一种射流式三维复合冲击器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种射流式三维复合冲击器，包括上接头、碟簧、压盖、射流元件、导流块、摆锤、上壳体、下壳体、换向器、内筒、冲锤、喷嘴、喷嘴底座、下接头；摆锤在射流元件调控作用下，产生周期性转动并与下壳体发生接触碰撞产生扭转冲击力，摆锤在转动过程中带动换向器旋转，进而驱动冲锤产生与摆锤转动频率相同周期性上下往复运动，并与下接头发生接触碰撞产生轴向冲击力。本实用新型专利技术提供的射流式三维复合冲击器能够产生频率相同的扭转冲击和轴向冲击力，有利于提高破岩能量、改善破岩环境。

A Jet Type Three-Dimensional Compound Impactor

The utility model discloses a jet type three-dimensional composite impactor, which comprises an upper joint, a disc spring, a pressure cap, a jet element, a diversion block, a pendulum, an upper shell, a lower shell, a commutator, an inner cylinder, a hammer, a nozzle, a base of the nozzle and a lower joint; under the control of the jet element, the pendulum produces periodic rotation and a contact impact force with the lower shell, and the pendulum hammer produces a torsional impact force. In the process of rotation, the commutator is driven to rotate, and then the hammer is driven to produce periodic upward and downward reciprocating motion with the same rotating frequency as the pendulum, and the contact collision with the lower joint produces the axial impact force. The jet type three-dimensional composite impactor provided by the utility model can generate torsional impact and axial impact with the same frequency, which is beneficial to improving rock breaking energy and environment.

【技术实现步骤摘要】
一种射流式三维复合冲击器
本技术涉及油气勘探、地质勘探、地热井开发
，特别涉及一种射流式三维复合冲击器。
技术介绍
随着油气勘探开发逐渐向深部、深海和山前构造带拓展，深井、超深井、定向水平井比例越来越高。与此同时，由于岩石在深层、大围压作用下力学参数明显增大、可钻性和研磨性增强，造成在钻进深层、大围压地层时常常遇到机械钻速慢、行程进尺短、钻头消耗量大等瓶颈。为了解决上述难题，在不增加地面机泵设备条件下，通过在钻头上方设置辅助破岩工具，以求达到合理利用并转化泥浆水力能量来达到增加钻头破岩能量、降低破岩阻力的理念和方式正在逐渐被广泛接受。因此，国内外相关企业和学者都在开展不同类型的辅助破岩工具研发工作。而以射流元件为核心控制单元的近钻头辅助破岩工具在近几年不断出现，这其中又以射流式液动锤和射流式扭冲工具为代表，但二者在应用过程中也反映出一些不足和缺陷，比如：射流式液动锤主要是依靠冲锤上下往复运动产生单一轴向冲击力，没有扭转冲击功能，从而常常出现在提高破岩能量的同时无法有效改善破岩环境，导致钻头提前失效、降低行程进尺的情况；而射流式扭冲工具则正好相反，其主要是依靠摆锤来回转动产生单一扭转冲击力，没有轴向冲击功能，这就造成在改善钻头破岩环境同时无法大幅提高破岩能量，导致提速效果不明显的情况。