[实用新型]一种大尺寸井眼用反循环空气锤锤体结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种主要用于石油天然气钻井、基础工程、水文水井钻探等大尺寸井眼反循环钻井领域的大尺寸井眼用反循环空气锤锤体结构。

背景技术

近年来，在油气钻井领域，气体正循环钻井技术在治理井漏、保护储层、提高机械钻速等方面取得了显著效果。但在大尺寸井眼钻井时，正循环气体钻井所需气量大、设备数量多、成本高等成了普遍问题。同时，常规气体钻井时高速气体对井壁冲蚀明显，在井壁不稳定的条件下井内容易出现“大肚子”。此外，若井下水层、漏层同时存在，容易出现漏水不漏砂的情况，难以建立循环。采用大直径反循环空气锤实施钻井，所需气量是常规正循环气体钻井的1/2~1/5（井眼尺寸越大对比越明显）。反循环空气锤钻井，气体不进入环空，可有效避免井壁冲蚀，同时解决井漏不返砂的问题。大尺寸井眼反循环空气锤可有效降低大尺寸井眼气体钻井成本，解决井漏失返问题。目前，国内石油天然气钻井领域常用的是正循环空气锤。

在基础工程领域，随着我国经济建设的高速发展，高层建筑、港口码头、水库坝基、滑坡治理、公路桥梁等工程的嵌岩基础灌注桩数量大幅增加。这些灌注桩孔直径一般都较大，嵌岩深度较深，大都要求嵌入新鲜基岩面一下，以确保基桩的承载力和抵御自然灾害的能力。

常用的大直径嵌岩桩孔施工方法多为：钢绳冲击钻、钢粒钻进、硬质合金钻进、组合牙轮钻进、组合滚齿钻进、环状取心等，但这些钻进效率及成孔质量不尽人意，尤其钻遇较硬地层（抗压强度>150MPa），进尺缓慢，甚至根本无法进尺。为了提高大直径硬岩层的钻进效率，国内钻探界专家学者对大直径潜孔锤钻进技术进行了研究。目前国内主要大直径硬岩潜孔锤钻进技术有以下几种：

1、大直径湿式反循环潜孔锤。该潜孔锤能有效提高大直径硬岩层的钻进效率。但该潜孔锤需要配套使用专用的三通道钻杆（石油天然气钻井领域很难采用该类钻杆进行钻井），且需要泥浆的液柱压力辅助排砂。

2、正循环集束式潜孔锤。该类潜孔锤由多个小直径的正循环潜孔锤组成。正循环集束式潜孔锤，所需气量大，设备占用多，排砂效果较差，国内应用较少。

3、反循环集束式潜孔锤。如公开号为CN203531746U，公开日为2014年4月9日的中国专利文献公开了一种集束式反循环气动潜孔锤，包括配气室、筒体围裙以及贯穿配气室和筒体围裙的中心管；筒体围裙和中心管之间至少设置一层组合子锤，且组合子锤由若干设置在中心管周向上的潜孔锤组成；中心管通过管壁上的进气孔与配气室相连通；配气室分别与潜孔锤中的活塞气缸与相连通；筒体围裙底部设有套在中心管和潜孔锤上的底唇挡板，其上设有若干吸渣口，吸渣口通过吸渣管与中心管相连通，中心管内设有内管，且内管的两端与中心管相连通。该实用新型的潜孔锤能够同时冲击作功，高效钻进，实现反循环钻进，适用于大口径含水层的空气高效钻进，克服了正循环钻进在遇到含水层时，钻进过程中循环介质携带岩粉能力差，孔内存在安全隐患，无法快速钻进的缺陷。

但该类潜孔锤由多个小直径的正循环潜孔锤组成，但驱动潜孔锤的气体通过专门的气路排至地表，不会直接排放至井底参与携岩。该潜孔锤的排砂方式是泵吸反循环，需要使用特制三通道钻杆，并且须要配合使用泥浆、砂石泵。

实用新型内容

本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种大尺寸井眼用反循环空气锤锤体结构，该反循环空气锤结构可提供450mm~700mm直径井眼冲击旋转钻井破岩所需要的冲击能。采用本实用新型的反循环空气锤，无需采用三通道钻杆，同时也不需要泥浆的液柱压力辅助排砂，结构简单，能提高钻井效率的同时节省气体钻井气量、设备使用量，减少设备占地面积额，节约综合成本。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种大尺寸井眼用反循环空气锤锤体结构，其特征在于：包括上接头、外缸、环式止回阀、中心排砂管、配气内缸、气动活塞和配气套，所述上接头和反循环空气锤的双壁转换短节通过丝扣连接，所述外缸通过螺纹与反循环空气锤的防脱落钎头的花键套连接，配气内缸、配气套和防脱落钎头的卡环依次座在花键套上，气动活塞位于配气内缸和配气套形成的空腔内，中心排砂管上端与双壁换接头内管下端插接，中间大径段压入配气内缸中，下端插入防脱落钎头的钎头本体上端，中心排砂管和上接头之间装有环式止回阀。

环式止回阀由阀板和弹簧构成，阀板上有密封槽，内置O型密封圈，阀板通过O型密封圈与上接头内收缩面配合实现密封。

所述弹簧为碳素弹簧钢丝。

所述配气内缸中部位置径向均匀开设多个进气孔道。