CN104295228B - 压差往复式钻井冲击器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种压差往复式钻井冲击器，包括：筒状本体；位于本体内并与其相连的筒状隔离单元；固定在所述隔离单元上的用于产生节流压差的调压机构；振动体；其中，当振动体处于第一位置时，振动体挡住第一通孔而切断了第一腔体和第二腔体之间的流体互通，当振动体运动到处于第一位置的下游的第二位置时，第一通孔露出，使得来自第一腔体的一部分流体能够经第一通孔、第二腔体以及第二通孔进入到下部区域，本发明还提出了一种钻井方法，属于石油钻井领域。根据本发明的钻井冲击器低耗能，单纯通过机械设计的原理利用流体的液力；同时装配简单、制造成本低廉；机械构造设计简洁。

Description

压差往复式钻井冲击器及方法

技术领域

本发明涉及一种用于钻井作业的冲击器及方法，特别涉及一种压差往复式钻井冲击器及方法，属于石油钻井领域。

背景技术

在地质探矿工程及石油钻井行业中，随着油气勘探开发的发展及钻井深度的增加，钻井过程中遇到的硬地层越来越多，泥岩、砂岩、火成岩等地层硬度高、研磨性强并且可钻性差，导致钻头磨损严重、起下钻频繁、钻井时效低等问题。

冲击器作为旋冲钻井的关键工具可有效解决上述问题，提高钻井效率。目前，相关人员对冲击器进行了大量的研究，液动冲击器优势尤为突出，但其结构复杂、元件繁多，不利于安装，同时它的关键零部件耐磨性差，因而寿命较短。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简易的压差往复式钻井冲击器，其结构简单、零部件少，因此安装方便且性能稳定；同时它启动容易、工作泵压低、性能调节比较方便，这极大地降低了试验成本；整个冲击器简便、安全、可靠，大大提高了钻井时效。

本发明提出了一种压差往复式钻井冲击器，包括：筒状本体，其两端分别与钻头与钻具相连接；位于本体内并与其相连的筒状隔离单元，所述隔离单元将本体内的空间分为处于径向内侧的第一腔体和处于径向外侧的第二腔体，隔离单元上设有第一通孔和相对于第一通孔处于下游的第二通孔；固定在所述隔离单元上的用于产生节流压差的调压机构，其中第二腔体通过第二通孔连通至第一腔体的处于调压机构下方的下部区域；振动体，该振动体通过弹性件与隔离单元相连，使得振动体的冲击力能够通过隔离单元和本体传递至钻头；其中，当振动体处于第一位置时，振动体挡住第一通孔而切断了第一腔体和第二腔体之间的流体互通，当振动体运动到处于第一位置的下游的第二位置时，第一通孔露出，使得来自第一腔体的一部分流体能够经第一通孔、第二腔体以及第二通孔进入到下部区域。

在一个实施例中，隔离单元包括隔离筒和筒状调压座，调压座流体密封式连接于隔离筒下方，调压机构为流体密封式连接于该调压座之内的筒状调压阀。

在一个实施例中，调压阀的上端顶靠调压座的径向向内凸出的部分。

在一个实施例中，第二通孔位于隔离单元的调压座上。

在一个实施例中，当振动体处于第二位置时，振动体与调压座相互接触以传递冲击力。

在一个实施例中，弹性件为纵向设置的弹簧，弹簧下部连接于隔离单元的径向向内凸出的部分，上部连接于振动体的径向向外凸出的部分。

在一个实施例中，隔离单元上部设置有环状的压环，该压环相邻地连接于本体的轴向内侧，压环能够限制振动体的向上行程。

在一个实施例中，振动体为径向截面为T形的中空活塞。

在一个实施例中，本体在上端部和下端部处具有用于连接到钻头和钻具的螺纹结构。

本发明还提出了一种通过该压差往复式钻井冲击器来进行钻井冲击的方法，至少包括：

步骤1：通过调压机构产生节流压差；

步骤2：通过所述压差使振动体从第一位置向第二位置运动，当振动体处于第一位置时，振动体挡住第一通孔而切断了第一腔体和第二腔体之间的流体互通，当振动体运动到处于第一位置的下游的第二位置时，第一通孔露出，使得来自第一腔体的一部分流体能够经第一通孔、第二腔体以及第二通孔进入到下部区域，节流压差得到缓解；

