專利名稱：帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油及天然氣鉆井井下工具，是一種連接在鉆柱組合中的井下震擊解卡的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，適用于包括欠平衡空氣鉆井、定向井等復(fù)雜工況井在內(nèi)的各種鉆井作業(yè)。
背景技術(shù)：
在鉆井作業(yè)中，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、技術(shù)措施不當(dāng)?shù)仍颍３０l(fā)生卡鉆的事故。卡鉆對(duì)鉆井工作影響很大，危害也很深。隨鉆震擊器是解除卡鉆和預(yù)防更大事故的有效工具之一，當(dāng)鉆具遇卡時(shí)，借助隨鉆震擊器給卡點(diǎn)處施以向上或向下強(qiáng)烈地震擊，使卡點(diǎn)松動(dòng)，從而達(dá)到迅速解卡的目的。
隨鉆震擊器產(chǎn)品的核心是鎖緊機(jī)構(gòu)(或稱釋放機(jī)構(gòu))。按鎖緊機(jī)構(gòu)工作原理的不同，可以分為液壓式隨鉆震擊器、機(jī)械式隨鉆震擊器和液壓機(jī)械組合式隨鉆震擊器。
液壓式隨鉆震擊器釋放機(jī)構(gòu)是這樣的當(dāng)鉆柱的拉力作用于震擊器時(shí)，心軸帶動(dòng)活塞移動(dòng)，由于液體不可壓縮，使活塞移動(dòng)受阻，液缸內(nèi)的液體在壓力作用下通過活塞的限流槽流出，在此過程中，活塞在拉力的作用下緩慢移動(dòng)。當(dāng)拉力足夠大，或者拉力保持的時(shí)間足夠長時(shí)，活塞移動(dòng)到釋放位置，此時(shí)液缸的高壓腔與低壓腔突然連通，活塞移動(dòng)的阻力突然急劇減小，心軸被釋放，震擊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生震擊。從以上工作原理可以看出，液壓式隨鉆震擊器的震擊噸位可以靠司鉆控制提拉力自由調(diào)節(jié)，使用操作靈活。但其存在如下不足(1)由于其即使受很小的拉力也會(huì)產(chǎn)生震擊，所以在鉆進(jìn)、起下鉆、接單根或觸井底時(shí)常發(fā)生誤震。(2)由于密封件及密封面易磨損，隨鉆時(shí)不能使其受壓，所以液壓式隨鉆震擊器在鉆柱中的位置局限性比較大，只能處于鉆柱的受拉部位。
目前，國外生產(chǎn)隨鉆震擊器的廠家主要有Bowen、Haliburton、Dailey、Cougar等公司，國內(nèi)生產(chǎn)廠家主要是貴州高峰機(jī)械廠和北京石油機(jī)械廠。針對(duì)液壓式隨鉆震擊器在使用中存在的以上問題，國內(nèi)外各廠家從不同角度對(duì)其進(jìn)行了局部的改進(jìn)，但基本上都沒有防誤震裝置，不能滿足復(fù)雜井況的使用要求。近年來的實(shí)踐表明，隨著我國鉆井技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)及國外承包的超深井、水平井、多分支井、欠平衡井等復(fù)雜井?dāng)?shù)量與日俱增，鑒于隨鉆震擊器在預(yù)防和處理卡鉆事故方面的特殊作用，以上復(fù)雜井原則上都應(yīng)該設(shè)計(jì)安裝隨鉆震擊器。但由于地層復(fù)雜，國內(nèi)常規(guī)產(chǎn)品可靠性較差，國外產(chǎn)品價(jià)格奇高，鉆井成本一直居高不下，極大地限制了隨鉆震擊器的應(yīng)用，國內(nèi)鉆井界迫切希望解決產(chǎn)品的可靠性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有防誤震、在鉆柱中連接位置自由等諸多優(yōu)點(diǎn)的、適用于包括欠平衡鉆井、定向井等復(fù)雜井在內(nèi)的各種鉆井工藝的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的包括花鍵心軸1、刮泥圈2、扶正體3、上密封組件4、油堵總成5、花鍵筒體6、上筒體7、背母8、鎖緊環(huán)9、卡瓦心軸10、限位孔螺釘11、限位塊12、調(diào)節(jié)孔螺釘13、上擊調(diào)節(jié)螺母14、調(diào)整套15、隔套16、卡瓦17、卡瓦套18、隔套19、彈性機(jī)構(gòu)總成20、中筒體21、襯套22、下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23、連接體24、延長心軸25、閥體心軸26、下筒體27、閥體總成28、下密封組件29、活塞30、下接頭31，花鍵心軸1與扶正體3連接，花鍵心軸1與扶正體3之間裝有刮泥圈2，花鍵筒體6內(nèi)裝有花鍵心軸1