專利名稱:一種高頻鉆井沖擊器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高頻鉆井沖擊器，其包括一短節(jié)外殼；上接頭和下接頭，射流元件，入口噴嘴，一砧子，具有啞鈴狀液壓腔的活塞缸以及一啞鈴狀活塞，其中，活塞缸的外徑小于短節(jié)外殼的內(nèi)徑，以使活塞缸與短節(jié)外殼之間留有一環(huán)空；活塞缸的外部沿圓周方向均勻設(shè)置有四條軸向缸體外側(cè)筋，將活塞缸與短節(jié)外殼之間的環(huán)空分隔為四條獨(dú)立的流道，分別作為做功流道、復(fù)位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道，射流元件為所述做功流道和所述復(fù)位流道提供交變壓力，使活塞缸的上腔壓力和下腔壓力交替變化，使活塞在所述活塞缸中上下振動。本實用新型可廣泛地應(yīng)用于石油鉆井中，能夠有效地解決硬地層鉆進(jìn)的難題，加速油氣田勘探開發(fā)的進(jìn)程。
【專利說明】一種高頻鉆井沖擊器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鉆井提速工具，具體涉及一種可針對不同地層調(diào)節(jié)扭矩沖擊力和軸向沖擊力，以達(dá)到該沖擊器最優(yōu)化使用狀態(tài)的高頻鉆井沖擊器。

【背景技術(shù)】
[0002]為適應(yīng)油氣勘探工作發(fā)展的需要，石油鉆井工作主要是向深部和硬老地層區(qū)塊拓展，在深井鉆井以及西部許多區(qū)塊淺部鉆井過程中，硬地層鉆進(jìn)的難題非常突出。如在蘇里格地區(qū)、四川東部油田、塔里木盆地北部油田等勘探開發(fā)鉆井工作中都遇到了較硬地層。而目前油氣田勘探開發(fā)鉆井中仍主要采用傳統(tǒng)的牙輪鉆頭、PDC(PolycrystalIine DiamondComposite，聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭配合動力馬達(dá)及噴射鉆井裝置的旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)。但這些旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在鉆遇硬地層時，鉆井效率很低，鉆頭壽命短，鉆井周期長，成本高。
[0003]從碎巖理論講，沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)是解決硬巖鉆進(jìn)難題的有效方法之一。沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)就是在普通旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆具的鉆頭上連接沖擊器，沖擊器是一種井底動力機(jī)械，依靠沖洗鉆井用的高壓鉆井液介質(zhì)，推動其活塞沖錘上下運(yùn)動撞擊鉆頭，鉆頭在沖擊動載和靜壓回轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下破碎巖石。沖擊力不同于靜壓力，它是一種加載速度極大的動載荷，作用時間極短，巖石中的接觸應(yīng)力瞬時可達(dá)最大值并弓I起應(yīng)力集中，巖石不易產(chǎn)生塑性變形，表現(xiàn)為脆性增加，巖石易形成大體積破碎，從而提高碎巖速度。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種可針對不同地層調(diào)節(jié)扭矩沖擊力和軸向沖擊力，以達(dá)到該沖擊器最優(yōu)化使用狀態(tài)的高頻鉆井沖擊器。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案:一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，該高頻鉆井沖擊器包括:
[0006]—短節(jié)外殼；
[0007]上接頭和下接頭，所述的上接頭和下接頭分別密封連接于所述短節(jié)外殼的上端和下端；