步骤3：振动体在冲击力的反作用力和弹性件的弹力的作用下上升，之后恢复至第一位置，再次堵住第一通孔。

根据本发明的压差往复式钻井冲击器，通过弹性部件、振动体和第一通孔的相互配合实现了通断流体的功能，再结合第二通孔，有效利用流体的通断不断造成压差和缓解压差，反过来利用压差影响振动体和弹性件的运动，使其不断对钻头造成冲击。同时根据所需压差的不同仅需更换调压机构，使得现场操作灵活性大。

根据本发明的冲击器低耗能，单纯通过机械设计的原理利用流体的液力；同时装配简单、制造成本低廉；机械构造设计简洁。

上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了根据本发明的压差往复式钻井冲击器10。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将参照附图来详细地介绍本发明。

图1显示了根据本发明的压差往复式钻井冲击器10，其可以置于钻头与钻具之间来对钻头造成冲击。

钻井冲击器10包括位于外侧的筒状本体1，本体1用于将钻井冲击器10固定到钻柱中并对钻井冲击器10的其余部件起到支撑和保护作用。在一个实施例中，本体1两端分别与钻头与钻具相连接，为此目的，其在上端部和下端部处具有用于连接到钻头和钻具的螺纹结构。这样不仅有利于连接，同时可以实现钻井冲击器10的轴向定位。

钻井冲击器10还包括位于本体1内并与其相连的筒状隔离单元，该隔离单元的作用是将本体1内的空间分为处于径向内侧的第一腔体11和处于径向外侧的第二腔体12。隔离单元上设有第一通孔4和相对于第一通孔4处于下游的第二通孔9。这里，用语“连通”主要指流体能够通过。

在图1所示的实施例中，隔离单元包括隔离筒6和筒状调压座7，调压座7的纵向截面为Z型且流体密封式连接于隔离筒6的下方。

钻井冲击器10还包括固定在所述隔离单元上的用于产生节流压差的调压机构8。其中第二腔体12通过第二通孔9连通至第一腔体11的处于调压机构8下方的下部区域。

调压机构8为流体密封式连接于调压座7之内的筒状调压阀，且调压座7的最小内径大于调压阀8的内径，以便造成节流压差。调压阀8的上端顶靠调压座7的径向向内凸出的部分。

钻井冲击器10还包括振动体3，用于对钻头施加冲击力。在图1所示的实施例中，振动体3为径向截面为T形的中空活塞。而调压座7能够限制振动体3的向下行程。当振动体3处于第二位置时，振动体3与调压座7相互接触以传递冲击力。

振动体3通过弹性件5与隔离单元相连。弹性件5可以为纵向设置的弹簧，弹簧下部连接于隔离单元的径向向内凸出的部分，上部连接于振动体3的径向向外凸出的部分。振动体3的冲击力能够通过隔离单元的调压座7和本体1传递至钻头。

当振动体3处于第一位置(初始位置)时，振动体3挡住第一通孔4而切断了第一腔体11和第二腔体12之间的流体互通；当振动体3运动到处于第一位置的下游的第二位置时，所述第一通孔4露出，使得来自所述第一腔体11的一部分流体能够经第一通孔4、和第二腔体12以及第二通孔9进入到处于调压机构8下方的下部区域。

冲击器10在隔离筒6上还包括位于第一通孔4和第二通孔9之间的第三通孔13。当振动体3向下运动但还堵住第一通孔4时，第三通孔13用来平衡腔12与弹性件5之间的压差，使得振动体3可以继续下行，直至第一通孔4与腔11连通，此时整个管柱实现上下压差平衡，振动体3在冲击力的反作用力和弹性件5的弹力的作用下上升，之后恢复至第一位置，再次堵住第一通孔4。

在一个实施例中，第二通孔9可以位于隔离单元的调压座7上，且其在纵向方向上位于调压机构8下方。以保证第二腔体和调压机构8的下部区域之间的流体连通，从而将调压机构8产生的节流压差平衡掉。

