CN104612583A - 液动锤分流机构、液动锤以及井下钻探装置 - Google Patents

Abstract

一种液动锤分流机构、基于该分流机构的液动锤以及井下钻探装置，所述液动锤分流机构，它包括上接头、外管以及位于外管内的上喷嘴和上缸套，所述外管连接于上接头，上喷嘴连接在上接头和上缸套之间，其结构特点是，所述上接头的中心通道外周均匀排布有若干个用于泥浆分流的分流孔，每个分流孔内安装有分流嘴，分流孔和分流嘴的内部与外管和上缸套之间的排出腔相连通。所述分流嘴通过螺纹结构安装在分流孔内；分流嘴包括挡头、合金喷嘴和分流嘴体，所述挡头螺纹连接在合金喷嘴端部，且将合金喷嘴固定在分流嘴体内。本发明采用安全可靠的分流结构设计，拆卸方便，分流效果良好，它克服了当前螺杆钻具等孔底动力钻具和液动锤排量差异问题。

Description

液动锤分流机构、液动锤以及井下钻探装置

技术领域

本发明涉及地下钻进施工设备，尤其涉及一种液动锤分流机构、液动锤以及井下钻探装置。

背景技术

在石油天然气勘探开发钻井中采用液动锤技术可大幅度提高钻进效率和钻孔质量，尤其对于坚硬地层。而将液动锤与孔底动力钻具相结合，既可实现快速钻进，又可降低钻杆转速和孔内风险，已经被越来越多的人认可。但是，液动锤与孔底动力钻具排量存在较大差异，例如，作为常用孔底动力钻具的螺杆钻具排量要比液动锤大50％左右；泥浆作为液动锤与螺杆马达共同的驱动介质，根据排量差异，应当对液动锤或螺杆马达的泥浆进行分流，以提高钻探装置的适用范围。

目前具有分流功能的液动锤结构如中国专利ZL201210266655.4公开的具有泥浆分流和侧壁密封功能的液动锤，该专利公开的液动锤结构采用分流嘴与扇形空区构成的分流结构，以减轻高压泥浆对缸体的冲蚀，进而提高液动锤整体使用寿命；该专利技术的缺陷主要是：1、分流结构尤其是扇形空区，主要是由凸台、内管和外管构成的区域，它是调整泥浆流量的关键结构，此整体组合结构长期被泥浆侵蚀易发生堵塞和磨损，更换拆装难度很大，成本也非常高；2、无法对分流的泥浆进行流量的精确限定和调节，若液动锤与其他钻探装置的协同使用，一方面无法满足驱动泥浆介质的精确分流要求，另一方面对分流结构的换装难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种液动锤分流机构、基于该分流机构的液动锤以及井下钻探装置。

本发明是这样来实现的，一种液动锤分流机构，它包括上接头、外管以及位于外管内的上喷嘴和上缸套，所述外管连接于上接头，上喷嘴连接在上接头和上缸套之间，其特征在于，所述上接头的中心通道外周均匀排布有若干个用于泥浆分流的分流孔，每个分流孔内安装有分流嘴，所述分流孔和分流嘴的内部与外管和上缸套之间的排出腔相连通。

所述分流嘴通过螺纹结构安装在分流孔内；分流嘴包括挡头、合金喷嘴和分流嘴体，它们沿泥浆来向依次排布，所述挡头螺纹连接在合金喷嘴端部，且将合金喷嘴固定在分流嘴体内；所述分流嘴体外周对称分布有便于拧卸的凸台，分流嘴体和分流孔内壁之间还设有若干个O形圈。

所述上喷嘴设有用于限定分流嘴位置的第一台阶，第一台阶与分流嘴体靠近排出腔的一端接触。所述上喷嘴正对分流嘴中泥浆喷出方向的壁面为一倒圆。

优选的是：所述合金喷嘴整体采用YG类硬质合金压制而成，合金喷嘴的内径:分流嘴体(4)内径≤2:3,且合金喷嘴内腔两端均设有15-75°倒角。

所述上喷嘴与上接头、上缸套均为过盈配合，并在上喷嘴与上接头以及上喷嘴与上缸套的配合面分别设置O形圈，上喷嘴上还设有对上缸套进行限位的第二台阶；所述上缸套外周均匀分布有若干个对上缸套进行导正的过水槽。

一种液动锤，其特征在于，它包括上述的液动锤分流机构，所述液动锤分流机构中的上接头中心通道、上喷嘴内腔与液动锤钻具的工作腔相连通。

一种井下钻探装置，其特征在于，它包括孔底动力钻具和上述的液动锤，所述孔底动力钻具排出的泥浆经过液动锤分流机构分流，从液动锤分流机构中排出腔排出的泥浆进入液动锤钻具的工作腔，作为液动锤钻具的驱动介质。