，在花鍵筒體6與花鍵心軸1之間設(shè)有上密封組件4、油堵總成5，花鍵筒體6與上筒體7連接，花鍵心軸1與上筒體7之間設(shè)有背母8、鎖緊環(huán)9，其特征在于卡瓦心軸10與花鍵心軸1連接，在卡瓦心軸10與中筒體21之間分別裝有上擊調(diào)節(jié)螺母14、彈性機(jī)構(gòu)總成20、卡瓦17、卡瓦套18、下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23，上筒體7與中筒體21通過限位孔螺釘11、限位塊12、調(diào)節(jié)孔螺釘13連接，卡瓦心軸10、延長心軸25、閥體心軸26依次連接，延長心軸25與下筒體27之間裝有連接體24，閥體心軸26與下筒體27之間分別設(shè)有閥體總成28、下密封組件29、活塞30，下筒體27與下接頭31連接。
本實(shí)用新型還采用如下技術(shù)方案卡瓦心軸10外圓具有梯形的外棱帶，卡瓦套18的內(nèi)孔具有梯形的內(nèi)棱帶。
卡瓦17是一個(gè)內(nèi)孔和外圓均帶有與卡瓦心軸10、卡瓦套18相匹配的梯形棱帶的彈性套。
三個(gè)串聯(lián)的筒彈簧構(gòu)成彈性機(jī)構(gòu)總成20。
上筒體7、中筒體21、下筒體27依次連接。
本實(shí)用新型為一種連接在鉆柱組合中的井下解卡工具，是一種具有防誤震、在鉆柱中連接位置自由等諸多優(yōu)點(diǎn)的、適用于包括欠平衡鉆井、定向井等復(fù)雜井在內(nèi)的各種鉆井工藝的隨鉆震擊器，其特點(diǎn)是工作原理采用帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式結(jié)構(gòu)，克服了常規(guī)液壓震擊器易產(chǎn)生“誤震”的問題；在鉆柱中的安裝位置相對(duì)比較自由，可以置于受拉、中和點(diǎn)、受壓的大部分位置，大大擴(kuò)展了液壓式隨鉆震擊器的使用范圍。增加機(jī)械式鎖緊機(jī)構(gòu)，設(shè)定其上擊解鎖力大于一般鉆井操作的鉆柱拉力，不管是鉆進(jìn)、起下鉆，還是接單根、觸井底，使其液壓阻尼機(jī)構(gòu)始終不工作，從根本上避免了液壓震擊器在使用過程中的誤震問題。


圖1為本實(shí)用新型上半部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型下半部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)為機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖；圖3(b)為機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)原理局部放大圖；圖3(c)為機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)原理局部放大圖；圖4為向下軸向鎖緊及下?lián)艄ぷ髟斫Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成行程控制的卡瓦式結(jié)構(gòu)，它主要由卡瓦心軸10、卡瓦17、卡瓦套18、彈性機(jī)構(gòu)總成20以及上擊調(diào)節(jié)螺母14組成，卡瓦心軸10外圓具有梯形的外棱帶，卡瓦套18的內(nèi)孔具有梯形的內(nèi)棱帶，卡瓦17是一個(gè)內(nèi)孔和外圓均帶有與卡瓦心軸10、卡瓦套18相匹配的梯形棱帶的彈性套，三個(gè)串聯(lián)的筒彈簧構(gòu)成彈性機(jī)構(gòu)總成20，上擊調(diào)節(jié)螺母14可隨意調(diào)節(jié)設(shè)定其上擊解鎖力。隨鉆震擊器出廠和正常鉆井作業(yè)時(shí)，卡瓦機(jī)構(gòu)鎖緊，處于復(fù)位狀態(tài)，卡瓦17的內(nèi)棱帶嵌入卡瓦心軸10的溝槽內(nèi)，此時(shí)卡瓦17“抱緊”卡瓦心軸10(圖3(a))。由于卡瓦17被其上端的彈性套限位不能移動(dòng)，從而使卡瓦心軸不能向上軸向移動(dòng)，即液壓阻尼機(jī)構(gòu)始終不工作，完全避免了誤震。需震擊作業(yè)時(shí)，上提鉆柱，彈性機(jī)構(gòu)受力變形，卡瓦與卡瓦套之間產(chǎn)生相對(duì)位移(圖3(b))，同時(shí)上部鉆柱被拉伸產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)鉆柱對(duì)隨鉆震擊器施加的拉力達(dá)到其預(yù)先設(shè)定的上擊解鎖力時(shí)，彈性機(jī)構(gòu)總成20產(chǎn)生一定的壓縮量，卡瓦17外棱帶與卡瓦套18內(nèi)棱帶錯(cuò)開，進(jìn)入卡瓦套18內(nèi)棱帶的溝槽內(nèi)，卡瓦17突然張開，卡瓦心軸10在鉆柱拉力的作用下從卡瓦17中拉出(圖3(c))。