因此，迫切需要研发一种能够同时产生扭转冲击力和轴向冲击力的新型射流式辅助破岩工具，以满足深井、超深井钻井施工中提速降本的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种射流式三维复合冲击器，能够产生频率相同的扭转冲击和轴向冲击力，从而使钻头实现三维复合冲击作用下的立体式破岩效果，提高高研磨性硬地层破岩能量，改善破岩环境，消除钻头粘滑现象。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种射流式三维复合冲击器，其特征在于，包括：射流元件、摆锤、上壳体、下壳体、换向器、内筒、冲锤、喷嘴、喷嘴底座和下接头；所述射流元件安装在所述上壳体内；所述射流元件内部设有中心腔、左排液道、右排液道、左信号道和右信号道；所述射流元件和所述上壳体之间形成有下排液腔和上排液腔，所述左排液道与所述下排液腔连通，所述右排液道与所述上排液腔连通；所述下壳体连接于所述上壳体下方；所述下壳体上半部分内部设有左液流道和右液流道，所述中心腔的左输出道连通所述左液流道，右输出道连通所述右液流道；所述下壳体中部内设有上排液道和下排液道；所述摆锤装配在所述下壳体内，并在两者之间形成左前工作腔和右前工作腔，且所述左前工作腔和所述右前工作腔分别位于所述摆锤周向的两侧；所述左前工作腔连通所述左液流道，所述右前工作腔连通所述右液流道；所述换向器装配在所述下壳体内，并在两者之间形成环形过流腔，所述上排液道将所述上排液腔与所述环形过流腔连通，所述下排液道将所述下排液腔与所述环形过流腔连通；所述换向器上端设有中心过流腔和过流孔，所述中心过流腔与所述环形过流腔之间通过所述过流孔连通；所述换向器中部设有上液流道、下液流道和扇形排液道；所述换向器通过传动面与所述摆锤连接；所述内筒套设在所述换向器外侧，所述内筒设有上过流道和下过流道；所述冲锤套设在所述内筒和所述下壳体之间，所述冲锤设有上液流腔和下液流腔，所述中心过流腔、所述上液流道、所述上过流道和所述上液流腔依次连通，所述中心过流腔、所述下液流道、所述下过流道和所述下液流腔依次连通；所述上液流腔通过所述上过流道连通所述扇形排液道，所述下液流腔通过所述下过流道连通所述扇形排液道；所述喷嘴通过所述喷嘴底座装配在所述下壳体内，所述喷嘴连通所述中心过流腔；所述喷嘴底座设有排液孔和中心排液腔，所述排液孔将所述中心排液腔和所述扇形排液道连通；所述下接头固定连接于所述下壳体下端，所述下接头的上端面与所述冲锤的下端面相对。优选的，所述摆锤和所述下壳体之间还形成有左后工作腔和右后工作腔，所述左后工作腔和所述右前工作腔位于所述摆锤周向的同侧，所述右后工作腔和所述左前工作腔位于所述摆锤周向的同侧；所述摆锤中设有第一过流道和第二过流道，所述第一过流道将所述右前工作腔与所述左后工作腔连通，所述第二过流道将所述左前工作腔与所述右后工作腔连通。优选的，所述过流孔的数量为多个。优选的，多个所述过流孔沿周向均匀分布。优选的，所述上液流道和所述下液流道均为两个，且圆周均匀布置。优选的，所述上过流道和所述下过流道均为两个，且圆周均匀布置。优选的，还包括导流块，所述导流块安装在所述上壳体内，位于所述射流元件和所述下壳体之间；所述导流块设有左侧孔道和右侧孔道，所述左侧孔道连通所述左液流道和所述中心腔的左输出道，所述右侧孔道连通所述右液流道和所述中心腔的右输出道。优选的，还包括上接头、碟簧和压盖，所述压盖插入所述上接头内侧通孔中，所述碟簧装配在所述上接头与所述压盖之间，所述压盖下端面与所述射流元件上端面接触配合。优选的，所述内筒上端通过螺纹与所述下壳体内侧连接，所述内筒下端通过螺纹与所述下接头内侧连接。优选的，所述喷嘴底座下端插入所述下接头通孔内侧，所述喷嘴底座上端面与所述换向器下端面接触配合。根据上述技术方案可知，本技术提供的射流式三维复合冲击器，一方面通过射流元件控制摆锤在下壳体上端内部的周期性顺时针和逆时针转动，并与下壳体发生冲击碰撞产生扭转冲击力；另一方面摆锤在转动过程中带动换向器旋转，进而驱动冲锤在下壳体下端内部产生与摆锤扭转频率相同周期性上下往复运动，并与下接头发生冲击碰撞产生竖直向下冲击力。