扭轉震擊器的製作方法

2023-06-01 08:10:16

專利名稱：扭轉震擊器的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油及天然氣鑽井井下工具，是一種連接在鑽柱組合中用於井 下震擊解卡的液壓式扭轉隨鑽震擊器。適用於包括定向井、水平井以及大位移 井等複雜工況在內的各種鑽井作業。
背景技術：
在現代石油鑽井過程中，由於地質構造複雜(如井壁坍塌、裸眼中地層的 塑性流動和擠壓)、技術操作不當(如停泵時間過長、鑽頭泥包等)等原因，常常 發生卡鑽事故。卡鑽對鑽井影響很大，造成的危害也很大。處理卡鑽事故輕者 浪費大量人力物力和時間，重者會造成油井的報廢，損失是很難估計的。液壓 式隨鑽震擊器是連接在鑽柱組合當中用於預防和處理卡鑽事故的一種井下工 具。當鑽具受阻被卡時，利用震擊器給卡點以向上或向下的震擊力，使卡點松 動，以達到解卡的目的。
震擊解卡技術己經在石油鑽井作業中使用很多年了。然而，在定向井、水 平井和大位移井中，震擊器震擊解卡的效果並不是太好，有時甚至不能震擊。 原因之一就是震擊器沒有復位或者震擊器已經損壞；另一個原因井深加深， 鑽柱和井壁的摩擦力越來越大，鑽柱的懸重越來越大，導致加到震擊器上面的 有效拉力越來越小，最終導致震擊器無法擊發或者即使擊發，震擊解卡效果也 不明顯。
現有液壓式隨鑽震擊器的工作原理如下當心軸受拉時，活塞上行，由於 活塞與缸體內壁形成密封，只允許少量液體通過，鑽柱在液體壓力作用下儲存 了一定的變形能。當活塞移動到釋放位置，這時液壓缸的上油腔和下油腔突然 連通，活塞移動的阻力急劇變小，活塞加速向上運動，震擊機構產生震擊。從 上面的工作原理可以看出，液壓式隨鑽震擊器動力源來源於司鑽。震擊力的大 小很大程度上依靠司鑽施加的提拉力，隨著井深的加深，加在震擊器上的有限 拉力越來越小。其不足之處為即使震擊器受很小的拉力也會產生震擊，所以 在鑽進、起下鑽、接單根或觸井底時常發生誤震；並且液壓式隨鑽震擊器在下 井之前必須使心軸呈完全拉開的狀態，而且還只能處於鑽柱受拉的部位。這些 不足都限制了液壓式隨鑽震擊器的使用範圍。
目前，國內各大油田使用的隨鑽震擊器主要來自於Weatherford、 Baker、Bowen、 NationalOilwell、 Rocan、 Cougar、貴州高峰機械廠、北京石油機械廠。 每個廠家都開發設計了一系列的液壓式隨鑽震擊器，但是基本上沒有扭轉震擊 器(特別是國內的生產廠家)。進入21世紀，我國的石油工業進入了一個飛速發 展的階段，具有複雜工況的複雜井與日俱增，而目前所使用的隨鑽震擊器的不 足也在不斷的顯現，現在就急需一種新型的隨鑽震擊器來彌補現有震擊器的不 足。在這種狀況下，研究扭轉震擊器是很有必要的。

發明內容
本發明目的是提供一種扭轉震擊器，用於解決現有震擊器的不足提高震 擊解卡效率。
本發明解決其技術問題所要採用的技術方案是(1)將圓柱形(或錐形)活塞 設計為帶有螺旋槽的圓柱形活塞，將下連接筒的下油腔內表面同樣設計為與之 相配合的螺旋形槽；當井下發生卡鑽事故需要解卡時，提拉鑽柱，活塞在震擊 器內產生螺旋運動，使被卡鑽具產生拉伸和扭轉變形，通過對卡點處實施強烈 的向上震擊力，使卡點鬆動，以達到迅速解卡的目的。(2)在活塞底部均勻分布 2個凹槽，在每個凹槽的頂部各有1個油道，允許液壓油通過。(3)在衝管的接 頭端面上均勻分布2個凸臺，與活塞底部的凹槽相配合，用於傳遞扭矩。
