CN109915012B - 液压纵扭耦合冲击器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压纵扭耦合冲击器，主要包括上、下接头，上、下外壳，固定块，弹簧，重锤，中间管，中心管，下端盖，换向拨叉，冲锤等；装配时先将下喷嘴、弹簧挡圈依次装入下端盖，将部件整体装入下外壳再连接下接头；在下端盖凹槽处放入滚珠，依次装入换向拨叉、冲锤，在其凹槽处装入滚珠，装入上端盖，连接上外壳，同时在其凹槽处装入滚珠及密封圈b，将上喷嘴、弹簧挡圈、密封圈a装入中心管，将部件整体装入上外壳；依次装入中间管、重锤、弹簧、固定块，最后连接上接头。本发明通过高压钻井液推动重锤、冲锤产生纵向、扭转冲击，具有提高钻井过程中机械钻速以及降低钻柱系统容易产生粘滑的特点。
Description
技术领域
本发明属于石油和天然气钻采技术领域，具体涉及一种液压纵扭耦合冲击器的设计。
背景技术
目前，随着陆地浅层油气资源逐渐枯竭，深井、超深井以及新型油气资源的开发逐渐成为一种趋势。在深井、超深井钻井作业中，由于地层可钻性差异、岩石耐磨性强、岩石抗压强度和抗剪强度较大等因素的影响，导致在钻井过程中机械钻速低，并且整个钻柱系统容易产生粘滑现象。现有的井下冲击工具基本都是单一的纵向冲击或者单一的扭转冲击，已有的其他纵扭耦合冲击器结构较为复杂，实现耦合冲击过程困难；而本设计的液压纵扭耦合冲击器能够利用高压钻井液同时推动重锤和冲锤，以产生纵向和扭转冲击效果，并且通过关键零件的设计，实现纵向和扭转冲击的耦合。
发明内容
本发明的目的是为了解决技术背景中的机械钻速不高，并且整个钻柱系统容易产生粘滑现象的问题，提出了一种液压纵扭耦合冲击器。
本发明的技术方案是：液压纵扭耦合冲击器，由上接头，上外壳，固定块，密封圈a，弹簧，重锤，中间管，中心管，密封圈b，上喷嘴，滚珠，上端盖，换向拨叉，冲锤，下端盖，弹簧挡圈，下喷嘴，下外壳，下接头组成，其特征是：装配顺序为先将下喷嘴(17)、弹簧挡圈(16)依次装入下端盖(15)，将部件整体装入下外壳(18)并通过螺纹连接下接头(19)；在下端盖(15)凹槽处放入滚珠(11)，依次装入换向拨叉(13)、冲锤(14)；在换向拨叉(13)、冲锤(14)凹槽处装入滚珠(11)，装入上端盖(12)，并通过螺纹连接上外壳(2)；在上外壳(2)凹槽处装入滚珠(11)及密封圈b(9)，将上喷嘴(10)、弹簧挡圈(16)、密封圈a(4)装入中心管(8)，将部件整体装入上外壳(2)；依次装入中间管(7)、重锤(6)、弹簧(5)、固定块(3)，最后通过螺纹连接上接头(1)，装配完成。
上述方案中的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：换向拨叉与中心管连接处插接在一起，换向拨叉带动中心管一起换向转动，在换向拨叉对扭转冲击进行换向的同时，中心管对纵向冲击进行换向，换向拨叉和中心管上设计有对称的流体通道。中间管上在同一位置设计有对称的两个孔，在轴线不同位置的开孔具有相位差，在中心管转动的时候，高压流体通过轴线上交替对齐的孔进入中间管与上外壳之间的空腔，来推动重锤在纵向往复运动。
上述方案中的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：上外壳内部，在固定块与重锤之间装有弹簧，在重锤回程运动时起到缓冲作用，避免产生与钻进方向相反的冲击力。中心管内部设计有上喷嘴，下端盖内部设计有下喷嘴，流体流过上喷嘴、下喷嘴时产生压降，便于重锤和冲锤低压腔流体及时排出。
上述方案中的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：上接头、上外壳、下外壳、下接头外壁设计有螺旋凹槽；在钻井时可以起到扶正器的作用，同时可以起到排出岩屑的功能，避免泥包、卡钻。
上述方案中的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：上端盖、换向拨叉、冲锤、下端盖上设计有装配滚珠的凹槽，换向拨叉、冲锤转动的时候，利用滚珠减小摩擦力。
