CN203594356U

CN203594356U - 近钻头扭转、振荡耦合冲击器

Info

Publication number: CN203594356U
Application number: CN201320737247.2U
Authority: CN
Inventors: 陈世春; 李玮; 丛长江; 王树超
Original assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2023-11-20

Abstract

本实用新型公开一种近钻头扭转、振荡耦合冲击器，包括，钻铤短接、分流器、扭转冲击器、脉冲振荡腔和冲击传动短接；钻铤短接的下部与冲击传动短接连接，钻铤短接内周安装有分流器、扭转冲击器和脉冲振荡腔，分流器下端口与扭转冲击器入口相通；扭转冲击器出口与脉冲振荡腔的入口相通，脉冲振荡腔出口与冲击传动短接相通；扭转冲击器上形成有泄压流道和冲击流道。有益效果：由于产生周期性稳定高频低幅扭转、振荡耦合冲击振动，该冲击扭矩有效消除PDC钻头的粘滑和间歇性卡钻现象。该冲击器没有电子部件，完全液力机械结构，尺寸较小，其冲击过程不会对随钻电测仪器产生干扰。本实用新型易损部件少，工作稳定，使用寿命长，有利于降低钻井成本。

Description

近钻头扭转、振荡耦合冲击器

技术领域

本实用新型涉及一种石油、天然气钻井工程领域使用的井下动力工具，特别是涉及一种近钻头扭转、振荡耦合冲击器。

背景技术

深部或超深部地层岩石硬度大，可钻性级值高，机械钻速慢、钻井成本高。在石油、天然气的钻井开采过程中，井下动力辅助破岩工具已成为深部地层高效破岩技术的有益补充。现场实践和室内实验研究表明，对钻头施加一定周期性的冲击力，将会提高钻头的破岩效率，因此冲击钻井工具有望成为深井提速的一个重要技术手段。

在使用PDC钻头钻进上述地层时，会产生粘滑效应、间歇性卡钻现象。该粘滑效应、间歇性卡钻现象使钻柱内累积的扭转弹性能不规则的释放，造成PDC钻头的破岩过程变得极不稳定，加速PDC钻头非正常损坏，降低了PDC钻头使用寿命。

常规液动冲击器属于轴向冲击，不能增加PDC钻头的破岩扭矩，如专利CN200710056325.1描述了一种射流式冲击器。

为了提高深井机械钻速、解决PDC钻头的粘滑效应、间歇性卡钻等问题，促进PDC钻头稳定工作，延长钻头的使用寿命，专利US6742609B2设计了一种钻井液涡轮驱动的扭转冲击器，但该钻井工具结构复杂、易损部件多、且压耗较大，使用寿命也受到限制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够消除PDC钻头在中硬到硬地层或研磨性地层破岩时出现的粘滑、间歇性卡钻的近钻头扭转、振荡耦合冲击器。

本实用新型所采用的技术方案是：一种近钻头扭转、振荡耦合冲击器，包括，钻铤短接、分流器、扭转冲击器、脉冲振荡腔和冲击传动短接；所述钻铤短接的下部与冲击传动短接连接，所述钻铤短接内周安装有分流器、扭转冲击器和脉冲振荡腔，所述分流器下端口与扭转冲击器入口相通；扭转冲击器出口与脉冲振荡腔的入口相通，脉冲振荡腔出口与冲击传动短接相通；所述扭转冲击器上形成有泄压流道和冲击流道。

所述扭转冲击器包括上压盖、冲击器外壳和密封环；所述上压盖安装在冲击器外壳的上面，二者连接后内部形成液力冲击室；冲击器外壳内壁形成有轴对称的冲击槽、半圆槽和高压孔；所述脉冲振荡腔包括汇流喷嘴和回流堵头；汇流喷嘴安装在中心导流器下端，从冲击器出来的流体从汇流喷嘴进入到脉冲振荡腔，并从回流堵头中心孔中流出。

所述液力冲击室安装有液力锤、换向器、中心导流器和节流喷嘴；换向器安装在中心导流器与液力锤之间，节流喷嘴安装在中心导流器出口处；液力锤外表面形成有轴对称的锤砧，锤砧位于冲击器外壳的冲击槽内；液力锤内表面形成有轴对称的换向键，换向键伸入到换向器的换向槽中；在锤砧和换向键两侧有锤砧孔和换向键孔；所述换向器外表面有轴对称扇形部和换向槽，在扇形部上有轴对称过渡孔，换向器下部有泄压孔。

所述冲击流道由螺旋孔、锤砧孔、冲击槽依次相通构成，冲击槽经锤砧孔与泄压孔相通，泄压孔与扭转冲击器出口相通；所述泄压流道由高压孔、换向槽、换向键孔、半圆槽依次相通构成，所述半圆槽与扭转冲击器出口相通。

