CN105464587A - 射吸式贯通液压潜孔锤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种射吸式贯通液压潜孔锤，主要包括双通道接头、上接头、活塞、套阀、外壳、冲锤体、导向管、砧子、下接头、喷射器、承喷器、阀座、阀门和柱塞等构件；双通道接头上部连接钻杆，下部与潜孔锤的上接头连接、上接头另一端与外壳连接、外壳另一端与下接头连接构成一个整体；设置在套阀内的活塞下部与冲锤体刚性连接构成阀锤组件；导向管两头分别插接在双通道接头底部和砧子顶部的定位孔中；上接头下部与导向管之间设置喷射器；活塞上部与导向管之间设置承喷器，套阀底部的阀门与冲锤体顶部的柱塞构成能够开启和关闭的阀控机构；本发明适合大口径、大排量、高泵压、高井温的工作环境，能与其它井下液马达组合后潜入数千米深的井底工作。
Description
技术领域
本发明涉及钻井机械领域，尤其是应用于石油钻井、科学深钻的冲击回转绳索取芯钻进，大口径冲击回转反循环钻进、大口径冲击回转反循环连续取芯钻进以及矿井和基础工程钻井用的射吸式贯通式液压潜孔锤。
背景技术
射吸式液压潜孔锤属已有技术，例如专利号：“85101970.6”、“ZL201010579649.5”和“CN104481396”的说明书中所记载；但已有的射吸式液压潜孔锤，都不是贯通的。贯通式气动潜孔锤已经是一项很成熟的钻井工具，用于反循环连续取芯钻进取得了非常好的效果，被许多适合这项工艺的施工单位采用。但还有更多的钻井工程，由于井内有高压液柱不适宜气动潜孔锤工作，以及气动潜孔锤施工产生的粉尘对环境污染严重被禁止采用。为克服上述问题，在上世纪九十年代初，我国就已经有单位研制并取得了很好试验效果的贯通式差动双作用液动潜孔锤，但至今贯通式液动潜孔锤未能应用于生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以泥浆或化学浆液为工作介质，适用于大口径、深井或超深井、大排量、高背压的射吸式贯通式液压潜孔锤；该液压潜孔锤采用射吸式工作原理，并保留射吸式液压潜孔锤的技术特性，主要用于冲击回转反循环钻进、冲击回转反循环连续取芯钻进和冲击回转绳索取芯钻进，能有效提高钻进效率和质量，并降低钻井成本。
本发明通过以下技术方案实现：
一种射吸式贯通液压潜孔锤，主要包括双通道接头、上接头、活塞、套阀、外壳、冲锤体、导向管、砧子、下接头、喷射器、承喷器、阀座、阀门和柱塞等构件；所述的双通道接头中心有贯通孔，周边有通液孔；双通道接头上部连接钻杆，下部与潜孔锤的上接头连接、上接头另一端与外壳连接、外壳另一端与下接头连接构成一个整体；设置在套阀内的活塞下部与冲锤体刚性连接构成阀锤组件；砧子套装在下接头内，相互间用传动机构连接；贯穿上接头和阀锤组件的导向管，两头分别插接在双通道接头底部和砧子顶部的定位孔中；上接头下部与导向管之间设置喷射器；活塞上部与导向管之间设置承喷器，喷射器至承喷器之间的环形空间构成上液压腔；套阀底部的阀门与冲锤体顶部的柱塞构成能够开启和关闭的阀控机构；套阀底部阀门至砧子顶部排液孔之间的环形空间构成下液压腔；导向管、活塞、套阀及外壳套装在同一轴线上，并且导向管与活塞、活塞与套阀、套阀与外壳，相互之间均设置为动密封配合，相互间密封状态下能够旋转和轴向滑动；所述的阀锤组件在工作介质射流的作用下，使阀控机构不断地关闭与开启，控制着上液压腔与下液压腔之间的压强大小交替转换，推动活塞和冲锤体沿着轴向不断地往复冲击运动击打砧子，将冲击能量传递给钻头，工作介质也不断地流经下液压腔从砧子的排液孔排入井底。
优选的是，所述喷射器包括套装在导向管外圆柱面外的喷嘴、喷嘴座和导向管座；喷嘴与导向管外圆柱面之间为圆环状喷射孔，更换不同口径喷嘴便能获得不同面积的圆环状喷射孔。
优选的是，所述喷射器包括套装在导向管7外圆柱面上的喷嘴、喷嘴座和导向管座，喷嘴与导向管外圆柱面之间为由多个小孔构成的放射状喷射孔，更换不同的喷嘴便能获得不同面积的放射状喷射孔。
