[其他]石油钻井双作用液力冲击器

说明书

本发明是一种石油钻井井下工具。

冲击回转技术已在地质岩心钻探中广泛应用并取得很高的经济效益（参见附件1：1981年10月中国地质学会探矿工程委员会《冲击回转钻井技术专题报告讨论会集锦》）冲击器在石油钻井中应用的研究工作国外已经取得了许多进展。目前国外的石油钻井冲击器《钻井震击器》所述的（1984年第五期《油气田开发工程译丛》，译自《ЬУРЕНИЕ》1983.№.2）一般有一带活塞的空心冲锤，其上部有一轴向滑阀或端面活阀，泥浆通过冲锤和冲锤下部接头的砧子中心流至钻头。冲锤上的弹簧迫使锤接触阀，关闭冲锤中心流道，在上部泥浆压力作用下冲锤连同阀高速下行，冲击砧子及钻头，这阀由于行程限位机构先打开并在弹簧作用下上行回复原位，继而冲锤在砧子反弹和弹簧力作用下上行至阀处，开始上下往复运动，产生了钻头的高频冲击。这些冲击器的不足之处是由于单作用需使用弹簧，液能转换效率低，弹簧在化学成分复杂的泥浆中高频振动易氢脆、断裂。活塞一般采用常规密封件，在高速运动条件下，强度低、寿命短，冲孔时需减小排量，否则会产生不必要的冲击。本发明的目的是：提高冲击器液能转换效率，取消弹簧，改善钻头喷嘴流束状况。

本发明的活阀（3）为双作用式，其上方的低压腔（15）与井壁环形空间连通，活阀（3）把内腔和低压腔隔开。位于活阀（3）下方的冲锤（12）上部背向装着两个上小下大的活塞（7）、（11）两活塞（7）、（11）间的低压腔（17）与井壁环形空间相通。冲锤（12）下面的砧子（14）与外筒（1）以花键联接，转盘扭矩及冲锤（12）冲击力均由砧子（14）传给钻头。

本工具是在泥浆条件下工作的。在一定排量下，通过钻头喷嘴的泥浆在高压腔（16）与外形环形空间之间造成一定压力差。由于上、下活塞（7）（11）面积上小下大，该压差在上、下活塞（7）、（11）上造成的推力也是上小下大，两力之合力方向向上，迫使冲锤（12）上行（上返行程S_返），直至冲锤（12）上端面与活阀（3）下端面闭合。这时泥浆流被阻断，钻头喷嘴压降骤然下降。而上活塞（7）上部空腔的压力由于水击作用猛然上升，巨大的推力使活阀（3）及冲锤（12）疾速下行（快速行程S_快）。当活阀（3）下行一段距离受到活阀限位套（6）阻止时，两闭合面打开泥浆流道畅道，快速行程结束，活阀（3）在高压腔（16）与井壁环空压差的作用下迅速上返至上死点，冲锤（12）由于惯性作用下继续下行数毫米（自由行程S_自，与快速行程S_快合为工作行程S_I），以较大的动能冲击砧子（14），砧子（14）把冲击力传给钻头，完成了一次冲击动作。砧子（14）的反弹和泥浆压差作用使冲锤（12）又一次上行，不停地往复运动，使钻头产生高频冲击。

与国外现有的石油钻井液力冲击器的不同点是：本工具的活阀和冲锤均采用双作用形式，其它特点如下：

上、下活塞（7）、（11）采用类似于活塞式钻井泥浆泵上普遍采用的带有护环（8）、（10）的大皮碗组合式活塞，耐高温、耐磨、寿命长、工作可靠。上活塞（7）直径90～120mm，下活塞直径110～114mm，上、下面积比取0.5～0.65。活塞皮碗材料可采用耐油、耐高温的中高硬丁晴橡胶，活塞（7）、（11）用压板、卡簧或螺帽或其它方式固定。上活塞皮碗内孔取φ70mm左右，下活塞皮碗取φ90mm左右。为了便于安装下活塞，可将冲锤分为两体，上一部分安装上、下活塞，与冲锤（12）主体通过锥面或螺纹联接。

活阀（3）和活阀配合之表面应进行硬化处理，其上密封圈采用Y型或V型。活阀杆直径应在φ20～φ40之间。为了减轻质量活阀（3）可做成空心的。必要时也可加入弹簧将阀做成单作用式，可省去密封。活阀（3）下端面有效直径应大于φ30，以便与冲锤上端面较好地接触闭合。

冲锤限位套（13）与砧子（14）用螺纹连接，并套装在冲锤上，套的上部有一向内凸起的台阶，其直径小于冲锤（12）下部凸台外接圆直径。当砧子（14）相对外筒下行超过约10mm时限位套凸台接触冲锤上的凸台，将冲锤拉下。冲锤限位套（13）的作用是在冲孔钻头离井底时，泥浆压力将砧子（14）压下，冲锤限位套（13）拉住冲锤（12）使其上端面无法和活阀（3）下端面接触，从而不产生冲击，避免了不必要的能量损失和零件磨损。