本发明的有益效果为：本发明采用安全可靠的分流结构设计，结构简单，拆卸方便，分流效果良好，性能稳定，可通过更换不同内径的合金喷嘴进而获得不同的分流排量，调节范围广，合金喷嘴为硬质合金整体压制，工作寿命长。本发明克服了当前螺杆钻具等孔孔底动力钻具和液动锤排量差异问题，提高液动锤的排量适应范围，能够适应与螺杆马达等其他井下动力钻具相结合的多工艺要求。可广泛应用于石油天然气钻井、新能源勘探与开发等领域。

附图说明

图1为本发明液动锤分流机构的结构剖面图。

图2为本发明液动锤分流机构与液动锤钻具的装配结构剖面图。

图3为本发明液动锤分流机构与液动锤钻具和孔底动力钻具的装配结构剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明是这样来实现的，一种液动锤分流机构，它包括上接头1、外管6以及位于外管6内的上喷嘴5和上缸套7，所述外管6连接于上接头1，上喷嘴5连接在上接头1和上缸套7之间，其结构是，所述上接头1的中心通道101外周均匀排布有若干个用于泥浆分流的分流孔8，每个分流孔8内安装有分流嘴，所述分流孔8和分流嘴的内部与外管6和上缸套7之间的排出腔9相连通。上接头1的中心通道101可确保合适流量的泥浆通过进入液动锤工作腔驱动液动锤工作，在中心通道101周围均匀分布的分流孔8和分流嘴作为分流工作通道，将进入中心通道101的泥浆分流。

所述分流嘴通过螺纹结构安装在分流孔8内；分流嘴包括挡头2、合金喷嘴3和分流嘴体4，它们沿泥浆来向依次排布，所述挡头2螺纹连接在合金喷嘴3端部，且将合金喷嘴3固定在分流嘴体4内。分流嘴采用分体式结构设计，在安装时，先将合金喷嘴3先装入分流嘴体4内，然后再将挡头2与分流嘴体4用螺纹连接，并将合金喷嘴3顶死而不致其上下串动。这种分体式结构不仅组装方便，维护更换简单，还能够通过各种尺寸部件的组合控制分流嘴中泥浆的流量。

分流嘴体4外周对称分布有便于拧卸的凸台，分流嘴体4和分流孔8内壁之间还设有若干个O形圈401。这里的凸台可在分流嘴与分流孔8螺纹拧紧后牢牢贴住分流孔8内壁，使分流嘴受到与拧紧力相反的推力，利于分流嘴限位和固定，同时也避免螺纹紧固力太大妨碍分流嘴拆卸；O形圈401的数量根据密封需要设为1-4个，它能够起到很好的密封效果。

上喷嘴5设有用于限定分流嘴位置的第一台阶501，第一台阶501与分流嘴体4靠近排出腔9的一端接触。上喷嘴5的第一台阶501正好顶住分流嘴靠近排出腔9的一端，确保即使连接螺纹失效分流嘴依然可以处在原位并继续工作。所述上喷嘴5正对分流嘴中泥浆喷出方向的壁面为一倒圆503。倒圆503为R2-R20圆弧，它能够在泥浆喷出时降低流阻，也降低分流嘴出口的高速射流对上喷嘴5的冲蚀。

所述合金喷嘴3整体采用YG类硬质合金压制而成，合金喷嘴3的内径:分流嘴体(4)内径≤2:3,且合金喷嘴3内腔两端均设有15-75°倒角，倒角设计可降低泥浆的流阻。

所述上喷嘴5与上接头1、上缸套7均为过盈配合，并在上喷嘴5与上接头1以及上喷嘴5与上缸套7的配合面分别设置O形圈504，上喷嘴5上还设有对上缸套7进行限位的第二台阶502。O形圈504能够很好地密封上喷嘴5与上接头1以及上喷嘴5与上缸套7的配合面，第二台阶502正好顶住上缸套7一侧，对其位置进行限定。所述上缸套7外周均匀分布有若干个对上缸套7进行导正的过水槽。

如图2所示，一种基于上述液动锤分流机构的液动锤，其结构是，它包括上述液动锤分流机构，所述液动锤分流机构中的上接头1中心通道101、上喷嘴5内腔与液动锤钻具10的工作腔相连通。泥浆流经上接头1中心通道101、上喷嘴5内腔进入液动锤钻具10工作腔，驱动液动锤钻具10工作。由于液动锤分流机构的结构设计，可以根据液动锤实际工作需要，控制驱动介质泥浆的流量，将多余的泥浆通过分流工作通道分流出去；控制合理的泥浆分流流量，可以调节液动锤钻具10工作腔的压力和工作效率，提高液动锤的工作寿命。