所述中心导流器由螺旋孔和底座构成，底座连接在泄压支撑环上，泄压支撑环连接在冲击传动短接上部。

所述扭转冲击器、脉冲振荡腔、冲击传动短接通过定位卡瓦定位于钻铤短接上。

所述钻铤短接上端公扣通过API标准螺纹与上部钻铤母扣端连接。

所述冲击传动短接下端通过API标准螺纹与钻头公扣端相连接。

本实用新型的有益效果：由于能产生周期性的稳定的高频低幅的扭转、振荡耦合冲击振动，因此，该冲击扭矩有效消除PDC钻头的粘滑和间歇性卡钻现象，工具产生的振动轴向冲击载荷能够提高钻头牙齿吃入岩石、加速岩屑脱离井底。该冲击器没有电子部件，完全液力机械结构，尺寸较小，其冲击过程不会对随钻电测仪器产生干扰。该工具能保证钻进过程中钻柱内扭矩的稳定和平衡，降低了钻柱扭转震荡，有利于MWD、LWD等随钻电测仪器的稳定工作。本实用新型易损部件少，工作稳定，使用寿命长，有利于降低钻井成本。该冲击器能产生周期性的稳定的高频低幅的扭转、振荡耦合冲击振动，是一种多功能、多用途冲击器。

附图说明

图1是本实用新型近钻头扭转、振荡耦合冲击器的结构示意图；

图2为图1中的A-A截面图；

图3为图1中的B-B截面图；

图4为图1中的C-C截面图；

图5为图1中的D-D截面图。

图中

1．钻铤短节 2.分流器 3.螺纹压盘 4.上盖体

5.冲击器外壳 6.液力锤 7.换向器 8.节流喷嘴

9.汇流喷嘴 10.冲击传动短接 11.回流堵头

12.中心导流器 13.密封环 14.分流孔 15.高压流道

16.泄流通道 17.栅形孔 18.换向键孔 19.换向键

20.半圆槽 21.换向槽 22.高压孔 23.扇形部

24.过渡孔 25.锤砧 26.锤砧孔 27.冲击槽

28.泄压孔 29.定位卡瓦 30.外卡槽 31.弹簧孔

32.内卡槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，本实用新型近钻头扭转、振荡耦合冲击器包括钻铤短接1、分流器2、扭转冲击器、冲击传动短接10，钻铤短接1上端公扣通过API标准螺纹与上部钻铤母扣端连接，钻铤短接1的下端与定位卡瓦29和冲击传动短接10间隙相连，钻铤短接1内侧上端部与冲击传动短接10之间安装有分流器2、脉冲振荡腔和扭转冲击器。

其中扭转冲击器是由螺纹压盘3、上盖体4、冲击器外壳5、液力锤6、换向器7、节流喷嘴8和密封环13共同组成的多腔体结构。

如图2所示，分流器2是一个V形漏斗形部件，分流器2下端口与扭转冲击器的入口相通，连接方式为螺纹连接，在分流器2上端分布有6个分流孔14；分流器将钻井液流体分为内外两股，外边的流体流向高压流道15，并通过高压孔22、换向键孔19流入到换向器7中的换向槽21中，不间断给换向器供液；其余内部流体给中心导流器12供液。

扭转冲击器的冲击器外壳5下端与冲击传动短接10上端螺纹连接，中心相通。冲击传动短接10下端通过API标准螺纹与钻头公扣端相连接。在冲击传动短接10上有4个定位卡瓦29，用于固定分流器、扭转冲击器、脉冲振荡腔和冲击传动短接10在钻铤短接1中的位置。

如图3、图4所示，扭转冲击器的上盖体4在冲击器外壳5的上面，二者连接后内部形成液力冲击室，液力冲击室安装有液力锤6、换向器7、中心导流器12、节流喷嘴8，换向器7套位于中心导流器12与液力锤6之间，节流喷嘴8安装在中心导流器12出口处，液力锤6与冲击器外壳5间隙安装，在密封环13、换向器7和冲击器外壳5间做周期往复运动，换向器7在密封环13、中心导流器12间做周期往复运动；液力锤6的上、下轴安装在冲击器外壳5上。冲击器外壳5内壁有轴对称冲击槽27、半圆槽20和高压孔22；液力锤6外表面有轴对称的锤砧25，内表面有轴对称的换向键19，在锤砧25和换向键19两侧有锤砧孔26和换向键孔18；换向器7外表面有轴对称扇形部23和换向槽21，在扇形部23上有轴对称过渡孔24，换向器7下部有泄压孔28；中心导流器12由栅形孔17、泄压孔28及底座构成，其底座连接在冲击器外壳5上，汇流喷嘴安装在中心导流器12的底座内，螺纹连接；泄压通道由高压孔22、换向槽21、换向键孔18、半圆槽20依次相通构成，半圆槽20与中心导流器12的泄压孔28相通；冲击流道由中心导流器12的栅形孔17、锤砧孔26、冲击槽27和泄流通道16依次相通构成，冲击槽27经锤砧孔26与泄流通道16相通，泄流通道16与中心导流器12的泄压孔28相通。脉冲振荡腔有汇流喷嘴9、冲击器外壳5下端及回流堵头11共同构成，从冲击器出来的流体从汇流喷嘴进入到振荡腔，并从回流堵头中心孔中流出。

