衝擊器缸體及裝配方法和其密封性能測試裝置及方法與流程

2023-10-04 19:32:59 2

本發明涉及地質探礦工程及石油鑽井領域，尤其涉及一種衝擊器缸體及裝配方法以和其密封性能測試裝置及方法。

背景技術：

目前石油鑽井用衝擊器缸體中的側流道密封主要採用的方式包括焊接側板密封以及一體化鑄造無焊縫密封。

如圖1所示，焊接側板密封是將同樣材質的缸體側板12焊接到缸體本體10，形成缸體側流道11，最後經過磨削、拋光處理能使缸體本體10和缸體側板12變成一體。採用該種方式加工的缸體為焊接缸體，因為缸體結構限制，焊接處易產生應力集中；焊接熱影響區寬，容易造成缸體使用過程中的早期開裂。此外，焊接缸體在其應用過程中，處於井下高頻衝擊惡劣工況下，焊縫很容易開裂，造成缸體工作失效。

如圖2所示，採用一體化鑄造無焊縫密封方式生產的鑄造缸體20與焊接缸體結構不同之處是取消了焊接側板，通過鑄造加工的方法形成缸體側流道21，避免了焊接缸體焊縫開裂的問題；但鑄造缸體本身的鑄造工藝複雜，加工成本高，且在鑄造時內壁厚度不能很好地控制，造成加工質量不穩定、成品率不高等問題，制約了其工業化推廣應用。

技術實現要素：

本發明的特徵和優點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯 而易見，或者可通過實踐本發明而學習。

本發明解決上述技術問題所採用的技術方案如下：

根據本發明的一個方面，提供一種衝擊器缸體，包括缸體本體，其特徵在於：所述缸體本體的外壁上設有開放式的第一側流道與第二側流道，所述第一側流道的一端設有第一進水口，所述第二測流道的一端設有第二進水口。

根據本發明的一個實施例，所述缸體本體的外壁呈柱形，所述第一側流道與第二側流道沿軸向對稱設置在所述缸體本體的外壁上。

根據本發明的一個實施例，所述第一進水口與所述第二進水口分別靠近所述缸體本體的兩端。

根據本發明的一個實施例，所述第一側流道與第二側流道上設有氮化膜，所述氮化膜的厚度為0.2mm至0.5mm。

根據本發明的一個實施例，還包括外筒，套設在所述缸體本體外側，與所述缸體本體微緊配，所述缸體本體上的第一側流道與第二側流道分別與所述外筒的內壁圍成第一側腔通道與第二側腔通道。

根據本發明的另一個方面，還提供一種衝擊器缸體的密封性能測試裝置，用於驗證上述衝擊器缸體的密封性能；所述密封性能測試裝置包括：上堵頭，通過上接頭封堵住位於所述缸體本體的第一端的上端進水口；打壓接頭，一端與所述缸體本體的第二端配合，另一端通過高壓膠管與泵連接。

根據本發明的再一個方面，提供一種衝擊器缸體的密封性能測試方法，包括步驟：利用上接頭將上堵頭固定在缸體本體的上端，並封堵住所述缸體本體的上端進水口；利用中接頭將打壓接頭的一端固定在所述缸體本體的下端，封堵住側腔通道；將所述打壓接頭的另一端通過高壓膠管與泵連接；打壓到8mpa至12mpa，並保壓10min至20min，觀察有無洩漏。

根據本發明的又一個方面，提供一種衝擊器缸體的裝配方法，用於將外筒套設到缸體本體的外側，包括步驟：將外筒加熱至預設溫度，使所述外筒的內徑與缸體本體的外徑的差值為0.25mm至0.41mm；將所述缸體本體裝入所述外筒內後，以保溫方式對所述外筒進行冷卻。

根據本發明的一個實施例，所述預設溫度通過加熱膨脹試驗確定，在進行加熱膨脹試驗時，先將電阻線纏繞在所述外筒上，再纏繞上保溫帶，對所述電阻線通電加熱，記錄加熱溫度及對應外缸內徑膨脹量。

根據本發明的一個實施例，還包括步驟：對所述缸體本體上的側流道進行滲氮處理。

通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特徵和內容。

附圖說明

下面通過參考附圖並結合實例具體地描述本發明，本發明的優點和實現方式將會更加明顯，其中附圖所示內容僅用於對本發明的解釋說明，而不構成對本發明的任何意義上的限制，在附圖中：

圖1為現有技術中焊接缸體的結構示意圖。

圖2為現有技術中鑄造缸體的結構示意圖。

圖3為本發明實施例的缸體本體結構示意圖。

圖4為圖3所示的缸體本體的剖視圖。

圖5為圖4所示的缸體本體沿a-a的剖面圖。

圖6為圖4所示的缸體本體沿b-b的剖面圖。

圖7為圖3所示的缸體本體的上端面俯視圖。

圖8為本發明實施例的缸體本體及外筒的裝配結構示意圖。

圖9為本發明實施例的打壓裝置的結構示意圖。

具體實施方式

如圖3至圖7所示，本發明提供一種衝擊器缸體，包括缸體本體50，在缸體本體50的外壁上設有開放式的第一側流道51，在第一側流道51的一端設有第一進水口53；在缸體本體50的外壁上還設有與第一側流道51對稱的第二側流道52，第二側流道52也是開放式的，其一端設有第二進水口54。第二進水口54與第一進水口53分別靠近缸體本體的兩端，例如，第一進水口53靠近缸體本體50的下端，第二進水口54則靠近缸體本體50的上端。

缸體本體50的外壁呈柱形，第一側流道51與第二側流道52沿該柱形軸向設置在缸體本體50的外壁上。在缸體本體50的上端還設有兩個上端進水口55、56，分別與第一側流道51、第二側流道52連通。

