CN201386505Y - 新型阀式双作用液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型阀式双作用液动冲击器，包括筒体、阀体、一个双面锥阀阀芯、弹簧、活塞、锥阀入口流道、锥阀上腔流道、锥阀下腔流道、活塞下腔流道和砧轴，其中：阀体里安装有一个双面锥阀阀芯、弹簧、活塞，且活塞通过弹簧和双面锥阀阀芯相连；锥阀入口流道、锥阀上腔流道、锥阀下腔流道和活塞下腔流道位于阀体上，且锥阀上腔流道和活塞下腔流道相通，锥阀上腔流道和锥阀下腔流道分别通过节流口和节流口与钻头水眼相连。本实用新型在使用时，能够产生较大的单次冲击功和合适的冲击频率，通过在旋转钻井过程中附加冲击作用形成旋转冲击钻井，提高深井硬地层的钻进速度。

Description

新型阀式双作用液动冲击器

技术领域

本实用新型属于石油钻采工业中以流体为动力的井下冲击钻井装置。

背景技术

近几年来，随着油气钻井向深部发展，硬地层钻进的难题日益突出，而目前油气田勘探开发钻井中仍主要采用旋转钻井技术。当钻遇硬地层时，钻井效率低，钻头寿命短，钻井周期长，成本高。液动冲击旋转钻井技术是解决油气井硬岩钻进难题最有效的方法之一，关键装备-液动冲击器利用高压水或钻井液作为动力介质提供钻头冲击力，其出现已有上百年的历史，直到20世纪50年代，美国、加拿大和前苏联等国家才研制出几种具有实用价值的液动冲击器，其后液动冲击旋转钻井技术在岩心钻探中大规模应用并获得巨大成功，发展到现在主要有阀式正作用、阀式反作用、阀式双作用、射流式和射吸式等五种基本类型。但是此项技术一直未能广泛、成功地应用于深井石油钻井中，主要是因为已有的各种类型的液动冲击器单次冲击功偏低，冲击频率高，钻井深度较浅，钻井直径小。

实用新型内容

本发明的目的是设计一种新型阀式双作用液动冲击器，解决现有液动冲击器在深井钻井中单次冲击功偏低，冲击频率高，钻井深度较浅，钻井直径小的问题。

本实用新型采用的技术方案是提供一种新型阀式双作用液动冲击器，包括筒体10、阀体11、一个双面锥阀阀芯2、弹簧5、活塞6、锥阀入口流道12、锥阀上腔流道3、锥阀下腔流道13、活塞下腔流道8和砧轴15，其特征在于：阀体11里安装有一个双面锥阀阀芯2、弹簧5、活塞6，且活塞6通过弹簧5和双面锥阀阀芯2相连；锥阀入口流道12、锥阀上腔流道3、锥阀下腔流道13和活塞下腔流道8位于阀体11上，且锥阀上腔流道3和活塞下腔流道8相通，锥阀上腔流道3和锥阀下腔流道12分别通过节流口9和节流口14与钻头水眼相连；砧轴15通过六方轴与筒体10连接，下端连接钻头。阀体11和活塞6之间、阀体11和转轴15之间、筒体10和转轴15之间均设有密封圈7。

本实用新型的有益效果是在深井油气钻井中使用时，能够产生较大的单次冲击功和合适的冲击频率，通过在旋转钻井过程中附加冲击作用形成旋转冲击钻井，提高深井硬地层的钻进速度。

附图说明

图1是新型双作用液动冲击器的剖面图

其中：1-锥阀上腔；2-锥阀阀芯；3-锥阀上腔流道；4-锥阀下腔；5-弹簧；6-活塞；7-密封圈；8-活塞下腔流道；9-节流口；10-筒体；11-阀体；12-锥阀入口流道；13-锥阀下腔流道；14-节流口；15-砧轴；16-钻头

具体实施方式

钻井液从锥阀入口流道12流入液动冲击器，从节流口9和节流口14流出，压力有一定的下降，钻井液减少的压能其中有一部分转化为活塞的冲击功作用于砧轴和钻头。当钻井液流过液动冲击器时，如果将活塞受到的密封圈的阻力忽略不计，锥阀和活塞有一个平衡点，在这平衡点上锥阀和活塞受到平衡力的作用，保持静止状态。但是这是一个不稳定的平衡点，假设由于某种微小的扰动使锥阀向下离开平衡点的位置(向上离开平衡点分析方法与此类似)，钻井液流入锥阀上腔的瞬时阻力比流入锥阀下腔的瞬时阻力要小，造成锥阀上腔的压力比锥阀下腔高。流入锥阀上腔的流量增加，同时流入锥阀下腔的流量减少，这也造成阀芯所受的液动力的合力向下，同时阀芯所受的液压力的合力也向下。这两个合力使阀芯进一步向下运动，使得锥阀上腔压力不断升高，锥阀下腔压力不断下降。由于活塞下腔压力和锥阀上腔压力相同，活塞上腔压力和锥阀下腔压力相同，压差使得活塞向上移动压缩弹簧，弹簧对锥阀阀芯向上的推力变大，当这一推力大于锥阀阀芯受到的液压力和液动力的向下合力时，锥阀阀芯开始向上移动。当阀芯向上越过平衡点时，锥阀阀芯受到的液压力和液动力的合力改为方向向上，阀芯进一步向上移动，活塞上腔压力大于下腔压力，活塞的向上的运动减速，速度减到零以后活塞开始向下运动。弹簧对锥阀阀芯向下的拉力变大，当这一拉力大于锥阀阀芯受到的液压力和液动力的向上合力时，锥阀阀芯又开始向下移动。如此循环，锥阀阀芯和活塞形成了周期相同、相位不同的上下往复运动。开泵但是钻头没接触井底时，砧轴和钻头由于钻头水眼内外压差的作用向下运动，此时活塞往复运动撞击不到砧轴；钻头接触井底并施加钻压时，砧轴向上运动进入活塞的行程内，活塞对砧轴和钻头产生连续的冲击作用。

Claims (2)

1.一种新型阀式双作用液动冲击器，包括筒体(10)、阀体(11)、一个双面锥阀阀芯(2)、弹簧(5)、活塞(6)、锥阀入口流道(12)、锥阀上腔流道(3)、锥阀下腔流道(13)、活塞下腔流道(8)和砧轴(15)，其特征在于：阀体(11)里安装有一个双面锥阀阀芯(2)、弹簧(5)、活塞(6)，且活塞(6)通过弹簧(5)和双面锥阀阀芯(2)相连；锥阀入口流道(12)、锥阀上腔流道(3)、锥阀下腔流道(13)和活塞下腔流道(8)位于阀体(11)上，且锥阀上腔流道(3)和活塞下腔流道(8)相通，锥阀上腔流道(3)和锥阀下腔流道(12)分别通过节流口(9)和节流口(14)与钻头水眼相连；砧轴(15)通过六方轴与筒体(10)连接，下端连接钻头。

2.如权利要求1所述的新型阀式双作用液动冲击器，其特征在于：阀体(11)和活塞(6)之间、阀体(11)和转轴(15)之间、筒体(10)和转轴(15)之间均设有密封圈(7)。

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