[實用新型]高頻液力擊振工具

有效

• 申請號: 201920103005.5
• 申請日: 2019-01-19
• 公開（公告）號: CN210217611U
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 李文飛;周延軍;肖新磊;王曉;徐波;張濤
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B4/14
• 分類號: E21B4/14
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌;李勇

一種高頻液力擊振工具，包括中心軸、外殼體、彈簧、螺桿馬達總成、閥座、錐閥、上凸輪、下凸輪、肋板和連桿機構；其中：在中心軸和外殼體之間設置花鍵副，構成軸向花鍵滑動配合；彈簧安裝在中心軸與外殼體之間；閥座固定在外殼體內壁上，且位于中心軸的下部，錐閥與外殼體之間安裝肋板，肋板與外殼體是固定安裝，而錐閥能沿著肋板軸向移動；上凸輪固定安裝在錐閥內部，下凸輪安裝在上凸輪下方并且軸向限位，下凸輪與上凸輪形成凸輪傳動配合；下凸輪與螺桿馬達總成的轉子之間通過連桿機構傳動。高頻液力擊振工具能夠完全滿足國內直井、定向井、水平井等復雜結構井的鉆井工藝要求，是一種結構簡單、操作方便、成本低廉、安全可靠的新型工具。

技術領域

本實用新型涉及石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質勘探、礦山鉆探等工具領域的一種高頻液力擊振工具。

背景技術

在石油天然氣鉆井、地質勘探、礦山鉆探等領域中，隨著井深的不斷增加，巖石越來越硬，嚴重制約了鉆頭的破巖效率。鉆井實踐證明，鉆頭旋轉破巖的過程中，在鉆頭上施加一定頻率的沖擊力，能夠有效提高鉆頭的破巖效率。國內外現有沖擊工具的原理主要是剛性沖擊，且屬于低頻高幅沖擊，即沖擊能量很大，但頻率較低，實際應用過程中發現，初始時期內鉆進效率顯著提高，但隨著時間的延長，鉆進效率降低很快，其主要原因是沖擊力造成鉆頭切削齒崩損，影響了破巖效率，而且剛性沖擊的零部件極易發生疲勞損壞，降低了沖擊工具的使用壽命。國外研究表明，在鉆頭上施加高頻低幅沖擊能量時，不僅同樣能夠達到大幅提高鉆進效率的目的，而且不易損壞鉆頭切削齒，有利于延長鉆頭使用壽命，其機理在于，單次較低幅值的沖擊能量在巖石表面產生較小的微裂紋，然后在高頻沖擊的作用下，微裂紋擴展速率增加并連通形成較大裂紋，在鉆頭旋轉剪切的作用下巖屑脫離井底巖石母體。國內外資料調研分析表明，現有沖擊工具現場應用整體效果不理想，沖擊工具內部零部件易疲勞損壞，使用壽命較低，而且現有沖擊工具尺寸較長，延長了井下測控儀器的盲區范圍，因此不能完全滿足定向井、水平井、大位移井等復雜結構井的鉆井工藝要求。與此同時，國外研究發現，利用液壓力瞬時變化產生的沖擊能量屬于柔性沖擊，既能輔助提高鉆進效率，又能保護鉆頭防止切削齒崩損，而且沖擊工具結構簡單，使用壽命長。因此，急需設計研制一種既能產生高頻低幅沖擊能量輔助提高鉆頭破巖效率，又能產生柔性沖擊，同時還要滿足現有鉆井工藝的技術要求和設備要求，并且結構簡單、成本低廉、維護方便的高頻液力擊振工具。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了最大限度的發揮高頻低幅沖擊能量的優勢，達到輔助提高破巖效率，同時利用液壓力瞬時變化產生柔性沖擊力，提供一種高頻液力擊振工具。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

高頻液力擊振工具，包括中心軸、外殼體、彈簧、螺桿馬達總成、閥座、錐閥、上凸輪、下凸輪、肋板和連桿機構；其中：在中心軸和外殼體之間設置花鍵副，構成軸向花鍵滑動配合；彈簧安裝在中心軸與外殼體之間；閥座固定在外殼體內壁上，且位于中心軸的下部，錐閥與外殼體之間安裝肋板，肋板與外殼體是固定安裝，而錐閥能沿著肋板軸向移動；上凸輪固定安裝在錐閥內部，下凸輪安裝在上凸輪下方并且軸向限位，下凸輪與上凸輪形成凸輪傳動配合；下凸輪與螺桿馬達總成的轉子之間通過連桿機構傳動。

上述方案進一步包括：

在中心軸下部還安裝單向閥。

所述花鍵副、彈簧和外殼體所處的空間內充滿潤滑油。

所述肋板是三組或三組以上，周向均勻分布。

所述上凸輪和下凸輪的凸臺是三組或三組以上。

現場測試表明，本實用新型的高頻液力擊振工具能夠滿足直井、定向井、復雜結構井等多種井型的工藝要求，滑動鉆進與復合鉆進時，提速效果非常顯著，鉆井效率平均提高91.6%-136.8%，尤其是在中硬以上巖層中鉆進時，提速效果更加顯著，且鉆井質量符合設計標準，達到了在國內現有裝備和工藝技術基礎上，低成本、高效率完成鉆井施工的目的。