本发明的有益效果是：(1)此液压纵扭耦合冲击器结构设计紧凑合理；(2)能够通过液压同时产生纵向以及扭转冲击力；(3)可以有效提高机械钻速，并且能够减少钻柱系统的粘滑现象。
附图说明
图1所示为本发明液压纵扭耦合冲击器的结构示意图。
图2所示为本发明液压纵扭耦合冲击器的整体外观图。
图3所示为本发明图1中的中心管三维零件图。
图4所示为本发明图1中的冲锤三维零件图。
图5所示为本发明图1中的A-A截面图。
附图标记说明：1.上接头，2.上外壳，3.固定块，4.密封圈a，5.弹簧，6.重锤，7.中间管，8.中心管，9.密封圈b，10.上喷嘴，11.滚珠，12.上端盖，13.换向拨叉，14.冲锤，15.下端盖，16.弹簧挡圈，17.下喷嘴，18.下外壳，19.下接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
根据附图所示，液压纵扭耦合冲击器，由上接头(1)，上外壳(2)，固定块(3)，密封圈a(4)，弹簧(5)，重锤(6)，中间管(7)，中心管(8)，密封圈b(9)，上喷嘴(10)，滚珠(11)，上端盖(12)，换向拨叉(13)，冲锤(14)，下端盖(15)，弹簧挡圈(16)，下喷嘴(17)，下外壳(18)，下接头(19)组成；其特征是：装配顺序为先将下喷嘴(17)、弹簧挡圈(16)依次装入下端盖(15)，将部件整体装入下外壳(18)并通过螺纹连接下接头(19)；在下端盖(15)凹槽处放入滚珠(11)，依次装入换向拨叉(13)、冲锤(14)；在换向拨叉(13)、冲锤(14)凹槽处装入滚珠(11)，装入上端盖(12)，并通过螺纹连接上外壳(2)；在上外壳(2)凹槽处装入滚珠(11)及密封圈b(9)，将上喷嘴(10)、弹簧挡圈(16)、密封圈a(4)装入中心管(8)，将部件整体装入上外壳(2)；依次装入中间管(7)、重锤(6)、弹簧(5)、固定块(3)，最后通过螺纹连接上接头(1)，装配完成。
液压纵扭耦合冲击器扭转冲击过程：液压纵扭耦合冲击器的上接头(1)连接钻柱，通过钻柱打入高压钻井液，高压钻井液通过换向拨叉(13)与冲锤(14)连通的流道进入冲锤(14)与下外壳(18)之间的空腔，推动冲锤(14)转动冲击下外壳(18)，冲锤(14)转动的同时会带动换向拨叉(13)转动，当冲锤(14)撞击到下外壳(18)后，高压钻井液从换向拨叉(13)上均布的孔进入冲锤(14)与下外壳(18)之间的凹槽，通过冲锤(14)上的孔进入换向拨叉(13)与冲锤(14)之间的空腔，继续推动换向拨叉(13)转动，直到换向拨叉(13)与冲锤(14)的回转流道对齐，高压钻井液通过回转流道进入冲锤(14)与下外壳(18)之间的空腔，推动冲锤(14)回转冲击，如此往复，实现扭转冲击。
液压纵扭耦合冲击器纵向冲击过程：液压纵扭耦合冲击器的上接头(1)连接钻柱，通过钻柱打入高压钻井液，高压钻井液通过中心管(8)与中间管(7)连通的孔进入中间管(7)与上外壳(2)之间的空腔，推动重锤(6)纵向冲击上外壳(2)，中间管(7)轴线上不同位置的孔具有相位差，中间管(7)与中心管(8)同一轴线位置的连通孔对齐后，中间管(7)与中心管(8)另一对连通孔不会对齐，此时中间管(7)的孔通向中间管(7)与中心管(8)之间的低压区，当中心管(8)被换向拨叉(13)带动转动时，高压钻井液通过中心管(8)与中间管(7)的对齐连通孔的位置改变，进入重锤(6)另一边中间管(7)与上外壳(2)之间的空腔，推动重锤(6)回程运动。
上述方案中的中心管(8)与换向拨叉(13)连接处插接在一起，换向拨叉(13)带动中心管(8)一起换向转动，在换向拨叉(13)对扭转冲击进行换向的同时，中心管(8)对纵向冲击进行换向。
上述方案中的中间管(7)上在同一位置设计有对称的两个孔，在轴线不同位置的开孔具有相位差，在中心管(8)转动的时候，高压流体通过轴线上交替对齐的孔进入重锤(6)两边，中间管(7)与上外壳(2)之间的空腔，来推动重锤(6)在纵向往复运动。
