CN104963624A - 一种分流式水力振荡周向冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种分流式水力振荡周向冲击器，这种分流式水力振荡周向冲击器包括外壳接头、双母射流发生器、分流器、压盖、液动锤、传动短接；双母射流发生器顶在外壳接头内，液动锤安装在传动短接的上部，分流器和压盖位于双母射流发生器和液动锤之间，传动短接旋入外壳接头的下端并顶在压盖上；外壳接头内壁具有环形凹槽和泄流通道，环形凹槽与双母射流发生器外壁上的返液出口相对应设置，传动短接设置有引流孔；双母射流发生器为具有中心流道的柱形体，挡块将中心流道分隔成左右两个分流道，双母射流发生器内部的压力反馈通道的入口、出口均与中心流道相通；分流器将每个分流道再分成两部分，液动锤具有对称的弧形凸台，弧形腔容纳弧形凸台。本发明不存在薄弱部位，寿命长，冲击效果好。

Description

一种分流式水力振荡周向冲击器

技术领域

本发明涉及一种石油行业中应用于中硬到硬地层的钻井用工具，具体涉及一种分流式水力振荡周向冲击器。

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，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。

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，研发新型可解决以上问题的工具迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种分流式水力振荡周向冲击器，这种分流式水力振荡周向冲击器用于解决常规冲击器因连接、活动件多导致的寿命短、冲击效果不好的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种分流式水力振荡周向冲击器包括外壳接头、双母射流发生器、分流器、压盖、液动锤、传动短接；双母射流发生器顶在外壳接头内，液动锤安装在传动短接的上部，分流器和压盖位于双母射流发生器和液动锤之间，传动短接旋入外壳接头的下端并顶在压盖上；外壳接头内壁具有环形凹槽和泄流通道，环形凹槽与双母射流发生器外壁上的返液出口相对应设置，泄流通道位于环形凹槽下面并且相通，传动短接设置有引流孔，引流孔一端与泄流通道下端相通，引流孔另一端与传动短接内腔相通；双母射流发生器为具有中心流道的柱形体，中心流道与外壳接头内腔相通，挡块位于中心流道的底部，将中心流道分隔成左右两个分流道，双母射流发生器内部设置有左右两条压力反馈通道，每条压力反馈通道的外侧设置有返液出口，每条压力反馈通道的入口、出口均与中心流道相通，每个返液出口的一端均与中心流道相通，每个返液出口的另一端设置均在双母射流发生器外壁上；分流器也设置有两个分流道，两个分流道上端分别与双母射流发生器的两个分流道相接，分流器将每个分流道再分成两部分，压盖具有分别与分流器相通的四个导流孔，液动锤具有对称的弧形凸台，传动短接上部具有容纳弧形凸台的弧形腔，压盖的四个导流孔分别与弧形腔的四个侧壁相对应。

上述方案中传动短接下端与钻头螺纹连接。

上述方案中分流器由分流器主体和堵块两部分组成，分流器主体内部设有两条分流道，一条为直流道，一条为斜流道，分流器主体底部有分流槽，斜流道延伸至分流槽，分流槽对称设置有两个导流孔，分流槽分别与这个两个导流孔连通；堵块为内部带有环形台的筒体，堵块环绕在分流器主体下部并形成环形的分流槽，该分流槽也对称设置有两个导流孔，该分流槽也分别连通两个导流孔；压盖是一个外加对称环扇形体积的圆柱体，并具有四个相等体积的导流孔，分流器的导流孔与压盖的导流孔一一对应。

上述方案中双母射流发生器的中心流道为瓶状的，压力反馈通道为圆形孔道，压力反馈通道的入口设置在瓶中下部靠近相对应的分流道，压力反馈通道的出口设置有瓶颈处，返液出口位于压力反馈通道的入口、出口之间，这样泄压效果好，压力反馈通道的入口位于瓶颈处，可将液流更容易地推向相对侧的分流道。

上述方案中外壳接头是一个圆柱空心体，内腔上端为母接头，以与上部钻柱连接，中下端为二级收缩形式，第一收缩段放置双母射流发生器和分流器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明充分地利用了水力能量，使钻头在旋转工作的同时产生周向振动，提高破岩效率。同时，周向运动也减小了粘滑振动对钻进的影响。冲击器没有冲锤、弹簧等中间缓冲储能装置，亦没有阀孔的关闭，不存在薄弱部位，因此寿命长，冲击效果好。

2、本发明运用钻井液的残余压力工作，不需要额外补充能量。

3、本发明结构简单，易于实现，成本较低，便于在油田现场的推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明外壳接头剖面结构示意图；

图3是本发明双母射流发生器剖面结构示意图；

图4是本发明分流器结构示意图；

图5是本发明分流器剖面结构示意图；

图6是本发明压盖结构示意图；

图7是本发明液动锤结构俯视图；

图8是本发明传动外壳结构示意图。

图中：1.外壳接头；2.双母射流发生器；3.液动锤；4. 分流器；5.传动短接；6.引流孔；7.压盖；8.挡块；9.弧形腔；10.泄流通道；11.环形凹槽；12.中心流道；13.分流道；14.压力反馈通道入口；15.返液出口；16.弧形凸台；17.压力反馈通道出口；18.分流器主体；19.堵块；20.分流槽；21.分流槽；22.导流孔。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

