳定，在喷嘴处增加冲蚀合金，减少钎头体气道出口的气体冲蚀，相比以往的动力缓冲装置，结构更简单，更易于装配，可实施性更强。

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种用于高温地热气体钻井的新式冲击器。

背景技术

环境污染是我国经济持续、快速、健康发展必须要解决的关键问题。地热资源其可再生、无污染以及储量丰富等优点引起了世界各国的广泛关注。地热资源中的干热岩型资源避免了热水型资源开发利用导致的地面沉降等问题，干热岩的开发利用具有普遍性，从理论上讲，只要深度达到在任何地方都能发现热源，因此，干热岩吸引了国内外研究者的广泛关注，合理的地热勘探井技术的选用会影响整体施工进度和效率，为了高效利用高温地热资源，需要提高钻井作业效率，降低作业成本，针对坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击的弱点，在破碎较坚硬地层中比现有的旋转钻进效率有极大的提高，钻头的使用寿命得到了数倍的提升，降低了钻孔的成本。

由于聚晶金刚石(PDC)钻头切削齿还不能适应硬质地层，地热钻井牙轮钻头轴承中的橡胶密封材料会生退化，造成密封失效，钻井液及岩屑进入轴承腔从而导致轴承损坏，限制钻头在井底的钻进时间，导致起下钻次数增加和钻头使用数量增多，从而增加成本，因此普遍采用冲击器钻井，国外在高温地热钻井方面做了大量工作，形成了相应的配套技术，我国对高温地热的开发还处于前期阶段，相关配套技术还没有形成体系，干热岩钻进方式采用国内使用高风压潜孔钻和冲击器钻具，随着地热能的开发，对它们的需求也在未来几年中将递增。

据了解，目前很多厂家以提高潜孔钻和冲击器的各零部件材料性能来提高冲击器的寿命，但最后得到的效果并不理想，如英国主要潜孔钻和冲击器采用的钢种为15CrNi3Mo和40CrNi2Mo，占有率最高，所选用钢材为22SiMnCrNi2Mo，此钢种价格较高，使用情况也不十分稳定，不断在钢材成分上作调整，希望改善其性能，很多钻探公司也试用过，感到效果并不明显，后来就改用牙轮钻头用钢SN2025，现场使用反映出的效果仍不理想，断裂频率较大，关键是如何提高其综合机械性能，对潜孔钻和冲击器，根据其受力特点，重要的是如何提高其多次冲击性能。

在使用现有的冲击器的时候，由于井下温度过高，以及现有的冲击器受到冲击力频繁，造成钻头外排合金齿在孔深2/3处断裂，掉合金齿，新钻头肉眼可见齿与基体间有缝隙，钻头合金齿不等高，因此需要寻找一种较新的钻进方法，可以采用新式冲击器，减少甚至去掉橡胶密封件来提高抗温能力，但目前在这方面，还鲜有能解决上述问题的技术出现，主要是因为冲击器温度较高，导致密封效果下降，如果采用其他抗高温的密封件，虽然暂时解决了高温的问题，但其密封效果又达不到井下的要求，导致正常作业很容易因进入杂质而中断。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新式地热钻井冲击器，利用在密相气力输送系统中，经常采用拉法尔管(缩放管)对气源流量进行控制，它可以保证输送用的压缩空气流量恒定、稳定，对气源流量的波动进行控制主要是利用拉法尔管的扼流作用，即当拉法尔管出口的压缩空气气流速度达到超音速时，出口压力扰动对进口压力没有任何影响，快速使出口温度降低到50℃左右，保证了冲击器的长寿命和高效率破岩。

本发明的技术方案如下：

一种新式地热钻井冲击器，由后接头，密封圈Ⅰ，外套管，合金头，气道孔，弹簧Ⅰ，逆止阀体，弹簧Ⅱ，进气套，配气座，卡环，保持环，密封圈Ⅱ，前接头，调整垫，垫片，密封圈Ⅲ，拉法尔钎头体，小喷嘴，大喷嘴组成。