本發明由扭矩傳遞機構、機械鎖定機構、震擊機構及液壓延時機構組成。 扭矩傳遞機構花鍵心軸上的公花鍵與花鍵筒上的母花鍵配合，花鍵筒依次與 中連接筒、下連接筒和下接頭筒相連。機械鎖定機構鎖定機構由兩個安全件
組成，按180度的角度均勻裝在花鍵心軸和花鍵筒之間，每個安全件形如啞鈴，
兩端各有一個圓柱形頭部，中間的柄上帶有一段預先調定好的可斷區，將安全
件放入相應的槽中，而後用開口環將頭部擋住。震擊機構活塞裝在活塞軸上， 活塞軸與延長心軸以螺紋相連，中連接筒和下連接筒以螺紋相連。液壓延時機 構的活塞裝在活塞軸上，活塞軸與衝管以螺紋連接，下連接筒和下接頭筒用螺 紋連接。
本發明的優點就是(l)當震擊解卡時，鑽柱產生扭轉，沿著鑽柱作用的拉 力將轉變成扭矩，扭矩可用於抵消鑽柱和井壁之間的摩擦力，在相同的大鉤載 荷下，就有更多的有效拉力作用于震擊器上，因此震擊力明顯增大，震擊效率 明顯提高。(2)扭轉震擊器允許鑽柱發生扭轉(特別是上部鑽柱)，減小了鑽柱與 井壁之間的摩擦力，提高鑽井液攜帶巖屑的能力，加大淨化井眼的能力。(3)機械鎖定機構的設置，使得扭轉震擊器較自由地組合在鑽具中，無論是在受拉、 受壓還是在中和點都可以連接扭轉震擊器，扭轉震擊器的使用範圍擴大了。


圖l扭轉震擊器的結構簡圖，
圖2活塞剖面圖，
圖3活塞立體圖，
圖4衝管剖面圖，其中
1花鍵心軸
2花鍵筒
3中連接筒
4下連接筒
5下接頭筒 '
6延長心軸
7活塞軸
8活塞
9衝管
10刮油環
11擋圈
12 0型密封圈
13密封環
14油堵孔
15 0型密封圈
16 0型密封圈
17 Y型密封圈
18 0型密封圈
19 0型密封圈
20 0型密封圈 21組合密封
22 0型密封圈
23 0型密封圈24組合密封 25凹槽 26油道 27油道 28凸臺
具體實施例方式
下面結合附圖1說明本發明的
具體實施例方式將花鍵筒2緊固到拆卸機的車
床(或虎鉗)上，安裝兩個密封環13，加少量油到兩個0型密封圈上12，並將每 個0型密封圈以及兩個擋圈11安裝到密封套內，安裝刮油環10，並輕覆一層油 膜到花鍵筒密封總成內側。潤滑花鍵心軸1的花鍵和鍍鉻面，將花鍵心軸1的 公扣端插入花鍵筒2，確保不損傷到花鍵和密封件，轉轉花鍵心軸l，直到花鍵 心軸1的外花鍵和花鍵筒2的內花鍵相嚙合。將0型密封圈16裝在花鍵心軸1 下部的槽內，並在其公扣上塗抹防粘劑，用套筒工具將延長心軸6上緊至規定 的扭矩值。在延長心軸6下部的槽內裝入0型密封圈19，並將Y型密封圈17、 0型密封圈18裝在活塞軸7上端的槽內，然後用套筒工具將延長心軸6和活塞 軸7連接在一起並上緊至規定的扭矩值。將0型密封圈15安裝在花鍵筒2的公 扣上，並在花鍵筒2的公扣上塗抹防粘劑並與中連接筒3連接。將活塞8裝在 活塞軸7的下部並與衝管9連接，在中連接筒3下部的凹槽內裝入組合密封21， 將0型密封圈20裝在中連接筒3的公扣上，並在公扣上塗抹防粘劑，然後將中 連接筒3與下連接筒4相連，並確保活塞8上的螺旋槽與下連接筒4的螺旋槽 對準；將下連接筒4和下接頭筒5相連。通過花鍵筒2的油堵孔14注入適量的 齒輪油或同類型的油，直到從中連接筒3的油堵孔14冒出油為止；同時也在下 連接筒4的油堵孔14內注入適量的抗磨液壓油，直到下連接筒4的另一油堵孔 14冒出油為止。最後用油堵封堵。到此整個震擊器的組裝完成。
該機構的工作原理如下正常鑽進時，花鍵筒2套裝在花鍵心軸1的外花鍵 部位將鑽機施加給鑽具的扭矩由花鍵心軸1的外花鍵傳遞給花鍵筒2的內花鍵， 然後通過中連接筒3、下連接筒4以及下接頭筒5，進而傳遞給與下接頭筒5相 連的下部鑽具。