这种分流式水力振荡周向冲击器包括外壳接头1、双母射流发生器2、分流器4、压盖7、液动锤3、传动短接5；外壳接头1下端旋入传动短接5，双母射流发生器2顶在外壳接头1内，液动锤3位于传动短接5上部，分流器4和压盖7位于双母射流发生器2和液动锤3之间，传动短接5旋入外壳接头1的下端并顶在压盖7上；外壳接头1内壁具有环形凹槽11和泄流通道10，环形凹槽11与双母射流发生器2外壁上的返液出口15相对应设置，泄流通道10位于环形凹槽11下面并且相通，传动短接5设置有引流孔6，引流孔6一端与泄流通道10下端相通，引流孔6另一端与传动短接5内腔相通，传动外壳下端与钻头螺纹连接。双母射流发生器2下部分流道13对准连接分流器4，构成液体下流通道，在分流器4完成钻井液由两股分为四股的任务，液动锤3配合传动短接5通过液体的冲力进行往复转动冲击传动短接，形成周向振动，最后，振动经传动短接5传递到钻头。

外壳接头1是一个圆柱空心体，内腔上端为母接头，以与上部钻柱连接，中下端为二级收缩形式，第一收缩段放置双母射流发生器2和分流器4。外壳接头1设有环形凹槽11，以使液体顺利流入泄流通道10，进而通过传动短接5侧壁引流孔6流入其内部，进而流入钻头。

双母射流发生器2为具有中心流道12的柱形体，中心流道12与外壳接头1内腔相通，挡块8位于中心流道12的底部，中心流道12在下部被挡块8分成左右两个分流道13，流道中设置有压力反馈路径，同时两侧设有导通的返液出口15。双母射流发生器2内部设置有左右两条压力反馈通道，每条压力反馈通道的外侧设置有返液出口15，每条压力反馈通道入口14、压力反馈通道出口17均与中心流道12相通，每个返液出口15的一端均与中心流道12相通，侧盖与侧柱相交处具有凹槽，返液出口15的另一端设置在凹槽处的侧柱上。

双母射流发生器2的中心流道12为瓶状的，压力反馈通道为圆形孔道，压力反馈通道入口14设置在瓶中下部靠近相对应的分流道13，压力反馈通道出口17设置在瓶颈处，返液出口15位于压力反馈通道入口14、压力反馈通道出口17之间。

分流器4由分流器主体18和堵块19两部分组成，分流器主体18内部设有两条分流道13，一条为直流道，一条为斜流道，两个分流道上端分别与双母射流发生器2的两个分流道相接，分流器主体18底部有分流槽20，斜流道延伸至分流槽20，分流槽20对称设置有两个导流孔22，分流槽20分别与这个两个导流孔22连通；堵块19为内部带有环形台的筒体，堵块19环绕在分流器主体18下部并形成环形的分流槽21，该分流槽21也对称设置有两个导流孔22，该分流槽21也分别连通两个导流孔22，上述两对共四个导流孔22相互交叉。分流器4的导流孔22与压盖7的导流孔22一一对应。当液体从双母射流发生器2一个支路流下时，将通过斜流道，从而流进压盖7对应的一对对称的导流孔22，当液体从另一个流道流下时，将通过直流道，配合堵块19的内部流道将液体引入压盖7另外一侧对称的一对导流孔22中。

压盖7是一个外加对称环扇形体积的圆柱体，并具有四个相等体积的导流孔22，四个导流孔22分别与分流器4相通，它的作用是将上一级流入液体按对应的导流孔22流出，从而用液体的压力使液动锤3按顺时针或逆时针往复旋转。

液动锤3是一种能够周向旋转运动的构件，它的形状是一个截去两侧对称弧形体积的圆柱体，这样，使液动锤3具有对称的弧形凸台16，其弧形凸台16比中心圆柱体的高度稍低，传动短接上部具有容纳弧形凸台的弧形腔，压盖的四个导流孔分别与弧形腔的四个侧壁相对应，钻井液经过两个相对应的导流孔，进入到弧形腔的两个对称的侧壁处，推动液动锤向相反方向旋转，使液动锤可以在弧形腔内来回摆动。即当钻井液从压盖7一对对称的导流孔22中流出，进入液动锤3和传动短接5形成的对称的封闭空间时，会推动液动锤3沿一个方向旋转，冲击传动短接5壁，液动锤3停止转动，导致与传动短接5所组成的封闭空间形成憋压，液体返流。返流液迫使双母射流发生器2中液体改变流道，从另一对对称的导流孔22流出，推动液动锤3的反向旋转，进而碰壁，憋压，反馈，液流转道，如此实现传动短接5继而钻头的周向振动。