如图5所示，冲击传动短接10上外卡槽30和钻铤短接1上内卡槽32位置以及个数相对应，卡槽内安装有定位卡瓦29，定位卡瓦内有弹簧孔31，弹簧孔31和外卡槽30之间安装弹簧。

本实用新型扭转冲击器工作时，旋转的钻铤驱动钻铤短接1转动，钻铤短接1下端的内卡槽32通过定位卡瓦29和冲击传动短接10间隙连接，冲击传动短接10与钻头连接并带动钻头旋转；流体从钻铤短接1的进液孔进入到分流器2中，并在导流器2中分流，流体由冲击器外壳5进入中心分流器12，其余从分流器2的分流孔14流向分流器2和钻铤短接1形成的空间；由中心导流器12到冲击器出口部分，内部流体可以分为两部分：一部分流体由中心导流器12的节流喷嘴8中出来，直接到汇流喷嘴；另一部分流体经中心导流器12中的栅形孔17流经换向器7的扇形部23的过渡孔24进入锤砧孔26，最终进入到冲击槽27中，并最终从冲击槽27由锤砧孔26进入到泄压孔28，这部分流体与前两部分流体在冲击器出口汇合，即到汇流喷嘴处；所有流体进入到脉冲振荡腔和冲击传动短接10中，再经过钻头喷嘴进入环空空间；在冲击流道中流体和换向流道流体的共同作用下，液力锤6、换向器7和冲击器外壳协同实现了锤砧25在冲击槽27中反复运动，产生扭转冲击，并通过冲击传动短接10传递给钻头。

值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：包括，钻铤短接（1）、分流器（2）、扭转冲击器、脉冲振荡腔和冲击传动短接（10）；所述钻铤短接（1）的下部与冲击传动短接（10）连接，所述钻铤短接（1）内周安装有分流器（2）、扭转冲击器和脉冲振荡腔，所述分流器（2）下端口与扭转冲击器入口相通；扭转冲击器出口与脉冲振荡腔的入口相通，脉冲振荡腔出口与冲击传动短接（10）相通；所述扭转冲击器上形成有泄压流道和冲击流道。

2.根据权利要求1所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述扭转冲击器包括上压盖（4）、冲击器外壳（5）和密封环（13）；所述上压盖（4）安装在冲击器外壳（5）的上面，二者连接后内部形成液力冲击室；冲击器外壳（5）内壁形成有轴对称的冲击槽（27）、半圆槽（20）和高压孔（22）；所述脉冲振荡腔包括汇流喷嘴（9）和回流堵头（11）；汇流喷嘴（9）安装在中心导流器（12）下端，从冲击器出来的流体从汇流喷嘴（9）进入到脉冲振荡腔，并从回流堵头（11）中心孔中流出。

3.根据权利要求2所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述液力冲击室安装有液力锤（6）、换向器（7）、中心导流器（12）和节流喷嘴（8）；换向器（7）安装在中心导流器（12）与液力锤（6）之间，节流喷嘴（8）安装在中心导流器（12）出口处；液力锤（6）外表面形成有轴对称的锤砧（25），锤砧（25）位于冲击器外壳（5）的冲击槽（27）内；液力锤（6）内表面形成有轴对称的换向键（19），换向键（19）伸入到换向器（7）的换向槽（21）中；在锤砧（25）和换向键（19）两侧有锤砧孔（26）和换向键孔（18）；所述换向器（7）外表面有轴对称扇形部（23）和换向槽（21），在扇形部（23）上有轴对称过渡孔（24），换向器（7）下部有泄压孔（28）。

4.根据权利要求1所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述冲击流道由螺旋孔（17）、锤砧孔（26）、冲击槽（27）依次相通构成，冲击槽（27）经锤砧孔与泄压孔（28）相通，泄压孔（28）与扭转冲击器出口相通；所述泄压流道由高压孔（22）、换向槽（21）、换向键孔（18）、半圆槽（20）依次相通构成，所述半圆槽（20）与扭转冲击器出口相通。

5.根据权利要求2所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述中心导流器（12）由螺旋孔（17）和底座构成，底座连接在泄压支撑环（9）上，泄压支撑环（9）连接在冲击传动短接（10）上部。

6.根据权利要求1所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述扭转冲击器、脉冲振荡腔、冲击传动短接（10）通过定位卡瓦（29）定位于钻铤短接（1）上。

7.根据权利要求1所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述钻铤短接（1）上端公扣通过API标准螺纹与上部钻铤母扣端连接。

8.根据权利要求1所述的近钻头扭转、振荡耦合冲击器，其特征在于：所述冲击传动短接（10）下端通过API标准螺纹与钻头公扣端相连接。