一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器、旋冲钻具制造技术

本发明专利技术提供了一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器、旋冲钻具，该轴向冲击器包括位于壳体总成内的芯轴，芯轴的上端固定连接叶轮，芯轴穿设于与壳体总成固定连接的衬管，衬管外滑动套接活塞冲锤。活塞冲锤的内表面开设有与上活塞腔连通的上环形导流腔和与下活塞腔连通的下环形导流腔，衬管开设有与上环形导流腔连通的上过流孔和与下环形导流腔连通的下过流孔，芯轴内部的中心孔与叶轮连通，芯轴的外表面开设有贯通至中心孔的上排液孔和延伸至下端面的第一排液槽，以及贯通至中心孔的下排液孔和延伸至下端面的第二排液槽。本发明专利技术提供的轴向冲击器整体压降较小，结构强度更高，能够实现高频轴向机械冲击作用，并且还可以与现有动力工具配合使用。动力工具配合使用。动力工具配合使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器、旋冲钻具


[0001]本专利技术涉及油气勘探、地质勘探、地热井开发
，特别是涉及一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器、旋冲钻具。

技术介绍

[0002]随着油气勘探逐渐向复杂储层迈进，深井、超深井的比例逐渐增加，钻遇复杂性“三高地层”(硬度高、可钻性级值高、研磨性高)几率越来越多，严重影响了深部硬地层机械钻速和钻井成本。如何提高坚硬、可钻性差的难钻地层机械钻速，是困扰钻井领域的一项技术难题。
[0003]旋冲钻井技术通过给回转切削的钻头施加轴向冲击力，使得钻头齿下的岩石产生应力集中，降低岩石弹性变形，加速岩石损伤效应，迅速形成脆性破碎坑和“跃进式”进尺的效果，从而达到提高坚硬地层机械钻速的目的。
[0004]目前研制出的轴向冲击工具有射流式冲击器、自激振荡冲击器、阀式冲击器等，虽然通过现场应用取得了一定的效果，但也存在一些技术不足，比如：射流式冲击器整体压降高，造成与现有动力工具兼容性较差；自激振荡冲击器依靠液力振荡产生的冲击能量不足，造成提速效果弱；阀式冲击器若停止工作，则内部流道将处于封闭状态，造成钻井液无法正常循环。因此，迫切需要研发一种新型轴向冲击工具，使得整体压降较小，结构强度更高，能够实现高频轴向机械冲击作用，并且还可以与现有动力工具配合使用。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器、旋冲钻具，该轴向冲击器整体压降较小，结构强度更高，能够实现高频轴向机械冲击作用，并且还可以与现有动力工具配合使用。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器，包括位于壳体总成内的芯轴，所述芯轴的上端固定连接叶轮，所述芯轴穿设于与所述壳体总成固定连接的衬管，所述衬管外滑动套接活塞冲锤；
[0008]所述活塞冲锤的内表面开设有上环形导流腔和下环形导流腔，所述上环形导流腔通过所述活塞冲锤内的上导流孔与上活塞腔连通，所述下环形导流腔通过所述活塞冲锤内的下导流孔与下活塞腔连通；
[0009]所述衬管开设有与所述上环形导流腔连通的上过流孔和与所述下环形导流腔连通的下过流孔；
[0010]所述芯轴的内部设置有贯通至下端面的中心孔，所述中心孔的上端通过所述芯轴内的进液孔与所述叶轮连通，所述芯轴的外表面对应所述上过流孔的位置开设有贯通至所述中心孔的上排液孔和延伸至下端面的第一排液槽，所述芯轴的外表面对应所述下过流孔的位置开设有贯通至所述中心孔的下排液孔和延伸至下端面的第二排液槽；
[0011]当所述芯轴相对所述衬管旋转时，所述上排液孔和所述第一排液槽互斥性地与所述上过流孔导通，所述下排液孔和所述第二排液槽互斥性地与所述下过流孔导通，而且，当所述上排液孔与所述上过流孔导通时，所述第二排液槽与所述下过流孔导通，当所述第一排液槽与所述上过流孔导通时，所述下排液孔与所述下过流孔导通。
[0012]可选地，在上述轴向冲击器中，所述第一排液槽和所述第二排液槽为同一槽，且延伸方向与所述芯轴的轴线平行。
[0013]可选地，在上述轴向冲击器中，所述第一排液槽为多个，所述上过流孔和所述下过流孔均与所述第一排液槽数量相等，且三者均以第一旋转角为间距沿所述芯轴的周向均匀分布；所述上过流孔和所述下过流孔旋转错位，且错位角等于所述第一旋转角的一半。
[0014]可选地，在上述轴向冲击器中，所述中心孔的下端固定连接喷嘴。
[0015]可选地，在上述轴向冲击器中，所述叶轮为螺杆形，所述叶轮外套设与所述壳体总成固定连接的导流罩，所述导流罩的外表面开设有多个沿周向均匀分布的贯通至内表面的导流孔。
