钻井解卡液动高频强击器制造技术

本发明专利技术公开了一种钻井解卡液动高频强击器，包括阀总成、下击活塞总成、上击活塞总成、传力总成。本发明专利技术的钻井解卡液动高频强击器提供了钻井及连续油管钻磨中近钻头钻具解卡所需要的下压钻具高频向下冲击及上提钻井高频向上冲击，有利于松动因裸眼井壁垮塌造成卡钻情况，使得卡钻钻具及井壁之间的岩块快速的破碎和松动，特别适合旋转导向等大直径近钻头工具的解卡。

Hydraulic High Frequency Strong Hammer for Drilling De-stuck

【技术实现步骤摘要】
钻井解卡液动高频强击器
本专利技术涉及钻井解卡工具
，特别是涉及一种钻井解卡液动高频强击器。
技术介绍
在钻井或连续油管钻磨作业过程中，经常因为键槽、压差、掉块、岩屑沉积等原因造成卡钻。这一现象在页岩气钻井活动中尤为突出，在长水平段由于泥岩的敏感性问题易发生井壁坍塌，在钻具组合中的旋转导向和钻头部位极易发生阻卡卡钻。尤其是现阶段环保要求日益迫切，钻井泥浆逐渐从油基泥浆转向水基泥浆，这更加剧了上述钻井复杂事故的发生几率。一旦发生卡钻，目前采用的主要方式是利用随钻震击器进行上击或者下击，或者采用打捞震击器或地面震击器等，利用管柱弹性储能方式，产生较大的冲击动量。但是，根据现场统计来看，这种处理方式并不能有效的解决页岩气近钻头旋转导向和钻头的卡钻问题，落井风险较高。旋转导向是一种昂贵的机电液一体化工具，每年落井数量均较高经济损失巨大，也是制约目前页岩气向更长水平段发展的主要制约因素。对于向旋转导向这样的大直径近钻头工具来说，对井壁的要求非常高，一旦发生井壁失稳，形成卡钻，目前无论从调整泥浆性能到常规震击器手段等解卡难度较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钻井解卡液动高频强击器，是利用钻井液循环动力，驱动工具冲击机构，产生向上或者向下的强冲击力，提升或者下放钻具，可以改变冲击方向，通过钻井液循环驱动的双向高频冲击解卡工具。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体如下：钻井解卡液动高频强击器由四大总成组成：阀总成、下击活塞总成、上击活塞总成、传力总成。其中：阀总成主要由上接头、阀弹簧、阀座、阀头、阀杆等主要零件组成。下击活塞总成主要由上外筒、下击活塞、下击一级弹簧、下击二级弹簧、提升弹簧、支撑环一、限位环、撞击头等主要零件组成。上击活塞总成主要由中外筒、下外筒、中间接头、密封座、上击活塞、上击一级弹簧、上击二级弹簧、上击三级弹簧、上击四级弹簧、上芯轴、中芯轴、下芯轴、过渡接头、支撑环二、支撑环三、支撑环四、支撑环五组成；所述支撑环二位于上击一级弹簧下方；所述支撑环三位于上击二级弹簧下方；所述支撑环四位于上击三级弹簧下方；所述支撑环五位于上击四级弹簧下方。传力总成主要由防掉接头、扭力套、扭力销轴、传力接头、撞击头、下接头等主要零件组成。进一步的，下接头连接钻头或者打捞工具下入井中，接触井底或抓住落鱼后，下压钻具，钻井解卡液动高频强击器进入下冲击模式，下压钻具导致上击一级弹簧、上击二级弹簧、上击三级弹簧和上击四级弹簧压缩预紧，同时传力接头向上到达与扭力套接触的限位点。提拉钻具，本专利技术工具进入上冲击模式，提拉钻具导致上击一级弹簧、上击二级弹簧、上击三级弹簧和上击四级弹簧压缩预紧，同时防掉接头向下到达与扭力套接触的限位点。进一步的，下压工具本专利技术工具处于下冲击模式后，开泵，泵注的泥浆等液体，这样会导致所述阀总成中的阀杆坐落在下击活塞总成的活塞密封座后，形成液压密封，阻断流体通过上击活塞总成，导致液压迅速升高，在这一高压流体作用下，迫使下击活塞总成向下高速运动，直至下击活塞总成的下击活塞阀头与上击活塞总成的密封座碰撞，并形成液压密封，阻断流体通过下击活塞总成，导致液压迅速进一步升高，在这一高压流体作用下下击活塞总成与上击活塞总成一同向下高速运动。