此時(shí)，液壓阻尼機(jī)構(gòu)開始工作，進(jìn)入液壓延時(shí)階段，司鉆可根據(jù)需要增減大鉤提拉力，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)震擊噸位。一旦液壓延時(shí)結(jié)束，被拉伸的鉆柱突然收縮，鉆柱儲(chǔ)存的能量瞬時(shí)釋放，產(chǎn)生強(qiáng)大的震擊力和沖擊能量，使卡點(diǎn)松動(dòng)，起到解卡的作用?，F(xiàn)場用調(diào)節(jié)扳手撥動(dòng)上擊調(diào)節(jié)螺母14，使之產(chǎn)生軸向位移，從而改變卡瓦17和卡瓦套18棱帶之間的相對(duì)位置，即可簡便地達(dá)到調(diào)節(jié)上擊解鎖力的目的。
在如上所述的鎖緊機(jī)構(gòu)下部增加一組彈性機(jī)構(gòu)總成20(圖4)。隨鉆震擊器正常鉆井作業(yè)時(shí)，卡瓦機(jī)構(gòu)鎖緊，卡瓦17的內(nèi)棱帶嵌入卡瓦心軸10的溝槽內(nèi)，卡瓦17“抱緊”卡瓦心軸10。下放鉆柱，當(dāng)鉆柱壓力小于一定值時(shí)，由于卡瓦17被其下端的彈性套限位不能移動(dòng)，從而使卡瓦心軸10不能向下軸向移動(dòng)，即密封件及密封面不存在磨損條件。加上上段所述的心軸也不能向上軸向移動(dòng)，因此，在鉆柱中的安裝位置相對(duì)比較自由，可以置于受拉、中和點(diǎn)、受壓的大部分位置，大大擴(kuò)展了液壓式隨鉆震擊器的使用范圍，防止了工具的非正常磨損，是定向井和水平井中的理想工具。
本實(shí)用新型適用于欠平衡井、定向井等各種復(fù)雜井鉆井工藝，包括由閥體心軸26、下筒體27、閥體總成28、活塞30和下接頭31組成的液壓延遲機(jī)構(gòu)；由卡瓦心軸10、上擊調(diào)節(jié)螺母14、調(diào)整套15、卡瓦17、卡瓦套18、隔套19、彈性機(jī)構(gòu)總成20、襯套22及下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23組成的機(jī)械式上下鎖緊機(jī)構(gòu)；由上筒體7、背母8和卡瓦心軸10的臺(tái)階面組成的上下打擊機(jī)構(gòu)；由刮泥圈2、上密封組件4和下密封組件29組成的上下密封機(jī)構(gòu)；由花鍵心軸1、花鍵筒體6、扶正體3、花鍵筒體6、上筒體7、中筒體21、連接體24、下筒體27和下接頭31組成的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)；由花鍵心軸1和下接頭31的兩端連接螺紋組成的上下連接機(jī)構(gòu)。另外，油堵總成5實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部介質(zhì)密封，鎖緊環(huán)9配合背母8作為主要防掉機(jī)構(gòu)，限位孔螺釘11、限位塊12和調(diào)節(jié)孔螺釘13作為釋放力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，隔套16和延長心軸25主要起工藝性連接作用。
它的機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)主要由卡瓦心軸10、上擊調(diào)節(jié)螺母14、調(diào)整套15、卡瓦17、卡瓦套18、定位套19、彈性機(jī)構(gòu)總成20、襯套22及下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23組成，卡瓦心軸10的外圓具有梯形的外棱帶，卡瓦套18的內(nèi)孔具有梯形的內(nèi)棱帶，卡瓦17是一個(gè)其內(nèi)孔和外圓均帶有與卡瓦心軸10、卡瓦套18相匹配的梯形棱帶的彈性套，三個(gè)串聯(lián)的筒彈簧構(gòu)成彈性機(jī)構(gòu)總成20。通過上擊調(diào)節(jié)螺母14、卡瓦17、卡瓦套18、彈性機(jī)構(gòu)總成20和下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23配合，來實(shí)現(xiàn)控制卡瓦心軸軸向移動(dòng)的目的，進(jìn)而可避免誤震及非正常磨損，使其在鉆柱中的安裝位置相對(duì)比較自由，可以置于受拉、中和點(diǎn)、受壓的大部分位置，并實(shí)現(xiàn)上下?lián)粢惑w的功能。在上擊調(diào)節(jié)螺母14和下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23的圓周上分別有若干個(gè)調(diào)節(jié)槽，每調(diào)節(jié)一個(gè)槽，上擊解鎖力或下?lián)翎尫帕⑾鄳?yīng)增加或減少一定噸位。