[0008]射流元件，所述的射流元件與所述的短節(jié)外殼采用過盈配合的方式設(shè)置在位于所述上接頭下部的所述短節(jié)外殼內(nèi)，所述的射流元件內(nèi)設(shè)置有兩個相互貫通的叉形輸出道；
[0009]A 口噴嘴，所述的入口噴嘴設(shè)置于所述射流元件的頂部中心并連通所述上接頭處的鉆井液總流入通道與所述射流元件的兩輸出道；
[0010]一砧子，所述砧子密封緊固連接在位于所述下接頭上部的所述短節(jié)外殼內(nèi)，
[0011]一具有啞鈴狀液壓腔的活塞缸，所述活塞缸同軸地設(shè)置于所述射流元件與所述砧子之間的所述短節(jié)外殼內(nèi)；以及
[0012]一啞鈴狀活塞，所述啞鈴狀活塞滑動設(shè)置于所述活塞缸內(nèi)；
[0013]其中，所述活塞缸的外徑小于所述短節(jié)外殼的內(nèi)徑，以使所述活塞缸與所述短節(jié)外殼之間留有一環(huán)空；所述活塞缸的外部沿圓周方向均勻設(shè)置有四條軸向缸體外側(cè)筋，將所述活塞缸與所述短節(jié)外殼之間的環(huán)空分隔為四條獨(dú)立的流道，分別作為做功流道、復(fù)位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道，所述射流元件為所述做功流道和所述復(fù)位流道提供交變壓力，使所述活塞缸的上腔壓力和下腔壓力交替變化，使所述活塞在所述活塞缸中上下振動。
[0014]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述做功流道和所述復(fù)位流道的位置相對設(shè)置，所述高壓旁通流道和所述低壓旁通流道的位置相對設(shè)置；所述活塞缸的頂部和底部分別與所述射流元件和所述砧子密封緊固連接，在位于所述做功流道一側(cè)的所述活塞缸頂部開設(shè)有一用來連通所述射流元件的其中一輸出道和所述活塞缸上腔的上活塞做功沖程開孔，在位于所述做功流道一側(cè)的所述活塞缸中下部開設(shè)有一用來連通所述做功流道和所述活塞缸下腔的下活塞做功沖程開孔；同時，在位于所述復(fù)位流道一側(cè)的所述活塞缸底部開設(shè)有一用來連通所述復(fù)位流道和所述活塞缸下腔的下活塞復(fù)位開孔，在位于所述復(fù)位流道一側(cè)的所述活塞缸中上部開設(shè)有一用來連通所述復(fù)位流道和所述活塞缸上腔的上活塞復(fù)位開孔；在所述砧子的下部具有一吸入室，所述吸入室內(nèi)設(shè)置有一環(huán)形噴嘴，所述環(huán)形噴嘴將所述吸入室分隔為兩個部分；在靠近所述射流元件入口噴嘴位置處設(shè)置有一高壓旁通流道入口，在位于所述環(huán)形噴嘴內(nèi)部的所述吸入室內(nèi)設(shè)置有一高壓旁通流道出口 ；所述低壓旁通流道連通所述射流元件的排液道和位于所述環(huán)形噴嘴外部的所述吸入室。
[0015]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，在所述活塞的底端刻有45° -80°的斜面，同時在所述砧子的上端面也刻出相應(yīng)的斜面，以使所述活塞底端的斜面與所述砧子上端面的斜面相互咬合。
[0016]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述活塞包括一啞鈴狀的殼體，所述殼體灌注有重金屬配重。
[0017]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的重金屬配重的材料選擇為鉛。
[0018]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述做功流道、復(fù)位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道均采用線切割工藝完成。
[0019]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述活塞缸內(nèi)部具有與之一體的環(huán)形限位凸臺，以使所述活塞缸內(nèi)腔形成啞鈴狀液壓腔。
[0020]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述砧子通過一環(huán)形限位卡密封緊固連接于所述短節(jié)外殼內(nèi)。