而与此同时阀杆向下运动到底限位点，不再继续向下移动，阀杆脱离活塞密封座，但这并不会导致液体泄漏，因为下击活塞阀头与上击活塞总成的密封座并未脱离，依然保持着密封状态。上述下击活塞总成与上击活塞总成连动运动并未停止，这一运动使得上击活塞总成的撞击头与下接头发生向下撞击动作，实现向下冲击的动作。发生撞击后，泵压持续升高，迫使上击活塞总成继续推动下接头向下移动一个微小的距离，此时上击活塞总成运动到限位点，不再继续向下运动，这样导致下击活塞阀头脱离上击活塞总成的密封座，在下击一级弹簧和下击二级弹簧以及提升弹簧的共同作用下，阀总成迅速回弹，高速向上运动。同时也导致泄压动作，泵注的液体迅速从上击活塞总成内部泄出，液压突降也导致上击一级弹簧、上击二级弹簧、上击三级弹簧和上击四级弹簧回弹，并推动上击活塞总成高速向上运动，直至撞击头的向上撞击端面撞击传力接头，完成向上冲击的动作，但上冲击动作会受到钻压的影响而削弱。上述动作完成后，工具各个部件重新恢复到初始状态，上述动作会重复进行，调整泵排量，可改变冲击频率。当然，上述的上击活塞总成回弹速度不能超过下击活塞总成回弹速度，否则，一旦上击活塞总成的密封座追击上下击活塞阀头，会重新形成液压密封，并导致重新开始向下运动的行程。控制上击活塞总成和下击活塞总成的回弹速度，需要精确设计弹簧的弹力和各个组成零件的重量，甚至考虑液体流动节流摩阻等因素。进一步的，提拉钻具本专利技术工具进入上冲击模式后，开泵，泵注的泥浆等液体，这样会导致所述阀总成中的阀杆坐落在下击活塞总成的活塞密封座后，形成液压密封，阻断流体通过上击活塞总成，导致液压迅速升高，在这一高压流体作用下，迫使下击活塞总成向下高速运动，直至下击活塞总成的下击活塞阀头与上击活塞总成的密封座碰撞，并形成液压密封，阻断流体通过下击活塞总成，导致液压迅速进一步升高，在这一高压流体作用下下击活塞总成与上击活塞总成一同向下高速运动。而与此同时阀杆向下运动到底限位点，不再继续向下移动，阀杆脱离活塞密封座，但这并不会导致液体泄漏，因为下击活塞阀头与上击活塞总成的密封座并未脱离，依然保持着密封状态。上述下击活塞总成与上击活塞总成连动运动并未停止，这一运动使得上击活塞总成运动到限位点，不能再继续向下运动，这样导致下击活塞阀头脱离上击活塞总成的密封座，在下击一级弹簧和下击二级弹簧以及提升弹簧的共同作用下，阀总成迅速回弹，高速向上运动。同时也导致泄压动作，泵注的液体迅速从上击活塞总成内部泄出，液压突降也导致上击一级弹簧、上击二级弹簧、上击三级弹簧和上击四级弹簧回弹，并推动上击活塞总成高速向上运动，直至撞击头的向上撞击端面撞击传力接头，完成向上冲击的动作，由于钻具处于提拉状态，上冲击力会有效的作用在下接头所连接的钻具上。上述动作完成后，工具恢复到初始状态，上述动作会重复进行，调整泵排量，可改变冲击频率。进一步的，扭力套上设计有花键槽，扭力销轴套接在花键槽内，此花键槽可以是直槽，也可以是螺旋槽，这样一方面可以为本专利技术工具旋转式，为下接头提供扭矩，另一方面当本专利技术工具处于下冲击模式时，当受到下冲击使得下接头微小的向下位移时，螺旋槽可以迫使下接头产生扭向冲力，有意义的结果是具备旋冲功能。进一步的，提升弹簧的作用是提供更大的弹性行程，确保下击活塞总成的密封座能接触并有效的给予阀杆足够的密封预紧力。进一步的，提升弹簧的作用是使得上下布置的弹簧具备了弹力并联能力，总的弹力是每个弹簧弹力的总和。针对复杂结构和复杂地质条件井钻井过程中近钻头大直径钻具卡钻的特点，本专利技术提供一种钻井解卡液动高频强击器，其技术优点在于：本专利技术可通过循环钻井液或其他液体方式实现高频的向上或者向下冲击力，有助于快速松动和破碎卡钻掉块岩石。使用过程简化为井口上提或者下放钻具，循环钻井液，并且可以随时切换上冲击或者下冲击的模式这一功能在钻井解卡中有显著的实用意义，一方面与几分钟才能激发一次的震击器相比，本专利技术的工具每秒钟震击2-20次，显著节省了作业时间提高工作实效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井解卡液动高频强击器，其特征在于：包括阀总成、下击活塞总成、上击活塞总成、传力总成。