在一个实施例中，隔离单元上部设置有环状的压环2，压环2相邻地连接于本体1的轴向内侧，且压环2的内径小于隔离单元的内径，因而压环2能够限制振动体3的向上行程。

本发明还提出了一种通过压差往复式钻井冲击器10来进行钻井冲击的方法：

步骤1：通过调压机构8产生节流压差；

步骤2：通过所述压差使振动体3从第一位置向第二位置运动，当振动体3处于第一位置时，振动体3挡住第一通孔4而切断了第一腔体11和第二腔体12之间的流体互通，当振动体3运动到处于第一位置11的下游的第二位置12时，第一通孔4露出，使得来自第一腔体11的一部分流体能够经第一通孔4、第二腔体12以及第二通孔9进入到下部区域，所述压差得到缓解；

步骤3：振动体3在冲击力的反作用力和弹性件5的弹力的作用下上升，之后恢复至第一位置，再次堵住第一通孔。

根据本发明的冲击器10以及相应的方法具有以下几个优点：

1)通过振动体3与弹簧5的配合，加上传压孔4(第一通孔)与平衡孔9(第二通孔)的设计，实现了振动体3的往复运动；

2)调压机构8的设计使得可以根据现场需求调节节流压差，使得性能调节比较方便；

3)整个冲击器简便、安全、可靠，极大地降低了作业成本，提高钻井时效；

4)结构简单、紧凑，零部件少，加工方便，性能稳定，启动容易，工作泵压低。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.压差往复式钻井冲击器，包括：

筒状本体，其两端分别与钻头与钻具相连接；

位于所述本体内并与其相连的筒状隔离单元，所述隔离单元将所述本体内的空间分为处于径向内侧的第一腔体和处于径向外侧的第二腔体，所述隔离单元上设有第一通孔和相对于所述第一通孔处于下游的第二通孔；

固定在所述隔离单元上的用于产生节流压差的调压机构，其中所述第二腔体通过所述第二通孔连通至所述第一腔体的处于所述调压机构下方的下部区域；

振动体，所述振动体通过弹性件与所述隔离单元相连，使得所述振动体的冲击力能够通过所述隔离单元和所述本体传递至钻头；

其中，当所述振动体处于第一位置时，所述振动体挡住所述第一通孔而切断了所述第一腔体和所述第二腔体之间的流体互通，当所述振动体运动到处于第一位置的下游的第二位置时，所述第一通孔露出，使得来自所述第一腔体的一部分流体能够经所述第一通孔、所述第二腔体以及所述第二通孔进入到所述下部区域。

2.根据权利要求1所述的钻井冲击器，其特征在于，所述隔离单元包括隔离筒和筒状调压座，所述调压座流体密封式连接于所述隔离筒下方，所述调压机构为流体密封式连接于所述调压座之内的筒状调压阀。

3.根据权利要求2所述的钻井冲击器，其特征在于，所述调压阀的上端顶靠所述调压座的径向向内凸出的部分。

4.根据权利要求2或3所述的钻井冲击器，其特征在于，所述第二通孔位于所述隔离单元的所述调压座上。

5.根据权利要求2或3所述的钻井冲击器，其特征在于，当所述振动体处于第二位置时，所述振动体与所述调压座相互接触以传递冲击力。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的钻井冲击器，其特征在于，所述弹性件为纵向设置的弹簧，所述弹簧下部连接于所述隔离单元的径向向内凸出的部分，上部连接于所述振动体的径向向外凸出的部分。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的钻井冲击器，其特征在于，所述隔离单元上部设置有环状的压环，所述压环相邻地连接于所述本体的轴向内侧，所述压环能够限制所述振动体的向上行程。

8.根据权利要求1到3中任一项所述的钻井冲击器，其特征在于，所述振动体为径向截面为T形的中空活塞。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的钻井冲击器，其特征在于，所述本体在上端部和下端部处具有用于连接到钻头和钻具的螺纹结构。

10.通过根据权利要求1到9中任一项所述的钻井冲击器来进行钻井冲击的方法，至少包括：

步骤1：通过调压机构产生节流压差；

步骤2：通过所述压差使振动体从第一位置向第二位置运动，当所述振动体处于第一位置时，所述振动体挡住所述第一通孔而切断了所述第一腔体和所述第二腔体之间的流体互通，当所述振动体运动到处于第一位置的下游的第二位置时，所述第一通孔露出，使得来自所述第一腔体的一部分流体能够经所述第一通孔、所述第二腔体以及所述第二通孔进入到下部区域以缓解所述压差；

步骤3：所述振动体在冲击力的反作用力和弹性件的弹力的作用下上升，之后恢复至第一位置，再次堵住第一通孔。