[發(fā)明專利]液動沖擊鉆井工具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410187589.0
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103967408A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳貢慧;查春青;李玉梅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué);中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: E21B4/16
• 分類號: E21B4/16
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于石油開發(fā)領(lǐng)域中一種井下鉆具，尤其涉及一種液動沖擊鉆井工具。

背景技術(shù)

現(xiàn)代常規(guī)鉆井主要采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，當(dāng)鉆遇硬地層或研磨性地層時，會出現(xiàn)鉆井機(jī)械鉆速的降低，會大幅度的增加鉆井的成本。而在鉆水平井或大位移井時，由于摩阻等因素，造成鉆具難以下入井內(nèi)，進(jìn)而出現(xiàn)鉆壓不能加載或部分加載在鉆頭上，嚴(yán)重影響鉆井系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鉆井成本。

旋沖鉆井技術(shù)是目前解決上述問題的一個有效的方法，其方法為在鉆頭的上部增加一個沖擊鉆井工具，其原理是：鉆井時，高壓氣體或鉆井液推動沖擊器，驅(qū)動沖錘上下往復(fù)沖擊鉆頭，從而沖擊巖石，使得巖石形成裂縫，進(jìn)而形成巖石的破碎。這種技術(shù)在鉆遇硬質(zhì)地層或研磨性地層時具有鉆速快、鉆井成本低、巖屑大、鉆壓低等優(yōu)點(diǎn)。而其中沖擊鉆井工具是這項技術(shù)的核心。在石油鉆井領(lǐng)域研究應(yīng)用最多的是空氣錘和液壓沖擊工具；其中空氣錘主要應(yīng)用于氣體鉆井，其應(yīng)用受到一定限制；而液壓沖擊工具應(yīng)用面較廣，雖然這項技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用的時間較長，但還是存在著很多的問題。這些問題和缺陷與現(xiàn)有沖擊鉆井工具的結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要包括結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，易損件較多，沖錘的沖程較短，使用壽命不長，穩(wěn)定性、可靠性不高等等，這些問題限制著旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井工業(yè)中的推廣應(yīng)用。如：長春科技大學(xué)研制的YSC-178型射流式?jīng)_擊器，其射流孔內(nèi)徑較小，在工作中高壓鉆井液高速經(jīng)過射流孔，鉆井液中的顆粒會造成射流孔的沖蝕磨損，造成壽命的減少；再如：中國石油大學(xué)研制的SYZJ型雙作用沖擊器，其沖錘的沖程較短，沖錘加速度的時間較短，驅(qū)動沖錘運(yùn)動的液動沖擊力很大，易造成沖錘和活塞連接處的疲勞損壞，進(jìn)而降低工具的使用壽命。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種液動沖擊鉆井工具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種液動沖擊鉆井工具，以提高沖錘換向的穩(wěn)定性，延長使用壽命，提高破巖效果和工作效率。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種液動沖擊鉆井工具，以簡化結(jié)構(gòu)、減少易損件，增加軸向沖錘的沖程，提高單次軸向的沖擊功。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種液動沖擊鉆井工具，該鉆井工具包括上短節(jié)和固定連接于上短節(jié)下端的連接短節(jié)，在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)由上向下順序設(shè)有軸向和周向均固定的導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋，上、下端蓋上均設(shè)有貫通的導(dǎo)流孔；一圓筒形換向器往復(fù)擺動地同軸設(shè)置在所述導(dǎo)流筒內(nèi)壁；換向器內(nèi)同軸設(shè)有一缸體，所述缸體與導(dǎo)流筒呈相對固定設(shè)置；一沖錘組件上下移動地滑設(shè)在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)，所述沖錘組件包括有滑設(shè)于缸體內(nèi)的活塞及其上、下活塞桿，所述上活塞桿向上穿過缸體頂部和上端蓋延伸至導(dǎo)向套筒內(nèi)，上活塞桿頂端設(shè)有一配重體，所述下活塞桿向下穿過缸體底部和下端蓋延伸至連接短節(jié)下部，下活塞桿底端設(shè)有一沖頭體；一管狀鉆頭座周向固定地掛設(shè)在連接短節(jié)的底端，由所述移動的沖頭體撞擊該鉆頭座的頂部；所述上活塞桿與換向器上端設(shè)有驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝正向擺動的第一端面凸輪機(jī)構(gòu)，所述下活塞桿與換向器下端設(shè)有驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝反向擺動的第二端面凸輪機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)流筒和缸體上設(shè)有導(dǎo)通缸體上腔和下腔的液體配流通道，所述換向器的筒壁上設(shè)有接通相應(yīng)配流通道的配流孔，由換向器的正、反向擺動使進(jìn)入缸體內(nèi)的液體流向間歇地變化，由此，驅(qū)動沖錘組件上下往復(fù)移動。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述下端蓋底部抵頂在連接短節(jié)內(nèi)壁上部的階梯孔孔肩上，以實(shí)現(xiàn)軸向定位；所述下端蓋側(cè)壁設(shè)有缺槽，該缺槽與連接短節(jié)內(nèi)壁的凸塊卡設(shè)，以實(shí)現(xiàn)下端蓋周向定位；所述導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋各相對接觸的連接面之間分別設(shè)有定位塊和對應(yīng)的定位槽，由此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒的周向定位。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述缸體和換向器由上、下端蓋軸向定位；所述缸體底端向下設(shè)有一定位銷，該定位銷穿過換向器底部的一圓弧形透孔，并插接在下端蓋上的定位銷孔中，由此實(shí)現(xiàn)缸體的周向定位。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述鉆頭座是由底段、中段和上段構(gòu)成的階梯形構(gòu)件；鉆頭座底段為圓柱形，直徑與連接短節(jié)的外徑相同，內(nèi)部設(shè)有連接鉆頭的錐形母扣；鉆頭座中段為八棱柱體，該鉆頭座中段穿設(shè)于連接短節(jié)底端的對應(yīng)八角通孔內(nèi)，所述中段的高度大于八角通孔長度3～7mm；鉆頭座的上段為圓柱體，外壁設(shè)有螺紋段，一設(shè)置于連接短節(jié)內(nèi)部的連接螺母連接于鉆頭座上段的螺紋段；所述鉆頭座中段和上段內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)通底段錐形母扣的中心孔，所述鉆頭座上段圓柱體外壁周向均勻分布有多個與內(nèi)部中心孔相通的透槽。