本實施例中，第一側流道51與第二側流道52上設有氮化膜，該氮化膜的厚度為0.2mm至0.5mm，例如是0.3mm。缸體本體50選用高強度、高耐磨、高韌性合金鋼製成，例如是40crmnmo。

如圖8所示，還包括外筒70，套設在缸體本體50的外側，其內壁與缸體本體50微緊配，亦即外筒70與缸體本體50過盈配合，缸體本體50上的第一側流道51與第二側流道52分別與外筒的內壁圍成第一側腔通道71與第二側腔通道72。

本發明還提供一種衝擊器缸體的裝配方法，用於將外筒套設到缸體本體的外側，使外筒70缸體本體50微緊配，具體包括步驟：s1、將外筒加熱至預設溫度，使外筒的內徑與缸體本體的外徑的差值為0.25mm至0.41mm，例如是0.28mm至0.30mm；s2、將缸體本體裝入外筒內後，以保溫方式對外筒進行冷卻，該保溫方式例如是用保溫棉纏繞其外壁。

其中，在步驟s1之前，可以先進行準備工作，包括清理乾淨外筒與缸 體本體的配合表面，復檢直徑、凸臺、圓角和導角等配合尺寸；對重要件要做好復檢尺寸記錄；做好熱裝位置的標記等。

在步驟s1中預設溫度可以通過加熱膨脹試驗確定，在進行加熱膨脹試驗時，先將電阻線纏繞在外筒上，再纏繞上保溫帶，用金屬絲例如鐵絲扎牢保溫帶，在具體實施時，外筒可以垂直放置，最後對電阻線通電加熱，記錄加熱溫度及對應外缸內徑膨脹量、外缸內徑加熱膨脹量變化、加熱時間和溫度變化情況；其中，外缸內徑膨脹量可以採取內卡鉗進行測量。本實施例中，熱裝試驗測量數據記錄如下表1所示。

表1熱裝試驗測量數據記錄表

一般地，零件的加熱時間和零件的結構、壁厚材質和加熱方法有關，一般可按零件的壁厚考慮，通過多次試驗得出經驗數值。本實施例中，預設溫度為205℃至350℃，優選300℃至340℃，例如是338℃。

當外筒被加熱至預設溫度例如338℃時，測量外筒的內徑尺寸，檢查是否符合設定的裝配尺寸即外筒的內徑與缸體本體的外徑的差值為0.25mm至0.41mm，優選0.28mm至0.30mm，若符合則進行裝配，此時裝配可以一步到位，一次裝成。

在本實施例中，還包括步驟s4，對缸體本體上的側流道進行滲氮處理， 形成氮化膜。在具體實施時，可以對缸體本體的內壁及其第一側腔通道與第二側腔通道都進行滲氮處理，從而在第一側腔通道與第二側腔通道的內壁上均形成氮化膜，氮化膜的厚度為0.2mm至0.5mm，例如是0.3mm或0.4mm。

請參照圖9，本發明還提供一種衝擊器缸體的密封性能測試裝置，用於驗證上述衝擊器缸體的密封性能；密封性能測試裝置包括：上堵頭62，通過上接頭61封堵住位於缸體本體50的第一端的上端進水口；打壓接頭64，一端與缸體本體50的第二端配合，另一端通過高壓膠管與泵連接。在具體實施時，上堵頭62的端面與射流元件形狀和尺寸相同，與射流元件不同的是，上堵頭62的端面被磨平，且沒有開設水口。還包括中接頭63，中接頭63與打壓接頭64配合，將打壓接頭64固定住，具體地，中接頭63設有通孔，打壓接頭64的另一端從通孔內穿過，從而使打壓接頭64的兩端分別位於中接頭63的上下兩端，將中接頭63裝入外筒70的下端。

本發明還提供一種衝擊器缸體的密封性能測試方法，包括步驟：利用上接頭61將上堵頭62固定在缸體本體50的上端，並封堵住缸體本體50的上端進水口55、56；利用中接頭63將打壓接頭64的一端固定在缸體本體50的下端，封堵住側腔通道，本發明中側腔通道包括第一側腔通道71以及第二側腔通道72；將打壓接頭64的另一端通過高壓膠管與泵連接；將液氧或水輸入到缸體本體50內，使缸體本體50承受的壓強為8mpa至12mpa，亦即打壓到8mpa至12mpa，即例如是10mpa，並保壓10min至20min，例如是15min，觀察缸體本體50內的液氧或水有無洩漏，若無洩漏則衝擊器缸體的密封性能合格。

本發明提供了一種衝擊器缸體及其裝配方法，在缸體本體上採用對稱的開放式流道設計，能更好地減小筒內壓降；通過與外筒內壁的微緊配，保證了密封的可靠性；熱裝完成後對缸體本體內壁及側腔流道採用滲氮處理，生成氮化膜，提高了衝擊器缸體的耐磨及抗衝蝕性能；解決以往石油 鑽井衝擊器焊接缸體開裂，鑄造工體成本高、質量不穩定等問題。本發明還提供了適用於上述衝擊器缸體的密封性能測試裝置及測試方法，對缸體進行嚴格的質量檢驗。在完成熱裝配合後，採用對缸體打靜壓的方式，以檢驗缸體熱裝配合的可靠性，確保缸體密封性能。本發明提高了衝擊器缸體的耐磨性、加工穩定性和衝擊器的整體壽命，尤其適用於石油鑽井領域，推動了用石油鑽井用衝擊器工業化推廣應用。

以上參照附圖說明了本發明的優選實施例，本領域技術人員不脫離本發明的範圍和實質，可以有多種變型方案實現本發明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特徵可用於另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發明較佳可行的實施例而已，並非因此局限本發明的權利範圍，凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效變化，均包含於本發明的權利範圍之內。