CN105781464A - 单缸双作用液压式随钻震击器 - Google Patents

单缸双作用液压式随钻震击器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于钻井过程中解决卡钻问题的单缸双作用液压式随钻震击器。它能随时调节震击力的大小和方向，提高解卡效率。其技术方案：该震击器包括外筒总成和心轴总成；外筒总成包括花键外筒、震击外筒、上阀外筒、液压外筒、下阀外筒和下连接头；心轴总成包括花键心轴、中间心轴、下心轴和锁紧螺帽；在花键外筒和上阀外筒分别设有油堵总成I与II；在花键心轴和花键外筒间设有密封装置I，且在键槽的传力接触面上设有钢珠和钢珠支撑块；在中间心轴两侧分别设有上、下震击垫。本震击器内部的带滚动体的花键结构可实现在拉扭或压扭工况下的轴向低摩阻滑动；带预密封机构的锥阀总成可实现径向定位、降低阀体磨损、增强延时效果、提高震击力。

Description

单缸双作用液压式随钻震击器
技术领域
本发明属于石油开采钻井井下工具，具体涉及一种单缸双作用液压式随钻震击器。适用于直井、定向井、水平井、大位移井等复杂井下作业。
背景技术
在钻井过程中，由于地质和人为因素等经常发生卡钻事故，液压式随钻震击器是解决卡钻问题的一种特殊井下工具。由于操作方便、震击力可调等优点广泛被采用。当遇阻需要解卡时，利用震击器在卡点处产生震击力，使卡点松动，达到解卡目的。
发明内容
本发明的目的为了解决现有震击器的不足，提高解卡效率，能随时调节震击力的大小和方向，特提供一种单缸双作用液压式随钻震击器。
本发明所采用的技术方案是：一种单缸双作用液压式随钻震击器，包括外筒总成和设置在其内部的心轴总成，所述的外筒总成是用螺纹依次连接花键外筒、震击外筒、上阀外筒、液压外筒、下阀外筒和下连接头；所述的心轴总成是用螺纹依次连接的花键心轴、中间心轴、下心轴和锁紧螺帽；所述的全液压随钻震击器还包括：在花键外筒上设置有油堵总成I，在上阀外筒上设置有油堵总成II；在花键心轴和花键外筒之间设置有密封装置I，密封装置I包括O型密封圈B和刮泥环；在花键心轴与花键外筒的键槽的传力接触面上设有钢珠和钢珠支撑块，用于传递扭矩和降低轴向运动的摩擦阻力。
在中间心轴两端分别安装上震击垫和下震击垫，便于拆卸和更换。在上阀外筒、下阀外筒与下心轴之间设有密封装置II各一个，上、下密封装置II包括耐磨环、凸型橡胶圈、密封环和活塞，便于上提或下放钻柱时液压缸内的液体***漏，且活塞设置成浮动的，防止液压外筒内液压油在延时情况下出现的抽拉真空现象。
在液压外筒与下心轴之间设置有上、下锥阀总成各一个，两个锥阀总成单向阀安装方向相反；上、下锥阀总成包括O型密封圈D、上、下锥阀、弹簧；上、下锥阀总成的锥面分别与上阀外筒、下阀外筒的锥面紧密结合；在上、下锥阀上均设有溢流孔和泄油槽。
本发明与现有技术相比具有以下有效效果：
1、本震击器内部的带滚动体的花键结构可实现在拉扭或压扭工况下的轴向低摩阻滑动。
2、本震击器带预密封机构的锥阀总成可实现径向定位、降低阀体磨损、增强延时效果、提高震击力。
3本震击器采用单缸液压腔，便于装配和对其液压腔内的零件同时维修工作。
附图说明
图1为本发明单缸双作用液压式随钻震击器的结构示意图；
图2为本震击器中图1(A-A)剖视图；
图3为本震击器中图1(B-B)剖视图
图4为本震击器中图1密封装置I的局部放大图；
图5为本震击器中图1密封装置II的局部放大图；
图6为本震击器中图1阀体总成的放大图；
图7为本震击器中图6锥阀的三维结构示意图。
图中：1-花键心轴，2-花键外筒，3-密封装置I，4-油堵总成I，5-O型密封圈A，6-震击外筒，7-上震击垫，8-中间心轴，9-下震击垫，10-上阀外筒，11-1-上密封装置II，11-2-下密封装置II，12-下心轴，13-油堵总成II，14-1-上锥阀总成，14-2-下锥阀总成，15-液压外筒，16-下阀外筒，17-锁紧螺帽，18-下连接头，19-钢珠，20-钢珠支撑块，21-挡环，22-O型密封圈B，23-刮泥环，24-O型密封圈C，25-耐磨环，26-凸型橡胶圈，27-密封环，28-活塞，29-O形密封圈D，30-1-上锥阀，30-2-下锥阀，31-弹簧，32-溢流孔，33-泄油槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步阐释：