[0021]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，該高頻鉆井沖擊器使用時能夠根據(jù)地層特點(diǎn)、鉆頭類型及鉆井規(guī)程來調(diào)整沖擊器的性能參數(shù)，且有以下四種調(diào)整方式:
[0022]I)改變所述射流元件入口噴嘴的尺寸；
[0023]2)改變所述做功流道、復(fù)位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道的截面積；
[0024]3)改變所述活塞的質(zhì)量；
[0025]4)改變所述活塞底端和所述砧子上端面的斜面角度。
[0026]本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]1、本實用新型由于不存在自由行程階段，活塞在下行的整個階段，活塞上面始終作用著較高的液體壓力，活塞始終處于加速運(yùn)行狀態(tài)；同時，由于活塞缸下腔排液是暢通的，不存在傳統(tǒng)沖擊器中回程彈簧的抵削力，有利于活塞末速度的提高。
[0028]2、本實用新型的活塞缸采用啞鈴狀液壓腔結(jié)構(gòu)，同時采用與之形狀相配合的啞鈴狀活塞，從而大幅增加了過流面積，可在增大沖擊功的同時提高活塞的振動頻率。
[0029]3、本實用新型從結(jié)構(gòu)上摒棄了傳統(tǒng)沖擊器的錘體結(jié)構(gòu)，而且除活塞外，無其它運(yùn)動零件，也沒有閥及彈簧等易損件，不僅進(jìn)一步提高了沖擊器的可靠性，還大大延長了沖擊器的使用壽命。
[0030]4、本實用新型在使用時可根據(jù)地層特點(diǎn)、鉆頭類型及鉆井規(guī)程等條件大幅度調(diào)整沖擊器的性能參數(shù)，且調(diào)整方式可以有多種，因此可大大提升沖擊器對各類地層的適應(yīng)性。
[0031]5、本實用新型在活塞的底端刻出一定角度的斜面，同時在砧子的上端面也刻出相應(yīng)的斜面，因此可以在實施扭矩沖擊的同時實現(xiàn)軸向沖擊。
[0032]綜上所述，本實用新型可以廣泛地應(yīng)用于石油鉆井中，能夠有效地解決硬地層鉆進(jìn)的難題，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益，加速油氣田勘探開發(fā)的進(jìn)程。

【附圖說明】

[0033]圖1是本實用新型的一種高頻鉆井沖擊器運(yùn)動狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是本實用新型的一種高頻鉆井沖擊器另一運(yùn)動狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3是本實用新型橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4是本實用新型的啞鈴狀活塞結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖來對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本實用新型，它們不應(yīng)該理解成對本實用新型的限制。
[0038]如圖1-2所示，本實用新型提供的一種高頻鉆井沖擊器包括一短節(jié)外殼1，短節(jié)外殼I的上端和下端分別密封連接一上接頭2和一下接頭3，在位于上接頭2下部的短節(jié)外殼I內(nèi)過盈配合一射流元件4，射流元件4的頂部中心設(shè)置有一連通上接頭2處的鉆井液總流入通道2-1與射流元件4的兩輸出道4-1的射流元件入口噴嘴5。在位于下接頭3上部的短節(jié)外殼I內(nèi)通過環(huán)形限位卡6密封緊固連接一砧子7，在射流元件4與砧子7之間的短節(jié)外殼I內(nèi)同軸地設(shè)置有活塞缸8，且活塞缸8的外徑小于短節(jié)外殼I的內(nèi)徑，以使活塞缸8與短節(jié)外殼I之間留有一環(huán)空?；钊?內(nèi)部具有與之一體的環(huán)形限位凸臺8-1，以使活塞缸8內(nèi)部形成一啞鈴狀液壓腔，活塞缸8內(nèi)滑動設(shè)置有一與之相配合的啞鈴狀活塞9，活塞缸8的外部沿圓周方向均勻設(shè)置有四條軸向缸體外側(cè)筋8-2，如圖3所示，以將活塞缸8與短節(jié)外殼I之間的環(huán)空分隔為四條獨(dú)立的流道，分別作為做功流道10、復(fù)位流道11、高壓旁通流道12和低壓旁通流道13，且做功流道10和復(fù)位流道11的位置相對，高壓旁通流道12和低壓旁通流道13的位置相對?