综上所述，与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：1、本技术能够同时产生扭转冲击力和轴向冲击力，从而具备三维复合冲击功能，其中扭转冲击减小钻头破岩时扭矩波动，改善钻头破岩环境，轴向冲击提高了钻头破岩能量；从而，填补现有射流式辅助破岩工具只能产生单一轴向冲击或者单一扭转冲击的空白；2、本技术产生的扭转冲击和轴向冲击具有相同冲击频率，通过调节钻井液排量和泵压即可实现二者冲击频率的同步调节，且避免由于扭转冲击频率与轴向冲击频率不同而产生的破岩能量传递过程中的干涉现象；3、本技术内部钻井液流道一直处于开路状态，能够避免由于冲击器停止工作导致的钻井液流道堵塞现象，保证钻井液在井下循环流道畅通；4、本技术能够与涡轮或螺杆等动力钻具配合使用，在不影响动力钻具输出的扭矩和转速传递的同时，增加三维复合冲击载荷，因此应用本技术可以实现在深井、超深井钻井施工的提速提效、缩短钻井周期。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的射流式三维复合冲击器的结构示意图；图2为沿图1中A-A截面的剖视结构示意图；图3为沿图1中B-B截面的剖视结构示意图；图4为沿图1中C-C截面的剖视结构示意图；图5为沿图1中D-D截面的剖视结构示意图；图6为沿图1中E-E截面的剖视结构示意图；图7为沿图1中F-F截面的剖视结构示意图；图8为沿图1中G-G截面的剖视结构示意图；图9为本技术实施例提供的喷嘴底座的三维剖面结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射流式三维复合冲击器，其特征在于，包括：射流元件(4)、摆锤(6)、上壳体(7)、下壳体(8)、换向器(9)、内筒(10)、冲锤(11)、喷嘴(12)、喷嘴底座(13)和下接头(14)；所述射流元件(4)安装在所述上壳体(7)内；所述射流元件(4)内部设有中心腔(41)、左排液道(42)、右排液道(43)、左信号道(44)和右信号道(45)；所述射流元件(4)和所述上壳体(7)之间形成有下排液腔(71)和上排液腔(72)，所述左排液道(42)与所述下排液腔(71)连通，所述右排液道(43)与所述上排液腔(72)连通；所述下壳体(8)连接于所述上壳体(7)下方；所述下壳体(8)上半部分内部设有左液流道(81)和右液流道(82)，所述中心腔(41)的左输出道连通所述左液流道(81)，右输出道连通所述右液流道(82)；所述下壳体(8)中部内设有上排液道(87)和下排液道(88)；所述摆锤(6)装配在所述下壳体(8)内，并在两者之间形成左前工作腔(83)和右前工作腔(84)，且所述左前工作腔(83)和所述右前工作腔(84)分别位于所述摆锤(6)周向的两侧；所述左前工作腔(83)连通所述左液流道(81)，所述右前工作腔(84)连通所述右液流道(82)；所述换向器(9)装配在所述下壳体(8)内，并在两者之间形成环形过流腔(91)，所述上排液道(87)将所述上排液腔(72)与所述环形过流腔(91)连通，所述下排液道(88)将所述下排液腔(71)与所述环形过流腔(91)连通；所述换向器(9)上端设有中心过流腔(93)和过流孔(92)，所述中心过流腔(93)与所述环形过流腔(91)之间通过所述过流孔(92)连通；所述换向器(9)中部设有上液流道(94)、下液流道(96)和扇形排液道(95)；所述换向器(9)通过传动面(15)与所述摆锤(6)连接；所述内筒(10)套设在所述换向器(9)外侧，所述内筒(10)设有上过流道(101)和下过流道(102)；所述冲锤(11)套设在所述内筒(10)和所述下壳体(8)之间，所述冲锤(11)设有上液流腔(111)和下液流腔(112)，所述中心过流腔(93)、所述上液流道(94)、所述上过流道(101)和所述上液流腔(111)依次连通，所述中心过流腔(93)、所述下液流道(96)、所述下过流道(102)和所述下液流腔(112)依次连通；所述上液流腔(111)通过所述上过流道(101)连通所述扇形排液道(95)，所述下液流腔(112)通过所述下过流道(102)连通所述扇形排液道(95)；所述喷嘴(12)通过所述喷嘴底座(13)装配在所述下壳体(8)内，所述喷嘴(12)连通所述中心过流腔(93)；所述喷嘴底座(13)设有排液孔(131)和中心排液腔(132)，所述排液孔(131)将所述中心排液腔(132)和所述扇形排液道(95)连通；所述下接头(14)固定连接于所述下壳体(8)下端，所述下接头(14)的上端面与所述冲锤(11)的下端面相对。...