这种单缸双作用液压式随钻震击器，其包括外筒总成和设置在其内的心轴总成，外筒总成通过螺纹依次连接花键外筒(2)、震击外筒(6)、上阀外筒(10)、液压外筒(15)、下阀外筒(16)以及下连接头(18)；所述的心轴总成通过螺纹依次连接的花键心轴(1)、中间心轴(8)、下心轴(12)以及锁紧螺帽(17)；在中间心轴(8)两端分别设置有上震击垫(7)和下震击垫(9)；在花键心轴(1)与花键外筒(2)间设有密封装置I(3)；在花键心轴(1)与花键外筒(2)的键槽的传力接触面间设有钢珠(19)和钢珠支撑块(20)；在上阀外筒(10)、下阀外筒(16)与下心轴(12)间设有密封装置II(11)；在液压外筒(15)与下心轴(12)间设有上、下锥阀总成(14-1、14-2)，两单向阀安装方向相反；组装完成后，将中间心轴(8)向上拉直到上震击垫(7)接触到震击外筒(6)的内台阶，将油堵总成I(4)和油堵总成II(13)注满抗磨液压油，将油堵封堵，然后将中间心轴(8)缓慢向下压，直到下心轴(12)的台阶位于两上、下锥阀总成(14-1、14-2)之间，即台阶位于液压外筒(15)之内，完成单缸双作用液压式随钻震击器的组装。
该机构的工作原理如下：
正常钻进时，花键心轴(1)将其钻机施加到钻具的扭矩通过钢珠(19)和钢珠支撑块(20)传递给花键外筒(2)，然后通过震击外筒(6)、上阀外筒(10)、液压外筒(15)、下阀外筒(16)及其下连接头(18)，进而传递给下连接头(18)相连接的钻具。
当井下发生卡钻事故时，本震击器采用液压油泄漏阻尼原理，具体阐述产生震击力的工作原理如下：
上击时，需向上提拉钻柱，下心轴(12)的台阶向上运动与上锥阀总成(14-1)内孔接触，此时下心轴(12)的台阶与上锥阀总成(14-1)内孔为具有密封特性的间隙配合，能产生上锥阀总成(14-1)外锥面与上阀外筒(10)的内锥面结合的压力，也能阻止液压油从下心轴(12)上泄露，此时液压油只能从上锥阀(30-1)的溢流孔(32)通过，使液压外筒(15)和下阀外筒(16)内部形成高压腔，产生的压力进而更加使上锥阀(30-1)的锥面紧紧压在上阀外筒(10)的内锥面上，密封效果更好，当高压腔形成后完成钻柱的储能；同时下密封装置II(11-2)由于下腔空间变大，在心轴内部液压的压力下向上运动，避免下腔为抽拉真空现象；当下心轴(12)的台阶缓慢通过上锥阀(30-1)的内孔时，高压腔突然泄压，释放钻柱的储能，钻柱瞬间回缩，通过心轴总成带动上震击垫(7)碰撞花键外筒(2)的台阶，完成上击。
复位时，将钻柱缓慢向下放，当下心轴(12)的台阶通过上锥阀总成(14-1)的内孔时，钻柱带动上锥阀(30-1)压缩弹簧(31)，液压油通过上锥阀(30-1)的锥面和上阀外筒(10)的内锥面的间隙，再通过上锥阀(30-1)的外部孔和上锥阀(30-1)下部的泄油槽(33)，使下放钻柱不产生阻力，当下心轴(12)的台阶通过上锥阀总成(14-1)时，完成复位。
下击时，需向下压缩钻柱，下心轴(12)的台阶向上运动与下锥阀总成(14-2)内孔接触，此时下心轴(12)的台阶与下锥阀总成(14-2)内孔为具有密封特性的间隙配合，能产生下锥阀总成(14-2)外锥面与下阀外筒(16)的内锥面结合的压力，也能阻止液压油从下心轴(12)上泄露，此时液压油只能下锥阀(30-2)的溢流孔(32)通过，使液压外筒(15)和上阀外筒(10)内部形成高压腔，产生的压力进而更加使下锥阀(30-2)的锥面紧紧压在下阀外筒(16)的内锥面上，密封效果更好，当高压腔形成后完成钻柱的储能；同时上密封装置II(11-1)由于下腔空间变大，在心轴内部液压的压力下向上运动，避免下腔为抽拉真空现象；当下心轴(12)的台阶缓慢通过下锥阀(30-2)的内孔时，高压腔突然泄压，释放钻柱的储能，钻柱瞬间伸长，通过心轴总成带动下震击垫(9)碰撞震击外筒(6)的台阶，完成下击。
继而继续复位，然后可以产生向上或者向下的震击力。