液压纵扭耦合冲击器，其上外壳(2)安装固定块(3)处设计有花键槽，固定块(3)与中间管(7)连接处有凸块，中间管(7)有缺口，装配好后，保证中间管(7)固定不能转动。
液压纵扭耦合冲击器，其重锤(6)与固定块(3)之间设计有弹簧(5)，在重锤(6)回程运动时起到缓冲的作用，避免产生与钻进方向相反的纵向冲击。
上述方案中的液压纵扭耦合冲击器，装配顺序为：先将下喷嘴17、弹簧挡圈16依次装入下端盖15，将部件整体装入下外壳18并通过螺纹连接下接头19；在下端盖15凹槽处放入滚珠11，依次装入换向拨叉13、冲锤14；在换向拨叉13、冲锤14凹槽处装入滚珠11，装入上端盖12，并通过螺纹连接上外壳2；在上外壳2凹槽处装入滚珠11及密封圈b9，将上喷嘴10、弹簧挡圈16、密封圈a4装入中心管8，将部件整体装入上外壳2；依次装入中间管7、重锤6、弹簧5、固定块3，最后通过螺纹连接上接头1，装配完成。
Claims (5)
1.液压纵扭耦合冲击器，由上接头(1)，上外壳(2)，固定块(3)，密封圈a(4)，弹簧(5)，重锤(6)，中间管(7)，中心管(8)，密封圈b(9)，上喷嘴(10)，滚珠(11)，上端盖(12)，换向拨叉(13)，冲锤(14)，下端盖(15)，弹簧挡圈(16)，下喷嘴(17)，下外壳(18)，下接头(19)组成；其特征是：装配顺序为先将下喷嘴(17)、弹簧挡圈(16)依次装入下端盖(15)，将部件整体装入下外壳(18)并通过螺纹连接下接头(19)；在下端盖(15)凹槽处放入滚珠(11)，依次装入换向拨叉(13)、冲锤(14)；在换向拨叉(13)、冲锤(14)凹槽处装入滚珠(11)，装入上端盖(12)，并通过螺纹连接上外壳(2)；在上外壳(2)凹槽处装入滚珠(11)及密封圈b(9)，将上喷嘴(10)、弹簧挡圈(16)、密封圈a(4)装入中心管(8)，将部件整体装入上外壳(2)；依次装入中间管(7)、重锤(6)、弹簧(5)、固定块(3)，最后通过螺纹连接上接头(1)，装配完成；换向拨叉(13)与中心管(8)连接处插接在一起，换向拨叉(13)带动中心管(8)一起换向转动，在换向拨叉(13)对扭转冲击进行换向的同时，中心管(8)对纵向冲击进行换向，换向拨叉(13)和中心管(8)上设计有对称的流体通道；中间管(7)上在同一位置设计有对称的两个孔，在轴线不同位置的开孔具有相位差，在中心管(8)转动的时候，高压流体通过轴线上交替对齐的孔进入重锤(6)两边，中间管(7)与上外壳(2)之间的空腔，来推动重锤(6)在纵向往复运动。
2.根据权利要求1所述的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：上接头(1)、上外壳(2)、下外壳(18)、下接头(19)外壁设计有螺旋凹槽；在钻井时可以起到扶正器的作用，同时可以起到排出岩屑的功能，避免泥包、卡钻。
3.根据权利要求1所述的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：上外壳(2)内部，在固定块(3)与重锤(6)之间装有弹簧(5)，在重锤(6)回程运动时起到缓冲作用，避免产生与钻进方向相反的冲击力。
4.根据权利要求1所述的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：上端盖(12)、换向拨叉(13)、冲锤(14)、下端盖(15)上设计有装配滚珠(11)的凹槽，换向拨叉(13)、冲锤(14)转动的时候，利用滚珠(11)减小摩擦力。
5.根据权利要求1所述的液压纵扭耦合冲击器，其特征在于：中心管(8)内部设计有上喷嘴(10)，下端盖(15)内部设计有下喷嘴(17)，流体流过上喷嘴(10)、下喷嘴(17)时产生压降，便于重锤(6)和冲锤(14)低压腔流体及时排出。
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