【技术特征摘要】
1.一种射流式三维复合冲击器，其特征在于，包括：射流元件(4)、摆锤(6)、上壳体(7)、下壳体(8)、换向器(9)、内筒(10)、冲锤(11)、喷嘴(12)、喷嘴底座(13)和下接头(14)；所述射流元件(4)安装在所述上壳体(7)内；所述射流元件(4)内部设有中心腔(41)、左排液道(42)、右排液道(43)、左信号道(44)和右信号道(45)；所述射流元件(4)和所述上壳体(7)之间形成有下排液腔(71)和上排液腔(72)，所述左排液道(42)与所述下排液腔(71)连通，所述右排液道(43)与所述上排液腔(72)连通；所述下壳体(8)连接于所述上壳体(7)下方；所述下壳体(8)上半部分内部设有左液流道(81)和右液流道(82)，所述中心腔(41)的左输出道连通所述左液流道(81)，右输出道连通所述右液流道(82)；所述下壳体(8)中部内设有上排液道(87)和下排液道(88)；所述摆锤(6)装配在所述下壳体(8)内，并在两者之间形成左前工作腔(83)和右前工作腔(84)，且所述左前工作腔(83)和所述右前工作腔(84)分别位于所述摆锤(6)周向的两侧；所述左前工作腔(83)连通所述左液流道(81)，所述右前工作腔(84)连通所述右液流道(82)；所述换向器(9)装配在所述下壳体(8)内，并在两者之间形成环形过流腔(91)，所述上排液道(87)将所述上排液腔(72)与所述环形过流腔(91)连通，所述下排液道(88)将所述下排液腔(71)与所述环形过流腔(91)连通；所述换向器(9)上端设有中心过流腔(93)和过流孔(92)，所述中心过流腔(93)与所述环形过流腔(91)之间通过所述过流孔(92)连通；所述换向器(9)中部设有上液流道(94)、下液流道(96)和扇形排液道(95)；所述换向器(9)通过传动面(15)与所述摆锤(6)连接；所述内筒(10)套设在所述换向器(9)外侧，所述内筒(10)设有上过流道(101)和下过流道(102)；所述冲锤(11)套设在所述内筒(10)和所述下壳体(8)之间，所述冲锤(11)设有上液流腔(111)和下液流腔(112)，所述中心过流腔(93)、所述上液流道(94)、所述上过流道(101)和所述上液流腔(111)依次连通，所述中心过流腔(93)、所述下液流道(96)、所述下过流道(102)和所述下液流腔(112)依次连通；所述上液流腔(111)通过所述上过流道(101)连通所述扇形排液道(95)，所述下液流腔(112)通过所述下过流道(102)连通所述扇形排液道(95)；所述喷嘴(12)通过所述喷嘴底座(13)装配在所述下壳体...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘心，侯树刚，李伟廷，晁文学，杨玄，王旭明，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，中石化中原石油工程有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11