；钊?的頂部和底部分別與射流元件4和砧子7密封緊固連接，但在位于做功流道10 —側(cè)的活塞缸8頂部開設(shè)有一用來連通射流元件4的其中一輸出道4-1和活塞缸8上腔的上活塞做功沖程開孔8-3，在位于做功流道10 —側(cè)的活塞缸8中下部開設(shè)有一用來連通做功流道10和活塞缸8下腔的下活塞做功沖程開孔8-4。同時，在位于復(fù)位流道11 一側(cè)的活塞缸8底部開設(shè)有一用來連通復(fù)位流道11和活塞缸8下腔的下活塞復(fù)位開孔8-5，在位于復(fù)位流道11 一側(cè)的活塞缸8中上部開設(shè)有一用來連通復(fù)位流道11和活塞缸8上腔的上活塞復(fù)位開孔8-6。在砧子7的下部具有一吸入室14，吸入室14內(nèi)設(shè)置有一環(huán)形噴嘴15，該環(huán)形噴嘴15將吸入室14分隔為兩個部分。在靠近射流元件入口噴嘴5位置處設(shè)置有一高壓旁通流道入口 12-1，在位于環(huán)形噴嘴15內(nèi)部的吸入室14內(nèi)設(shè)置有一高壓旁通流道出口 12-2，以使高壓旁通流道12連通上接頭2處的高壓鉆井液和射流元件入口噴嘴5，用于為射流元件4的排液道4-2創(chuàng)造低壓環(huán)境，并在裝置故障時作為應(yīng)急流道使用。低壓旁通流道13連通射流元件4的排液道4-2和位于環(huán)形噴嘴15外部的吸入室14，以使射流元件4的排液道4-2與低壓環(huán)境溝通。
[0039]在一個優(yōu)選的實施例中，可以在活塞9的底端刻出45° -80°的斜面，同時在砧子7的上端面也刻出相應(yīng)的斜面，以使活塞9底端的斜面與砧子7上端面的斜面相互咬合。當(dāng)活塞9沖擊砧子7時，既可以給砧子7軸向沖擊又可以給砧子7扭向沖擊，以便扭矩沖擊時為活塞9提供反扭矩。
[0040]在一個優(yōu)選的實施例中，如圖4所示，活塞9包括一啞鈴狀的殼體9-1，殼體9-1灌注有重金屬配重9-2，如鉛等重金屬。
[0041]在一個優(yōu)選的實施例中，做功流道10、復(fù)位流道11、高壓旁通流道12和低壓旁通流道13均采用線切割工藝完成，以保證流體不發(fā)生刺漏。
[0042]本實用新型在使用時，射流元件4為做功流道10和活復(fù)位流道11提供交變壓力，使活塞缸8的上腔壓力和下腔壓力交替變化，使活塞9在活塞缸8中上下振動，其活塞一次循環(huán)運(yùn)動分為如下四個過程:
[0043]1、下行加速運(yùn)動:活塞9在液體壓差和重力的作用下，由缸頂向下加速運(yùn)動；
[0044]2、下行碰撞:活塞9到達(dá)最低位置后與缸底發(fā)生碰撞，進(jìn)行沖擊功傳遞并換向；
[0045]3、上行運(yùn)動:活塞9在液體壓差作用下，克服重力和阻力，由缸底向上運(yùn)動；
[0046]4、上行碰撞:活塞9到達(dá)缸頂后，活塞9與缸頂發(fā)生碰撞并換向。
[0047]此外，本實用新型的另一設(shè)計特點(diǎn)是性能參數(shù)可以大幅度調(diào)整，使用時可根據(jù)地層特點(diǎn)、鉆頭類型及鉆井規(guī)程等條件調(diào)整沖擊器的性能參數(shù)，且有以下四種調(diào)整方式:
[0048]1、改變射流元件入口噴嘴5的尺寸，以調(diào)整輸入射流元件4的鉆井液工作流量；
[0049]2、改變做功流道10、復(fù)位流道11、高壓旁通流道12和低壓旁通流道13的截面積；
[0050]3、改變活塞9的質(zhì)量；
[0051]4、改變活塞9底端和砧子7上端面的斜面角度。