[0016]可选地，在上述轴向冲击器中，各个所述导流孔均相对于所述导流罩的径向偏斜设置，且偏斜方向一致。
[0017]可选地，在上述轴向冲击器中，所述导流孔与所述导流罩的内表面相切。
[0018]可选地，在上述轴向冲击器中，所述导流罩的顶部为锥形。
[0019]一种旋冲钻具，包括如上述任意一项所公开的基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的轴向冲击器具有如下有益效果：
[0021]1)能够产生高频轴向往复冲击力，增加冲击破岩能量，提高钻压传递效率和钻头破岩效率；
[0022]2)轴向冲击器内部钻井液流道任何时候均处于开路状态，整体压降较小，并且能够防止因动力机构或者冲击机构停止工作导致的流道封闭，保证钻井液循环流道畅通；
[0023]3)以旋转叶轮作为冲击机构的动力源，使得整个冲击效果不易受到钻井液压力波动影响，工作更平稳，性能更稳定，各零件使用寿命更长；
[0024]4)能够与涡轮或螺杆等动力钻具配合使用，且不会影响动力钻具大扭矩和高转速的能量输出，实现多种载荷作用下的协同提速。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例提供的基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器的示意图；
[0027]图2是图1中冲锤9处的放大示意图；
[0028]图3是图1中芯轴8的立体示意图；
[0029]图4是图1中的A
‑
A剖面图；
[0030]图5是图1中的B
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B剖面图；
[0031]图6是图1中的C
‑
C剖面图。
[0032]图中标记为：
[0033]1、上接头；2、上轴承；3、上壳体；31、环形过流腔；4、导流罩；41、导流孔；5、叶轮；51、工作腔；6、中接头；7、下轴承；
[0034]8、芯轴；81、进液孔；82、中心孔；83、上排液孔；84、排液槽；85、下排液孔；86、扇形凸块；
[0035]9、活塞冲锤；91、上环形导流腔；92、上导流孔；93、上活塞腔；94、下环形导流腔；95、下导流孔；96、下活塞腔；
[0036]10、衬管；101、上过流孔；102、下过流孔；11、喷嘴；12、下壳体。
具体实施方式
[0037]为了便于理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。
[0038]参见图1，本专利技术实施例提供了一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器，其主要包括三大部分：壳体总成、动力机构和冲击机构。壳体总成包括上接头1、上壳体3、中接头6和下壳体12，动力机构包括叶轮5，冲击机构包括芯轴8、活塞冲锤9和衬管10。
[0039]上壳体3上下两端通过螺纹分别与上接头1和中接头6外侧连接，下壳体12的上端通过螺纹与中接头6外侧连接，芯轴8位于壳体总成内，其外部结构如图3所示，芯轴8上部开设有四个进液孔81。芯轴8的上端通过螺纹与叶轮5固定连接，芯轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转叶轮驱动的轴向冲击器，其特征在于，包括位于壳体总成内的芯轴，所述芯轴的上端固定连接叶轮，所述芯轴穿设于与所述壳体总成固定连接的衬管，所述衬管外滑动套接活塞冲锤；所述活塞冲锤的内表面开设有上环形导流腔和下环形导流腔，所述上环形导流腔通过所述活塞冲锤内的上导流孔与上活塞腔连通，所述下环形导流腔通过所述活塞冲锤内的下导流孔与下活塞腔连通；所述衬管开设有与所述上环形导流腔连通的上过流孔和与所述下环形导流腔连通的下过流孔；所述芯轴的内部设置有贯通至下端面的中心孔，所述中心孔的上端通过所述芯轴内的进液孔与所述叶轮连通，所述芯轴的外表面对应所述上过流孔的位置开设有贯通至所述中心孔的上排液孔和延伸至下端面的第一排液槽，所述芯轴的外表面对应所述下过流孔的位置开设有贯通至所述中心孔的下排液孔和延伸至下端面的第二排液槽；当所述芯轴相对所述衬管旋转时，所述上排液孔和所述第一排液槽互斥性地与所述上过流孔导通，所述下排液孔和所述第二排液槽互斥性地与所述下过流孔导通，而且，当所述上排液孔与所述上过流孔导通时，所述第二排液槽与所述下过流孔导通，当所述第一排液槽与所述上过流孔导通时，所述下排液孔与所述下过流孔导通。...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘心，闫玉鹏，李帮民，李伟廷，梁应红，郭栋，
申请(专利权)人：中石化中原石油工程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，
类型：发明
国别省市：