优选的是，所述装配在活塞上部的承喷器为承喷接头零件，可更换的承喷接头与导向管外圆柱面之间构成圆环状承喷孔，更换不同承喷孔径的承喷接头便能获得不同面积的圆环状承喷孔，实现与喷射器的不同喷射面积的喷射孔匹配。
优选的是，位于承喷器的下部沿径向绕圆周均匀分布有若干个扩散孔，扩散孔连通套阀内腔。
优选的是，所述导向管上段***双通道接头的贯通孔内动密封配合相连并能够旋转和轴向滑动，下段在活塞和冲锤体之间连接。
优选的是，所述导向管上端在双通道接头贯通孔的顶部固定连接，下段与活塞的贯通孔内壁动密封配合相连并能够旋转和轴向滑动。
优选的是，所述导向管从双通道接头中间贯通孔的上部端口***，穿过上接头、阀锤组件和砧子，下端固定连接于砧子下部的钻头内台阶上。
优选的是，位于阀锤组件下方的砧子套装在下接头内相互间通过花键连接构成下接头组件。
本发明的优点和积极效果：
本发明提供的这种射吸式贯通液压潜孔锤，以泥浆或化学浆液为工作介质，具有结构简单、性能稳定和耐背压特性好等优点，适合大口径、大排量、高泵压、高井温的工作环境，能单独下井，也能与其它井下液马达组合后潜入数千米深的井底工作，使大口径、深井或超深井采用冲击回转反循环或绳索取芯钻进成为可能；对提高大口径深井钻进的效率、质量和降低钻井成本效果显著。
附图说明
图1为本发明结构原理示意图；
图2为本发明中喷射器采用圆环状喷孔的示意图；
图3为图2中的A-A剖面；
图4为本发明中喷射器采用放射状喷孔的示意图；
图5为图4中的B-B剖面；
图6为本发明中的承喷器示意图；
图7为图6中的C-C剖面；
图8为本发明图1中导向管与喷射器装配示意图；
图9为本发明图1中导向管与承喷器装配示意图；
图10为本发明中导向管一头固定在活塞与冲锤体之间的结构示意图；
图11为本发明中导向管固定连接在双通道接头下部的结构示意图。
图12为本发明中导向管从双通道接头中间通孔的上部端口***，定位在砧子下部钻头内台阶的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及其附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-9所示为本发明射吸式贯通液压潜孔锤的典型结构，由双通道接头1、上接头2、活塞3、套阀4、外壳5、冲锤体6、导向管7、砧子8、下接头9、喷射器10、承喷器12、阀门16、柱塞17等零部件构成，所有零部件共一根轴线由里至外，顺序安装。所述双通道接头1，是一种通液孔分布在管壁上与中间的贯通孔隔离开的接头，工作液流经双通道接头1通液孔进入喷射器10，双通道接头1下端与上接头2上端由螺纹连接成上接头组件；上接头2下端与外壳5上端螺纹连接；外壳5下端与下接头9螺纹连接；活塞3装进套阀4，活塞3下段穿过阀门16与冲锤体6刚性连接构成阀锤组件并套装在外壳5内腔；位于阀锤组件下方的砧子8套装在下接头9内相互间花键连接构成下接头组件。导向管7贯穿上接头2和阀锤组件，两头分别***双通道接头1底部和砧子8顶部的定位孔中，导向管7外圆柱面与活塞3下段内孔动密封配合；上接头2下部设置喷射器10，活塞3上部设置与喷射器10对应的承喷器12，喷射器10至承喷器12之间的环形空间构成上液压腔11；承喷器12的下部，沿径向绕圆周有均匀分布的扩散孔13连通套阀内腔14；承喷器12与导向管7外圆柱面之间构成圆环状承喷孔22；冲锤体6上端设置有与套阀4的阀门16相匹配的柱塞17；套阀4底部阀门16与冲锤体6顶部柱塞17构成可以开启和关闭的阀控机构；套阀4底部阀门16下端至砧子8上端面之间的环形空间构成下液压腔18；砧子8为中空结构，在其上端面设置与砧子内腔连通的排液孔19。导向管7、活塞3、套阀4、外壳5顺序套装在同一轴线上，相互之间均设置为动密封配合，密封状态下能各自旋转和轴向滑动；阀锤组件在工作介质射流的作用下，其阀控机构不断地关闭与开启，控制着上液压腔11与下液压腔18的压强大小交替转换，推动活塞3连同冲锤体6顺着轴向不断地往复冲击运动击打砧子，将冲击能量传递给钻头，工作介质也不断地流经下液压腔18从砧子上的排液孔19排入井底。