[0052]以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，該高頻鉆井沖擊器包括: 一短節(jié)外殼; 上接頭和下接頭，所述的上接頭和下接頭分別密封連接于所述短節(jié)外殼的上端和下端; 射流元件，所述的射流元件與所述的短節(jié)外殼采用過盈配合的方式設(shè)置在位于所述上接頭下部的所述短節(jié)外殼內(nèi)，所述的射流元件內(nèi)設(shè)置有兩個相互貫通的叉形輸出道； 入口噴嘴，所述的入口噴嘴設(shè)置于所述射流元件的頂部中心并連通所述上接頭處的鉆井液總流入通道與所述射流元件的兩輸出道； 一砧子，所述砧子密封緊固連接在位于所述下接頭上部的所述短節(jié)外殼內(nèi)， 一具有啞鈴狀液壓腔的活塞缸，所述活塞缸同軸地設(shè)置于所述射流元件與所述砧子之間的所述短節(jié)外殼內(nèi)；以及 一啞鈴狀活塞，所述啞鈴狀活塞滑動設(shè)置于所述活塞缸內(nèi)； 其中，所述活塞缸的外徑小于所述短節(jié)外殼的內(nèi)徑，以使所述活塞缸與所述短節(jié)外殼之間留有一環(huán)空；所述活塞缸的外部沿圓周方向均勻設(shè)置有四條軸向缸體外側(cè)筋，將所述活塞缸與所述短節(jié)外殼之間的環(huán)空分隔為四條獨(dú)立的流道，分別作為做功流道、復(fù)位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道，所述射流元件為所述做功流道和所述復(fù)位流道提供交變壓力，使所述活塞缸的上腔壓力和下腔壓力交替變化，使所述活塞在所述活塞缸中上下振動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述做功流道和所述復(fù)位流道的位置相對設(shè)置，所述高壓旁通流道和所述低壓旁通流道的位置相對設(shè)置；所述活塞缸的頂部和底部分別與所述射流元件和所述砧子密封緊固連接，在位于所述做功流道一側(cè)的所述活塞缸頂部開設(shè)有一用來連通所述射流元件的其中一輸出道和所述活塞缸上腔的上活塞做功沖程開孔，在位于所述做功流道一側(cè)的所述活塞缸中下部開設(shè)有一用來連通所述做功流道和所述活塞缸下腔的下活塞做功沖程開孔；同時，在位于所述復(fù)位流道一側(cè)的所述活塞缸底部開設(shè)有一用來連通所述復(fù)位流道和所述活塞缸下腔的下活塞復(fù)位開孔，在位于所述復(fù)位流道一側(cè)的所述活塞缸中上部開設(shè)有一用來連通所述復(fù)位流道和所述活塞缸上腔的上活塞復(fù)位開孔；在所述砧子的下部具有一吸入室，所述吸入室內(nèi)設(shè)置有一環(huán)形噴嘴，所述環(huán)形噴嘴將所述吸入室分隔為兩個部分；在靠近所述射流元件入口噴嘴位置處設(shè)置有一高壓旁通流道入口，在位于所述環(huán)形噴嘴內(nèi)部的所述吸入室內(nèi)設(shè)置有一高壓旁通流道出口 ；所述低壓旁通流道連通所述射流元件的排液道和位于所述環(huán)形噴嘴外部的所述吸入室。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，在所述活塞的底端刻有45° -80°的斜面，同時在所述砧子的上端面也刻出相應(yīng)的斜面，以使所述活塞底端的斜面與所述砧子上端面的斜面相互咬合。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述活塞包括一啞鈴狀的殼體，所述殼體灌注有重金屬配重。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述的重金屬配重的材料選擇為鉛。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述做功流道、復(fù)位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道均采用線切割工藝完成。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述活塞缸內(nèi)部具有與之一體的環(huán)形限位凸臺，以使所述活塞缸內(nèi)腔形成啞鈴狀液壓腔。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述活塞缸內(nèi)部具有與之一體的環(huán)形限位凸臺，以使所述活塞缸內(nèi)腔形成啞鈴狀液壓腔。9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，所述砧子通過一環(huán)形限位卡密封緊固連接于所述短節(jié)外殼內(nèi)。
【文檔編號】E21B1-26GK204266906SQ201420627095
【發(fā)明者】徐梓辰 [申請人]徐梓辰