【技术特征摘要】
1.一种钻井解卡液动高频强击器，其特征在于：包括阀总成、下击活塞总成、上击活塞总成、传力总成。2.根据权利要求1所述的钻井解卡液动高频强击器，其特征在于：所述阀总成由上接头(1)、阀弹簧(2)、阀座(3)、阀头(4)、阀杆(5)组成；所述下击活塞总成由上外筒(6)、下击活塞(7)、下击一级弹簧(8)、下击二级弹簧(11)、提升弹簧(9)、支撑环一(10)、限位环(35)、下击活塞阀头(12)组成；所述上击活塞总成由中外筒(13)、下外筒(23)、中间接头(22)、密封座(14)、上击活塞(15)、上击一级弹簧(16)、上击二级弹簧(19)、上击三级弹簧(24)、上击四级弹簧(27)、上芯轴(18)、中芯轴(21)、下芯轴(28)、过渡接头(26)、支撑环二(17)、支撑环三(20)、支撑环四(25)、支撑环五(36)组成；所述支撑环二(17)位于上击一级弹簧(16)下方；所述支撑环三(20)位于上击二级弹簧(19)下方；所述支撑环四(25)位于上击三级弹簧(24)下方；所述支撑环五(36)位于上击四级弹簧(27)下方；所述传力总成由防掉接头(29)、扭力套(30)、扭力销轴(31)、传力接头(32)、撞击头(33)、下接头(34)组成。3.根据权利要求2所述的钻井解卡液动高频强击器，其特征在于：当下接头(34)连接钻头或者打捞工具，下压钻具，钻井解卡液动高频强击器进入下冲击模式，下压钻具使得上击一级弹簧(16)、上击二级弹簧(19)、上击三级弹簧(24)和上击四级弹簧(27)压缩预紧，同时传力接头(32)向上到达限位，与扭力套(30)接触。4.根据权利要求2所述的钻井解卡液动高频强击器，其特征在于：钻井解卡液动高频强击器进入上冲击模式时，提拉钻具使得上击一级弹簧(16)、上击二级弹簧(19)、上击三级弹簧(24)和上击四级弹簧(27)压缩预紧，同时防掉接头(29)向下到达限位，与扭力套(30)接触。5.根据权利要求2所述的钻井解卡液动高频强击器，其特征在于：钻井解卡液动高频强击器处于下冲击模式时，开泵，泵注工作液，在初始状态时，提升弹簧(9)将下击活塞(7)的活塞密封座(102)提升顶住阀杆(5)，并迫使阀弹簧(2)压缩，阀头(4)被受到阀弹簧(2)预紧的阀座(3)的坐落密封，这样会导致所述阀总成中的阀杆(5)的下端坐落在下击活塞总成的活塞密封座(102)上，封堵住过流通道(103)，从而对下击活塞(7)形成液压密封，阻断流体通过下击活塞总成，下击活塞(7)受到下击一级弹簧(8)、下击二级弹簧(11)的支撑，形成定压阀机构，使得管柱内的泵压迅速升高；在高压流体作用下，迫使下击活塞(7)向下高速运动，直至下击活塞阀头(12)与上击活塞总成的密封座(14)碰撞，并形成液压密封，阻断流体通过上击活塞(15)，导致液压进一步升高，在这一高压流体作用下下击活塞总成与上击活塞总成一同向下高速运动；同时阀杆(5)向下运动到底限位点，不再继续向下移动，阀杆(5)脱离活塞密封座(102)；泵压持续升高，迫使上击活塞(15)继续推动下接头(34)向下移动一段距离，或者根据液压的反方向作用力，克服钻压上顶上接头(1)向上移动一段距离；移动的距离达到设定行程后，下击活塞(7)运动到限位点，位置在限位台阶(104)处，不能再继续向下运动，导致下击活塞阀头(12)脱离上击活塞总成的密...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑松鹤，谢巍，孙威，李海峰，李公可，王祝，王健，
申请(专利权)人：弗润联科北京石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11