安装顺序为：外壳5与下接头组件螺纹连接，阀锤组件装入外壳5内，导向管７从承喷器12中心通孔***并穿过冲锤体６进入砧子8上部的定位孔，然后将上接头组件套进导向管７并与外壳螺纹连接，至此导向管7定位在双通道接头1下部与砧子8上部的定位孔中，保持与潜孔锤整体的同轴度，并防止导向管7内孔与上液压腔11连通；导向管7、活塞3、套阀4与外壳5四个零件之间的内外圆柱面均为动密封配合，相互间可以在密封状态下各自转动和沿轴向滑动；符合上述要求，安装结束。
工作原理：工作介质经双通道接头1的液流通道进入喷射器10再从圆环状喷射孔高速射出，由于射流的卷吸和附壁作用，工作介质紧贴着导向管7外壁进入活塞3内的承喷器12，经扩散孔13、套阀内腔14和阀门16流经下液压腔18，再进入砧子8上部的排液孔19排向井底；从进入到排出这个过程中，上液压腔11中的工作介质因卷吸作用被抽吸至下液压腔18，导致上液压腔11降压而下液压腔18升压，压力差作用于套阀4与活塞3，因套阀4质量远小于活塞3，先从由阀程下限台阶的形成阀座15上升至阀程上限，碰触上接头2底部，活塞3连同冲锤体6紧随其后由砧子8顶部的锤程下限向上运动，当柱塞17接触到阀门16液流通道被阻断，上液压腔11内压力升高，套阀4迅速返回阀程下限台阶处的阀座15并产生水击推动活塞3冲击砧子8，至此阀门16打开，阀锤组件进入下一个冲击周期，周而复始不停地冲击。
所述喷射器10如图8所示，它是由喷嘴23、喷嘴座24、导向管座25构成，导向管7***导向管座25，喷嘴23与导向管7外圆柱面之间构成圆环状喷射孔20，更换不同口径喷嘴23便能获得不同面积的圆环状喷射孔20，见图2和图3。图4和图5为放射状喷射孔21的示意图。
所述承喷器12如图6-7和图9所示，由装配在活塞3上可以更换的承喷接头26与贯穿此接头的导向管构成圆环状承喷孔22，更换不同承喷孔径的承喷接头26便能获得不同的承喷孔22面积，实现与不同面积的喷射孔20、21匹配。
图10所示导向管7，其下端固定在活塞3与冲锤体6之间，上段***双通道接头1贯通孔内与贯通孔动密封配合，能够旋转和轴向滑动。
所述导向管7如图11所示，其上端固定在双通道接头1贯通孔的顶部，下段与活塞3的贯通孔内壁动密封配合，能够旋转和轴向滑动。
所述导向管7如图12所示，导向管7是从双通道接头1中间通孔的上部端口***，穿过上接头2、阀锤组件和砧子8，定位于砧子8下部的钻头内台阶上。
图10、图11、图12所示的射吸式贯通液压潜孔锤，结构及工作原理与图1基本相同，不同之处在于导向管7的装配与定位方式。
图10所述的射吸式贯通液压潜孔锤，导向管7下端固定在活塞3与冲锤体6之间，上段***双通道接头1贯通孔内与贯通孔动密封配合，能够旋转和轴向滑动。
图11所述的射吸式贯通液压潜孔锤，导向管7是从双通道接头1中间通孔的上部端口***，并定位在双通道接头1的顶部。
图12所示的射吸式贯通液压潜孔锤，导向管7是从双通道接头1中间通孔的上部端口***，穿过上接头2、阀锤组件和砧子8，定位于砧子8下部的钻头内台阶上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种射吸式贯通液压潜孔锤，主要包括双通道接头（1）、上接头（2）、活塞（3）、套阀（4）、外壳（5）、冲锤体（6）、导向管（7）、砧子（8）、下接头（9）、喷射器（10）、承喷器（12）、阀座（15）、阀门（16）和柱塞（17）；其特征在于：所述的双通道接头（1）中心有贯通孔，周边有通液孔；双通道接头（1）上部连接钻杆，下部与潜孔锤的上接头（2）连接、上接头（2）另一端与外壳（5）连接、外壳（5）另一端与下接头（9）连接构成一个整体；设置在套阀（4）内的活塞（3）下部