井下發生卡鑽事故時，提拉花鍵心軸l，當拉力大到一定數值時，安裝在花 鍵心軸1和花鍵筒2之間的安全件被拉斷，液壓延時系統啟動，與此同時帶動
6延長心軸6、活塞軸7、活塞8以及衝管9一起向上運動。由於活塞8的螺旋槽 與下連接筒4的螺旋槽形成密封，只允許少量的油液流過油道27，有一定的延 時作用，震擊器上部鑽具受拉積聚了一定的彈性勢能；同時又由於活塞8與衝 管9是通過凸臺連接在一塊，在上行過程中活塞8與衝管9剛性連接在一起發 生扭轉變形，從而帶動上部鑽柱一起扭轉變形，減小了鑽柱與井壁之間的摩擦 力。又由於下部被卡鑽具具有一定的彈性，因此被卡鑽具也會產生扭轉變形。 當活塞8運動到上油腔時，液壓油無阻礙的流向下油腔，加在活塞8上的高壓 瞬間減小，活塞8和上部鑽柱在恢復扭轉變形的同時加速向上運動，然後活塞8 與中連接筒3的下端面發生軸向打擊，產生震擊。同時下部被卡鑽具產生周向 彈性恢復，相當於下部被卡鑽具產生周向震擊力。
復位時，花鍵心軸1受壓帶動活塞8向下運動，活塞8進入下連接筒4的 螺旋段時，由於活塞8的不斷向下運動，造成液壓油的壓力不斷的升高，在壓 力到達一定數值後，活塞8被迫在有限的範圍內向上運動，這樣液壓油就可以 無阻礙的通過活塞8底部凹槽25頂部的油道26返回上油腔。此時，輕輕轉動 鑽柱將花鍵心軸1的外花鍵和花鍵筒2的內花鍵再一次配合，當液壓油全部返 回上油腔後，震擊器復位完成。等待下一次震擊操作，這樣就完成一次震擊作 業。
權利要求
1、扭轉震擊器由扭矩傳遞機構、震擊機構及液壓延時機構組成，扭矩傳遞機構花鍵心軸(1)上的公花鍵與花鍵筒(2)上的內花鍵嚙合，花鍵筒(2)依次與中連接筒(3)、下連接筒(4)和下接頭筒(5)相連；震擊機構活塞(8)裝在活塞軸(7)上，活塞軸(7)與延長心軸(6)以螺紋相連，中連接筒(3)和下連接筒(4)以螺紋相連；液壓延時機構的活塞(8)裝在活塞軸(7)上，活塞軸(7)與衝管(9)以螺紋連接，下連接筒(4)和下接頭筒(5)用螺紋連接。
2、 根據權利要求書1所述的扭轉震擊器，其特徵在於活塞(8)外形帶 有螺旋形槽，下連接筒(4)下油腔帶有與之相配合的螺旋形槽，向上提拉鑽柱 時，活塞(8)能在下油腔內螺旋上升。
3、 根據權利要求書1所述的扭轉震擊器，其特徵在於活塞(8)底部在 圓周方向上均勻分布有2個凹槽(25)，每個凹槽(25)頂部各有一個油道(26)。
4、 根據權利要求書1所述的扭轉震擊器，其特徵在於在衝管(9)的接 頭上均勻分布2個凸臺(27);當活塞上升時，凸臺(27)與活塞(8)上的2 個凹槽(25)相配合。
全文摘要
一種用於石油及天然氣鑽井的井下震擊解卡的扭轉震擊器。其主要特點為花鍵心軸、延長心軸、活塞軸和衝管依次相連組成活動部件；花鍵筒、中連接筒、下連接筒和下接頭筒依次相連組成固定部件；活塞套裝在活塞軸上和衝管、中連接筒、下連接筒組成液壓延時機構和震擊機構。震擊器組合在鑽具中，當鑽臺上上提鑽柱，安全件被拉斷，心軸向上運動，同時心軸發生扭轉變形，在經過一定的延時後，心軸釋放，產生強烈的上擊。扭轉震擊器的優點就是能提高震擊解卡效率。
文檔編號E21B31/00GK101493000SQ200910058489
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者政 梁, 蒲體潤, 嶸 鄧, 郗海華 申請人:西南石油大學