Claims (4)

1.单缸双作用液压式随钻震击器，包括外筒总成和设置在其内部的心轴总成，其特征在于：所述的外筒总成是用螺纹依次连接花键外筒(2)、震击外筒(6)、上阀外筒(10)、液压外筒(15)、下阀外筒(16)和下连接头(18)；所述的心轴总成是用螺纹依次连接的花键心轴(1)、中间心轴(8)、下心轴(12)和锁紧螺帽(17)；在花键外筒(2)设有油堵总成I(4)，上阀外筒(10)设有油堵总成II(13)；在花键心轴(1)与花键外筒(2)间设有密封装置I(3)；密封装置I(3)包括O型密封圈B(22)和刮泥环(23)；在花键心轴(1)与花键外筒(2)的键槽传力接触面上设有钢珠(19)和钢珠支撑块(20)。
2.根据权利要求1所述的单缸双作用液压式随钻震击器，其特征在于：上震击垫(7)和下震击垫(9)分别安装在中间心轴(8)上、下两端，便于拆卸。
3.根据权利要求1所述的单缸双作用液压式随钻震击器，其特征在于：在上阀外筒(10)、下阀外筒(16)与下心轴(12)间设有上、下密封装置II(11-1，11-2)两个；上、下密封装置II(11-1，11-2)包括耐磨环(25)、凸型橡胶圈(26)、密封环(27)和活塞(28)。
4.根据权利要求1所述的单缸双作用液压式随钻震击器，其特征在于：在液压外筒(15)与下心轴(12)之间设有上、下锥阀总成(14-1，14-2)两个，上、下锥阀总成(14-1，14-2)中的单向阀安装方向相反；上、下锥阀总成(14-1，14-2)包括O形密封圈D(29)、上下锥阀(30-1，30-2)、弹簧(31)；上、下锥阀总成(14-1，14-2)的锥面分别与上阀外筒(10)、下阀外筒(16)的锥面紧密结合；在上、下锥阀(30-1，30-2)上均设有溢流孔(32)和泄油槽(33)。
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