如图3所示，一种井下钻探装置，其结构是，它包括孔底动力钻具11和上述的液动锤，所述孔底动力钻具11排出的泥浆经过液动锤分流机构分流，从液动锤分流机构中排出腔9排出的泥浆进入液动锤钻具10的工作腔，作为液动锤钻具10的驱动介质，最后排入孔底清除岩屑。利用液动锤分流机构，可确保合适流量的泥浆通过进入液动锤钻具10工作腔驱动液动锤工作，分流工作通道则将液动锤无法吃入的泥浆分流，分流的泥浆经过外管6和上缸套7之间的排出腔，最后与驱动液动锤工作后排出的泥浆汇合一起排至液动锤外部。根据需要合理设计分流工作通道，将用于驱动液动锤工作的泥浆流量和用于驱动孔底动力钻具11工作的泥浆流量控制在合适的比例。

以孔底动力钻具11采用螺杆钻具为例，本发明的液动锤的工作过程为：液动锤分流机构被安装在液动锤上，上接头1中心通道101和上喷嘴5内腔与液动锤钻具10工作腔连通。根据液动锤的工作压力和效率要求，选择合适的分流孔8数量和分流嘴结构尺寸的组合，一部分泥浆通过上接头1中心通道101、上喷嘴5内腔进入液动锤工作腔，驱动液动锤工作；另一部分液动锤无法吃入泥浆通过分流孔8、分流嘴内部组成的通道进入外管6和上缸套7之间的排出腔9，由排出腔9排出。

本发明的井下钻探装置的工作过程为：液动锤分流机构被安装在液动锤上，液动锤分流机构还连接螺杆马达。来自螺杆马达的泥浆经过液动锤分流机构后，部分进入液动锤驱动液动锤，从液动锤排出的泥浆和排出腔9排出的泥浆排入孔底清除岩屑，根据井下钻探装置中液动锤和螺杆马达的工况要求，选择合适的分流孔8数量和分流嘴结构尺寸的组合，将用于驱动液动锤工作的泥浆流量和用于驱动螺杆马达工作的泥浆流量控制在合适的比例。

本发明一个较为合适的实施结构尺寸为：分流孔为4-8个；上喷嘴5上部内径12-50mm，下部内径D2＝8-40mm，且D2/D1>10，中间过度锥面锥度1：20-1：1。合金喷嘴3内径D1＝0-15mm，分流嘴体4内径5-25mm。上缸套7的过水槽为2-8个，过水槽高2-12mm，外径稍小于外管6内径，形成过盈配合。

Claims (10)

1.一种液动锤分流机构，它包括上接头(1)、外管(6)以及位于外管(6)内的上喷嘴(5)和上缸套(7)，所述外管(6)连接于上接头(1)，上喷嘴(5)连接在上接头(1)和上缸套(7)之间，其特征在于，所述上接头(1)的中心通道(101)外周均匀排布有若干个用于泥浆分流的分流孔(8)，每个分流孔(8)内安装有分流嘴，所述分流孔(8)和分流嘴的内部与外管(6)和上缸套(7)之间的排出腔(9)相连通。

2.如权利要求1所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述分流嘴通过螺纹结构安装在分流孔(8)内；分流嘴包括挡头(2)、合金喷嘴(3)和分流嘴体(4)，它们沿泥浆来向依次排布，所述挡头(2)螺纹连接在合金喷嘴(3)端部，且将合金喷嘴(3)固定在分流嘴体(4)内。

3.如权利要求2所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述分流嘴体(4)外周对称分布有便于拧卸的凸台，分流嘴体(4)和分流孔(8)内壁之间还设有若干个O形圈(401)。

4.如权利要求2或3所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述上喷嘴(5)设有用于限定分流嘴位置的第一台阶(501)，第一台阶(501)与分流嘴体(4)靠近排出腔(9)的一端接触。

5.如权利要求4所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述上喷嘴(5)正对分流嘴中泥浆喷出方向的壁面为一倒圆(503)。

6.如权利要求4所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述合金喷嘴(3)整体采用YG类硬质合金压制而成，合金喷嘴(3)的内径:分流嘴体(4)内径≤2:3,且合金喷嘴(3)内腔两端均设有15-75°倒角。

7.如权利要求1所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述上喷嘴(5)与上接头(1)、上缸套(7)均为过盈配合，并在上喷嘴(5)与上接头(1)以及上喷嘴(5)与上缸套(7)的配合面分别设置O形圈(504)，上喷嘴(5)上还设有对上缸套(7)进行限位的第二台阶(502)。

8.如权利要求7所述的液动锤分流机构，其特征在于，所述上缸套(7)外周均匀分布有若干个对上缸套(7)进行导正的过水槽。

9.一种液动锤，其特征在于，它包括权利要求1～8任意一项所述的液动锤分流机构，所述液动锤分流机构中的上接头(1)中心通道(101)、上喷嘴(5)内腔与液动锤钻具(10)的工作腔相连通。

10.一种井下钻探装置，其特征在于，它包括孔底动力钻具(11)和权利要求9所述的液动锤，所述孔底动力钻具(11)排出的泥浆经过液动锤分流机构分流，从液动锤分流机构中排出腔(9)排出的泥浆进入液动锤钻具(10)的工作腔，作为液动锤钻具(10)的驱动介质。