[实用新型]一种气体钻井用气液耦合冲压装置

说明书

本实用新型提供了一种气体钻井用气液耦合冲压装置，所述装置包括沿同一轴线固定连接的气动冲击器和往复泵，其中，所述往复泵包括泵缸筒、泵活塞、泵缸座和回程弹性件，泵缸筒与气动冲击器的外缸筒固定连接，泵活塞设置在泵缸筒内且泵活塞与活塞之间形成有供活塞与泵活塞碰撞的第一腔体，第一腔体与外界连通；泵缸座设置在泵缸筒中且泵缸座、泵活塞和泵缸筒之间形成第二腔体，第二腔体与吸排油通道连通；回程弹性件设置在第二腔体中且其两端分别作用在泵活塞和泵缸座上。本实用新型具有气动冲击器活塞与泵活塞独立运动、克服了两者刚性连接导致动作协调性差、气动冲击器活塞回程时受拖累的缺陷、能将压缩气体的压气能转变为液压油的压力能等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种气体钻井用气液耦合冲压装置，主要用于石油天然气气体钻井领域，属于气体钻井(钻探)工程技术领域。

背景技术

目前国内油气资源勘探难度越来越大，目标已转向低产、低压、低渗等难开采油气藏，其中包含大量水敏、盐敏、碱敏及碎屑岩地层，与钻井滤液作用后渗透率急剧降低，用常规钻井方法很难实现储层保护或发现新气藏。国内外实践经验表明，利用气体钻井技术更加有利于发现和保护油气层，而利用水平井可以增加单井控制面积，有效提高单井产量，延长稳产时间，还可减少耕地征用和环境污染，具有显著的经济效益。水平井与气体钻井技术的结合能最大限度地解放油气层，为发现和合理开发低压低渗油气藏开辟新径，然而两者的结合还缺乏一种专门用于气体钻井的井下动力钻具。

目前用于气体钻井的井下动力钻具有空气螺杆和自转式空气锤。空气螺杆由传统的泥浆螺杆钻具改进而来，螺杆钻具本身因钻井液不可压缩而具有硬的机械特性，正是因为这个优点才使得它广泛应用于定向和水平钻井，但由于气体可压缩导致螺杆马达原本具有的机械特性由“硬”变“软”了。尽管空气螺杆针对气体的可压缩性采取了一系列的结构优化和改进，基本能用于泡沫、充气钻井，但当循环介质为干气体和雾化时存在输出扭矩、转速受负载影响大、寿命短、马达易飞车等问题，可靠性严重缺乏。自转式空气锤采用旋转、冲击方式破岩，气体不仅要产生冲击功还要驱动钎头旋转，需要非常高的压力才能实现有效钻进，工作时受力状况恶劣，钻具整体寿命短，输出扭矩有限难以满足实用要求。由于缺乏可靠的井下动力钻具，因此气体钻井目前只能依靠转盘或者顶驱的力量驱动钻柱旋转，带动钻头破岩，无法滑动钻进控制轨迹。这种方式导致气体钻井只能用最原始的扶正器组合钻直井段、稳斜段和水平段，轨迹控制滞后且效率低下，造斜段根本无法钻进。通常做法是在直井段和稳斜段采用气体钻井提速、治漏，在造斜段则替浆转换为常规钻井，极大地限制了气体钻井技术的发展和应用。

中国专利文献CN104213829A公开了一种气体钻井井下动力钻具，它包括双作用压气动力短节、双作用液压动力短节、密闭循环式液驱马达和隔液排气传动短节。该工具通过双作用压气动力短节将气体能量转变为气动活塞的高频往复运动，气动活塞通过连杆将往复运动传递给液压柱塞。双作用液压动力短节依靠液压柱塞的往复运动和单向阀实现吸、排油，输出一定压力和流量的液压油以驱动螺杆马达做功。液压油在该钻具中密闭循环。然而，发明人经研究发现，该井下动力钻井存在如下不足：一是气动活塞与液压柱塞刚性连接，气动活塞工作状态受往复泵柱塞制约，而压气动力短节气动活塞回程动量远低于冲程动量，容易造成回程不畅或无法回程，压气动力短节难以持续工作。二是密闭循环式液驱马达采用螺杆马达型式，液压动力短节产生的液压油排量无法满足其要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本实用新型的目的在于提供一种气体冲击器活塞与液压泵活塞相对独立运动、联合运动协调性好，气动冲击器活塞回程不受限制的气液耦合冲压装置。