与冲锤体（6）刚性连接构成阀锤组件；砧子（8）套装在下接头（9）内，相互间用传动机构连接；贯穿上接头（2）和阀锤组件的导向管（7），两头分别插接在双通道接头（1）底部和砧子（8）顶部的定位孔中；上接头（2）下部与导向管（7）之间设置喷射器（10）；活塞（3）上部与导向管（7）之间设置承喷器（12），喷射器（10）至承喷器（12）之间的环形空间构成上液压腔（11）；套阀（4）底部的阀门（16）与冲锤体（6）顶部的柱塞（17）构成能够开启和关闭的阀控机构；套阀（4）底部阀门（16）至砧子（8）顶部排液孔（19）之间的环形空间构成下液压腔（18）；导向管（7）、活塞（3）、套阀（4）及外壳（5）套装在同一轴线上，并且导向管（7）与活塞（3）、活塞（3）与套阀（4）以及套阀（4）与外壳（5）相互之间均设置为动密封配合，相互间密封状态下能够旋转和轴向滑动；所述的阀锤组件在工作介质射流的作用下，使阀控机构不断地关闭与开启，控制着上液压腔（11）与下液压腔（18）之间的压强大小交替转换，推动活塞（3）和冲锤体（6）沿着轴向不断地往复冲击运动击打砧子，将冲击能量传递给钻头，工作介质也不断地流经下液压腔（18）从砧子的排液孔（19）排入井底。
2.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：所述喷射器（10）包括套装在导向管（7）外圆柱面外的喷嘴（23）、喷嘴座（24）和导向管座（25）；所述喷嘴（23）与导向管（7）外圆柱面之间为圆环状喷射孔（20），更换不同口径喷嘴（23）便能获得不同面积的圆环状喷射孔（20）。
3.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：所述喷射器（10）包括套装在导向管（7）外圆柱面上的喷嘴（23）、喷嘴座（24）和导向管座（25），喷嘴（23）与导向管（7）外圆柱面之间为由多个小孔构成的放射状喷射孔（21），更换不同的喷嘴（23）便能获得不同面积的放射状喷射孔（21）。
4.根据权利要求2或3所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：所述装配在活塞（3）上部的承喷器（12）为承喷接头（26）零件，可更换的承喷接头（26）与导向管外圆柱面之间构成圆环状承喷孔（22），更换不同承喷孔径的承喷接头（26）便能获得不同面积的圆环状承喷孔(22)，实现与喷射器(10)的不同喷射面积的喷射孔(20、21)匹配。
5.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：位于承喷器(12)的下部沿径向绕圆周均匀分布有若干个扩散孔（13），扩散孔（13）连通套阀内腔(14)。
6.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：所述导向管（7）上段***双通道接头（1）的贯通孔内动密封配合相连并能够旋转和轴向滑动，下段在活塞（3）和冲锤体（6）之间连接。
7.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：所述导向管（7）上端在双通道接头（1）贯通孔的顶部固定连接，下段与活塞（3）的贯通孔内壁动密封配合相连并能够旋转和轴向滑动。
8.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：所述导向管（7）从双通道接头（1）中间贯通孔的上部端口***，穿过上接头（2）、阀锤组件和砧子（8），下端固定连接于砧子（8）下部的钻头内台阶上。
9.根据权利要求1所述的射吸式贯通液压潜孔锤，其特征在于：位于阀锤组件下方的砧子（8）套装在下接头（9）内相互间通过花键连接构成下接头组件。
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