CN216240402U - 一种水力复合振动冲击器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水力复合振动冲击器，包括外筒体，外筒体内腔设有芯管，芯管的顶部支撑在上扶正器的中心，上扶正器的圆周上均匀分布有过流孔，芯管的上部圆周均匀分布有芯管进水孔，芯管的下部圆周均匀分布有芯管出水孔，芯管的下端连接有动盘阀，动盘阀的下方设有静盘阀，芯管的中段外周中心对称设有扇形撞锤，扇形撞锤位于砧子的扇形腔中，扇形腔大于扇形撞锤的部分形成液压腔，芯管上设有竖向缝口与相应的液压腔相通；砧子的上方固定有弹簧座，弹簧座的顶部位于芯管进水孔的下方，弹簧座的内腔安装有与芯管相连的扭簧。该水力复合振动冲击器可以充分地利用水力能量，使钻头在旋转工作的同时产生纵向振动和周向扭矩，提高破岩效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于中硬到硬地层的高效破岩工具，特别涉及一种水力复合振动冲击器，属于石油钻井设备技术领域。
背景技术
在石油资源日益匮乏和需求急剧增大这两大因素的推动下，新区的勘探开发不断扩大，随着石油勘探不断向深井、超深井发展，钻遇中、硬以上地层和研磨性地层越来越多。
采油井的深度不断加深，钻遇地层越来越复杂，动力沿程损失大，液柱对井底的压持效应明显，钻井速度慢，工具易损坏，从而导致钻井周期加长，钻井成本变高，严重制约了油气田开发的进程。因此提高深井、超深井钻速是目前国内外各油田的迫切需要。
振动冲击钻井技术是在常规旋转钻井的基础上发展起来的钻井新技术，其在钻头的上面连接振动冲击器。工作过程中，冲击器就会产生纵向的周期性的冲击载荷，然后再通过钻头将载荷作用到地层上，达到冲击载荷和静压旋转共同作用破碎岩石的效果，由于振动冲击器的作用产生的周期性冲击载荷通过钻头作用到地层岩石上面，使得岩石产生体积破碎，从而大大提高了钻井的速度。另外，振动冲击器在工作过程中产生高频率的冲击周期性地作用到钻头上，可以减少或者消除钻头工作中可能产生的粘滑振动。这样，一方面可以提高机械钻速；另一方面，在一定程度上保护了钻头，延长了钻头的使用时间，起下钻的次数也会减少，从而降低了石油钻井的成本。
当前，各类冲击器是提高深井机械钻速的主要井下动力工具。但是国内所应用到现场常规冲击器经常因较多的连接、活动件，形成易损、薄弱部位，存在使用寿命短的问题。同时中深井中所应用的钻头多为PDC钻头，由于破岩时产生粘滑振动，PDC钻头经常过早失效。因此，研发新型工具迫在眉睫。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种水力复合振动冲击器，可以充分地利用水力能量，使钻头在旋转工作的同时产生纵向振动和周向扭矩，提高破岩效率。
为解决以上技术问题，本实用新型的一种水力复合振动冲击器，包括外筒体，外筒体内腔设有芯管，所述芯管的顶部支撑在上扶正器的中心，所述上扶正器的圆周上均匀分布有过流孔，所述芯管的上部圆周均匀分布有芯管进水孔，所述芯管的下部圆周均匀分布有芯管出水孔，所述芯管的下端连接有动盘阀，所述动盘阀的下方设有静盘阀，所述芯管的中段外周中心对称设有扇形撞锤，所述扇形撞锤位于砧子的扇形腔中，所述扇形腔大于扇形撞锤的部分形成液压腔，所述芯管上设有竖向缝口与相应的液压腔相通；所述砧子的上方固定有弹簧座，所述弹簧座的顶部位于所述芯管进水孔的下方，所述弹簧座的内腔安装有与芯管相连的扭簧。
作为本实用新型的改进，所述砧子的下部外周旋接在六方套的上端口中，所述六方套的中段外螺纹与所述外筒体的下端口内螺纹相旋接，所述六方套下端的内六方口套装在下接头中段的六方榫上。
作为本实用新型的进一步改进，所述静盘阀固定在所述六方套上部的第一内台肩上，所述静盘阀的下方设有内罩，所述内罩位于所述六方套的内腔，且内罩的下端口压在六方套上部的第二内台肩上，所述下接头的上端旋接在所述内罩中。
作为本实用新型的进一步改进，所述上扶正器固定在所述外筒体上部的锥形内螺纹下方。
作为本实用新型的进一步改进，所述动盘阀的叶片之间均匀设有动盘扇形过流槽，且动盘阀的一个叶片上设有防憋压孔，所述静盘阀的叶片之间均匀设有静盘扇形过流槽。
相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：⑴旋转能力强，产生扭冲效果明显，会在钻头产生良好的周向扭矩和纵向振动。
⑵钻头施加了额外的冲击破岩能量，改善了钻头在井底破岩能量不足的情况，从而缓解了PDC钻头所固有的卡滑问题，延长钻头寿命，提高钻井时效。
⑶工具结构简单，易于实现，长度短，成本较低，减少不必要能量损耗，提高了水力冲击功利用效率，且便于在油田现场的推广应用。
⑷工具内部无橡胶件、电子件，在高温深井中更具优势；结构设计独特，即便达到使用寿命停止工作，仅相当于一节短钻铤，无需立刻起钻，仍可根据需要继续钻进；采用整体结构设计，规避落井脱扣等风险。
附图说明
图1为本实用新型水力复合振动冲击器的主视图。
图2为本实用新型水力复合振动冲击器的立体图。
图3为本实用新型中芯管与砧子部位的放大图。
图4为图3中沿A-A的剖视图。