传动短接5一方面容纳液动锤3，一方面起传递作用：将液动锤3冲击产生的周向振动和上部钻柱的扭矩传递给钻头。传动短接5上部具有容纳弧形凸台16的弧形腔9，当钻井液从开口流出时，会流入液动锤3弧形凸台16与传动外壳所组成的封闭空间时形成憋压，推动液动锤3的周向旋转，冲击传动短接5，进而带动传动短接5下面所接的钻头振动。

本发明工作时，钻井液从外壳接头1上口端流入双母射流器装置2。因发生附壁效应，钻井液会先集中在分流道13的某一侧。假设液体先附壁于左侧流道输出，经分流器主体18和分流器堵块19共同作用分流后，通过压盖7留有的导流孔22中的对称的两个开口，进入液动锤3与传动短接5形成的封闭空间形成憋压。液动锤3在压力的推动下旋转到死点，撞击传动短接5，引起传动短接5向一个方向振动。运动到该死点后，封闭空间压力不断上升，钻井液沿原流道上返，通过双母射流发生器2的返液流道，进入外壳接头1的环形凹槽11，进入泄流通道10，通过传动外壳侧壁的通孔流入钻柱内部，进而流入钻头。同时，在左侧流道形成压力反馈，迫使钻井液附壁于双母射流发生器2右流道。右侧流道下封闭空间液体压力不断升高，迫使液动锤3沿相反方向转动，进而使传动短接5、钻头沿相反方向振动。与左流道同理，液动锤3旋转到右侧流道死点时，在右侧流道形成反馈，使钻井液又附壁于左侧流道。如此循环往复，便实现了钻头的周向往复振动。

Claims (5)

1.一种分流式水力振荡周向冲击器，其特征在于：这种分流式水力振荡周向冲击器包括外壳接头（1）、双母射流发生器（2）、分流器（4）、压盖（7）、液动锤（3）、传动短接（5）；双母射流发生器（2）顶在外壳接头（1）内，液动锤（3）安装在传动短接（5）的上部，分流器（4）和压盖（7）位于双母射流发生器（2）和液动锤（3）之间，传动短接（5）旋入外壳接头（1）的下端并顶在压盖（7）上；外壳接头（1）内壁具有环形凹槽（11）和泄流通道（10），环形凹槽（11）与双母射流发生器（2）外壁上的返液出口（15）相对应设置，泄流通道（10）位于环形凹槽（11）下面并且相通，传动短接（5）设置有引流孔（6），引流孔（6）一端与泄流通道（10）下端相通，引流孔（6）另一端与传动短接（5）内腔相通；双母射流发生器（2）为具有中心流道（10）的柱形体，中心流道（10）与外壳接头（1）内腔相通，挡块（8）位于中心流道（12）的底部，将中心流道（12）分隔成左右两个分流道（13），双母射流发生器（2）内部设置有左右两条压力反馈通道，每条压力反馈通道的外侧设置有返液出口（15），每条压力反馈通道的入口、出口均与中心流道（12）相通，每个返液出口（15）的一端均与中心流道（12）相通，每个返液出口（15）的另一端设置均在双母射流发生器（2）外壁上；分流器（4）也设置有两个分流道（13），两个分流道（13）上端分别与双母射流发生器（2）的两个分流道（13）相接，分流器（4）将每个分流道（13）再分成两部分，压盖（7）具有分别与分流器（4）及液动锤（3）相通的四个导流孔（22），液动锤（3）具有对称的弧形凸台（16），传动短接（5）上部具有容纳弧形凸台（16）的弧形腔（9），压盖（3）的四个导流孔（22）分别与弧形腔（9）的四个侧壁相对应。

2.根据权利要求1所述的分流式水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的传动短接（5）下端与钻头螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的分流式水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的分流器（4）由分流器主体（18）和堵块（19）两部分组成，分流器主体（18）内部设有两条分流道（13），一条为直流道，一条为斜流道，分流器主体（18）底部有分流槽（20），斜流道延伸至分流槽（20），分流槽（20）对称设置有两个导流孔（22），分流槽（20）分别与这个两个导流孔（22）连通；堵块（19）为内部带有环形台的筒体，堵块（19）环绕在分流器主体（18）下部并形成环形的分流槽（21），该分流槽（21）也对称设置有两个导流孔（22），该分流槽（21）也分别连通两个导流孔（22）；压盖（7）是一个外加对称环扇形体积的圆柱体，并具有四个相等体积的导流孔（22），分流器（4）的导流孔（22）与压盖（7）的导流孔（22）一一对应。

4.根据权利要求3所述的分流式水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的双母射流发生器（2）的中心流道（12）为瓶状的，压力反馈通道为圆形孔道，压力反馈通道入口（14）设置在瓶中下部靠近相对应的分流道（13），压力反馈通道出口（17）设置有瓶颈处，返液出口（15）位于压力反馈通道入口（14）、压力反馈通道出口（17）之间。

5.根据权利要求4所述的分流式水力振荡周向冲击器，其特征在于：所述的外壳接头（1）是一个圆柱空心体，内腔上端为母接头，以与上部钻柱连接，中下端为二级收缩形式，第一收缩段放置双母射流发生器（2）和分流器（4）。