權(quán)利要求1.帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，包括花鍵心軸(1)、刮泥圈(2)、扶正體(3)、上密封組件(4)、油堵總成(5)、花鍵筒體(6)、上筒體(7)、背母(8)、鎖緊環(huán)(9)、卡瓦心軸(10)、限位孔螺釘(11)、限位塊(12)、調(diào)節(jié)孔螺釘(13)、上擊調(diào)節(jié)螺母(14)、調(diào)整套(15)、隔套(16)、卡瓦(17)、卡瓦套(18)、隔套(19)、彈性機(jī)構(gòu)總成(20)、中筒體(21)、襯套(22)、下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母(23)、連接體(24)、延長心軸(25)、閥體心軸(26)、下筒體(27)、閥體總成(28)、下密封組件(29)、活塞(30)、下接頭(31)，花鍵心軸(1)與扶正體(3)連接，花鍵心軸(1)與扶正體(3)之間裝有刮泥圈(2)，花鍵筒體(6)內(nèi)裝有花鍵心軸(1)，在花鍵筒體(6)與花鍵心軸(1)之間設(shè)有上密封組件(4)、油堵總成(5)，花鍵筒體(6)與上筒體(7)連接，花鍵心軸(1)與上筒體(7)之間設(shè)有背母(8)、鎖緊環(huán)(9)，其特征在于卡瓦心軸(10)與花鍵心軸(1)連接，在卡瓦心軸(10)與中筒體(21)之間分別裝有上擊調(diào)節(jié)螺母(14)、彈性機(jī)構(gòu)總成(20)、卡瓦(17)、卡瓦套(18)、下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母(23)，在卡瓦(17)、卡瓦套(18)的兩端分別裝有隔套(16)、隔套(19)，上筒體(7)與中筒體(21)通過限位孔螺釘(11)、限位塊(12)、調(diào)節(jié)孔螺釘(13)連接，卡瓦心軸(10)、延長心軸(25)、閥體心軸(26)依次連接，延長心軸(25)與下筒體(27)之間裝有連接體(24)，閥體心軸(26)與下筒體(27)之間分別設(shè)有閥體總成(28)、下密封組件(29)、活塞(30)，下筒體(27)與下接頭(31)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，其特征在于卡瓦心軸(10)外圓具有梯形的外棱帶，卡瓦套(18)的內(nèi)孔具有梯形的內(nèi)棱帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，其特征在于卡瓦(17)是內(nèi)孔和外圓均帶有與卡瓦心軸(10)、卡瓦套(18)相匹配的梯形棱帶的彈性套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，其特征在于三個(gè)串聯(lián)的筒彈簧構(gòu)成彈性機(jī)構(gòu)總成(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，其特征在于上筒體(7)、中筒體(21)、下筒體(27)依次連接。
專利摘要一種用于石油及天然氣鉆井的井下震擊解卡的帶機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓式隨鉆震擊器，包括卡瓦17、卡瓦套18、彈性機(jī)構(gòu)總成20等，卡瓦心軸10與花鍵心軸1連接，在卡瓦心軸10與中筒體21之間分別裝有上擊調(diào)節(jié)螺母14、彈性機(jī)構(gòu)總成20、卡瓦17、卡瓦套18、下?lián)粽{(diào)節(jié)螺母23，卡瓦心軸10、延長心軸25、閥體心軸26依次連接，具有防誤震、在鉆柱中連接位置自由等特點(diǎn)，適用于包括欠平衡鉆井、定向井等復(fù)雜井，增加機(jī)械式鎖緊機(jī)構(gòu)，設(shè)定其上擊解鎖力大于一般鉆井操作的鉆柱拉力，不管是鉆進(jìn)、起下鉆，還是接單根、觸井底，使其液壓阻尼機(jī)構(gòu)始終不工作，從根本上避免了液壓震擊器在使用過程中的誤震問題。
文檔編號(hào)E21B31/00GK2806752SQ20052011214
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者黃衍福, 鄒連陽, 張國田 申請(qǐng)人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 北京石油機(jī)械廠