图5为本实用新型中砧子的立体放大图。
图6为本实用新型中芯管的立体放大图。
图中：1.外筒体；2.上扶正器；3.芯管；3a.芯管进水孔；3b.扇形撞锤；3c.竖向缝口；3d.芯管出水孔；4.弹簧座；5.扭簧；6.砧子；6a.扇形腔；7.动盘阀；7a.防憋压孔；8.静盘阀；9.六方套；9a.中段外螺纹；9b.内六方口；10.内罩；11.下接头；11a.六方榫。
具体实施方式
如图1至图6所示，本实用新型的水力复合振动冲击器包括外筒体1，外筒体1内腔设有芯管3，芯管3的顶部支撑在上扶正器2的中心，上扶正器2固定在外筒体1上部的锥形内螺纹下方，上扶正器2的圆周上均匀分布有过流孔，芯管3的上部圆周均匀分布有芯管进水孔3a，芯管3的下部圆周均匀分布有芯管出水孔3d，芯管3的下端连接有动盘阀7，动盘阀7的下方设有静盘阀8，芯管3的中段外周中心对称设有扇形撞锤3b，扇形撞锤3b位于砧子6的扇形腔6a中，扇形腔6a大于扇形撞锤3b的部分形成液压腔，芯管3上设有竖向缝口3c与相应的液压腔相通；砧子6的上方固定有弹簧座4，弹簧座4的顶部位于芯管进水孔3a的下方，弹簧座4的内腔安装有与芯管3相连的扭簧5。
砧子6的下部外周旋接在六方套9的上端口中，六方套9的中段外螺纹9a与外筒体1的下端口内螺纹相旋接，六方套9下端的内六方口9b套装在下接头11中段的六方榫11a上。
静盘阀8固定在六方套9上部的第一内台肩上，静盘阀8的下方设有内罩10，内罩10位于六方套9的内腔，且内罩10的下端口压在六方套9上部的第二内台肩上，下接头11的上端旋接在内罩10中。
动盘阀7的叶片之间均匀设有动盘扇形过流槽，且动盘阀7的一个叶片上设有防憋压孔7a，静盘阀8的叶片之间均匀设有静盘扇形过流槽。
水流穿过上扶正器2的扶正器过流孔，从芯管进水孔3a进入芯管3的内腔，当动盘阀7与静盘阀8的过流面积很小时产生憋压，水流从芯管3的竖向缝口3c进入砧子6的液压腔，推动芯管3的扇形撞锤3b转动，芯管3上端带动扭簧5扭转储能；芯管3下端带动动盘阀7转动，使动盘阀7与静盘阀8完全通畅时，液压腔通过芯管3的竖向缝口3c及芯管出水孔3d泄流，扭簧5释放能量，使芯管3的扇形撞锤3b撞击砧子6产生扭冲。芯管3旋转能力强，产生扭冲效果明显，会在钻头产生良好的周向扭矩。六方套9下端的内六方口9b与下接头11的六方榫11a相配合，可以更可靠地传动扭矩；内罩10实现下接头11的轴向定位。
动盘阀7转动，使与静盘阀8的过流面积改变，产生水力波动，作用于下接头11产生纵向振动。纵向振动频率，幅值可通过改变盘阀的叶片形状调整，得到更好得提速效果。
工具所产生的高频冲击，在钻柱传递给钻头恒定扭矩的基础上，为钻头又施加了额外的冲击破岩能量，改善了钻头在井底破岩能量不足的情况，从而缓解了PDC钻头所固有的卡滑问题，延长钻头寿命，提高钻井时效。轴扭耦合双重作用，可减轻长水平段的钻头托压现象，并具有减摩降阻的作用，有效减弱粘滑效应，提高了机械钻速。
以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
Claims (5)
1.一种水力复合振动冲击器，包括外筒体，其特征在于：外筒体内腔设有芯管，所述芯管的顶部支撑在上扶正器的中心，所述上扶正器的圆周上均匀分布有过流孔，所述芯管的上部圆周均匀分布有芯管进水孔，所述芯管的下部圆周均匀分布有芯管出水孔，所述芯管的下端连接有动盘阀，所述动盘阀的下方设有静盘阀，所述芯管的中段外周中心对称设有扇形撞锤，所述扇形撞锤位于砧子的扇形腔中，所述扇形腔大于扇形撞锤的部分形成液压腔，所述芯管上设有竖向缝口与相应的液压腔相通；所述砧子的上方固定有弹簧座，所述弹簧座的顶部位于所述芯管进水孔的下方，所述弹簧座的内腔安装有与芯管相连的扭簧。
2.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击器，其特征在于：所述砧子的下部外周旋接在六方套的上端口中，所述六方套的中段外螺纹与所述外筒体的下端口内螺纹相旋接，所述六方套下端的内六方口套装在下接头中段的六方榫上。
3.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击器，其特征在于：所述静盘阀固定在所述六方套上部的第一内台肩上，所述静盘阀的下方设有内罩，所述内罩位于所述六方套的内腔，且内罩的下端口压在六方套上部的第二内台肩上，所述下接头的上端旋接在所述内罩中。
4.根据权利要求1所述的水力复合振动冲击器，其特征在于：所述上扶正器固定在所述外筒体上部的锥形内螺纹下方。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水力复合振动冲击器，其特征在于：所述动盘阀的叶片之间均匀设有动盘扇形过流槽，且动盘阀的一个叶片上设有防憋压孔，所述静盘阀的叶片之间均匀设有静盘扇形过流槽。
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2021
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