閥式高能液動潛孔錘的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種閥式高能液動潛孔錘，是由鉆頭上的花鍵花鍵槽配合，通過半圓卡防止鉆頭滑落?；ㄦI套與沖錘外缸連接，襯套與端蓋襯套過盈配合分別裝入內(nèi)缸和端蓋中，活塞下端與沖錘通過圓錐面配合連接成整體，內(nèi)缸上端加工完成各流體孔道后用堵頭將各流體孔道端口焊死，閥芯裝入閥缸體中，閥蓋插入內(nèi)缸上端孔中，上接頭與外缸螺紋連接，中間接頭與外缸螺紋連接構(gòu)成。解決了活塞直徑較大引起流體泄漏面積大和鉆具徑向空間尺寸占用較大，使流體排空道狹窄造成背壓較大的問題，大幅提高了閥式高能液動潛孔錘的能量利用效率；提高了閥式高能液動潛孔錘的硬巖鉆進效率；保證在鉆具提離孔底時潛孔錘不工作從而保證鉆具安全。
【專利說明】閥式高能液動潛孔錘

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實用新型涉及一種鉆探機具，尤其是用于油氣鉆井、地熱鉆井和礦產(chǎn)勘探的閥式高能液動潛孔錘。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)油氣勘探領(lǐng)域鉆遇的堅硬復雜地層的現(xiàn)象頻發(fā)，地熱資源開發(fā)和深部找礦計劃的大量實施。堅硬復雜地層鉆井的鉆進效率成為制約降低各類工程鉆井成本的技術(shù)瓶頸。為大幅提高堅硬復雜地層鉆進效率，采用液動潛孔錘鉆進技術(shù)是最有效的技術(shù)手段。液動潛孔錘鉆進技術(shù)采用鉆井沖洗液作為動力傳輸介質(zhì)，驅(qū)動潛孔錘活塞往復運動帶動沖錘沖擊鉆頭實現(xiàn)沖擊鉆進，從而提高鉆進效率?，F(xiàn)有的閥式單作用、閥式反作用、閥式雙作用、射流式等常見的液動潛孔錘。能量利用率不足10%，使用壽命均小于80小時，不能滿足堅硬復雜地層鉆井條件。發(fā)展具有大沖擊功、高能量利用率和使用壽命長的液動潛孔錘能夠大幅提高潛孔錘的鉆進效率，對減短鉆井施工周期，縮減工程施工成本具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本實用新型針對現(xiàn)有各類液動潛孔錘存在的問題，提供了一種閥式高能液動潛孔錘。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]閥式高能液動潛孔錘，是由鉆頭21鉆頭體上的花鍵與花鍵套20上的花鍵槽滑動配合，形成可軸向運動的裝配體，并通過半圓卡18防止鉆頭從花鍵套中滑落?；ㄦI套20通過螺紋與沖錘外缸19連接，沖錘外缸19與中間接頭16螺紋連接，中間接頭16通過螺紋與外缸10連接。襯套11與端蓋襯套14采用過盈配合分別裝入內(nèi)缸9和端蓋13中。活塞12與襯套11間隙配合端蓋13通過間隙配合插入內(nèi)缸9下端。端蓋13通過銷釘15確定與內(nèi)缸9的裝配位置，并通過中間接頭16的內(nèi)臺階固定軸向位置?；钊?2與端蓋襯套14為間隙配合，活塞12下端與沖錘17通過圓錐面配合連接形成整體，沖錘17與中間接頭16為間隙配合，內(nèi)缸9通過間隙配合裝入外缸10中，閥缸體7通過間隙配合裝入內(nèi)缸9中并設置密封圈封隔各流體通道。內(nèi)缸9上端加工完成各流體孔道后采用堵頭4將各流體孔道端口封堵焊死，閥芯8通過間隙配合裝入閥缸體7中，閥蓋6通過間隙配合插入內(nèi)缸9上端孔中，閥蓋襯套5通過過盈配合裝入閥蓋6中并與閥芯8間隙配合，用定位銷3定位閥蓋6與內(nèi)缸9的相對位置，在閥蓋6上安放調(diào)整墊2，上接頭I與外缸10螺紋連接，中間接頭16與外缸10螺紋連接構(gòu)成。
[0006]通道I由潛孔錘上接頭I中心通道、調(diào)整墊2中心通道、堵頭4中心通道、徑向孔道和內(nèi)缸9的軸向孔道構(gòu)成。
[0007]通道XIII由閥腔體7徑向孔道與內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0008]通道XIV由襯套11徑向孔道與內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0009]通道III為閥腔體7的徑向孔道。
[0010]通道V為閥芯8的中心通道。
[0011]通道Vn由閥腔體7與閥芯8徑向孔道組成。
[0012]通道XIII由閥腔體7徑向孔道與內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0013]通道XIV由襯套11徑向孔道與內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0014]有益效果:本實用新型閥芯8、閥腔體7、閥蓋襯套5、活塞12、襯套11和端蓋襯套14均采用硬質(zhì)合金制造，以提高閥式高能液動潛孔錘各運動配合面的耐磨性能和抗鉆井液沖蝕性能，提高閥式高能液動潛孔錘的使用壽命；本實用新型采用活塞作為往復運動執(zhí)行部件，沖錘作為配重，解決了活塞與沖錘一體化設計造成活塞直徑較大引起的流體泄漏面積大和鉆具徑向空間尺寸占用較大使流體排空通道狹窄造成的流體排出背壓較大的問題，大幅提高了閥式高能液動潛孔錘的能量利用效率；采用差動原理，使活塞在較短行程內(nèi)能夠獲得較大的沖擊末速度，提高了閥式高能液動潛孔錘的硬巖鉆進效率；當鉆具提離孔底后，由于自重作用活塞12、沖錘17隨鉆頭21完全下滑，使流體通道I與流體通道XIV通過腔體X、流體通道X V聯(lián)通，高壓流體直接進入孔底而不能驅(qū)動潛孔錘工作，形成防空打機構(gòu)，保證在鉆具提離孔底時潛孔錘不工作從而保證鉆具安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0015]附圖1為閥式高能液動潛孔錘結(jié)構(gòu)圖，由圖1a的下端與圖1b連接構(gòu)成。
[0016]附圖2為圖1中A— A剖面圖
[0017]附圖3為圖1中B— B剖面圖
[0018]附圖4為圖1中C一C剖面圖
[0019]附圖5為圖1中D— D剖面圖
[0020]附圖6為圖1中E— E剖面圖
[0021]附圖7為圖1中F— F剖面圖
[0022]附圖8為圖1中G— G剖面圖
[0023]附圖9為圖1中H— H剖面圖
[0024]附圖10為圖1中I—I剖面圖
[0025]I上接頭，2調(diào)整墊，3定位銷，4堵頭，5閥蓋襯套，6閥蓋，7閥腔體，8閥芯，9內(nèi)缸，10外缸，11襯套，12活塞，13端蓋，14端蓋襯套，15銷釘，16中間接頭，17沖錘，18半圓卡，19沖錘外缸，20花鍵套，21鉆頭。
[0026]I 一高壓流體進入閥式高能液動潛孔錘通道；II一閥常高壓腔體；111 一高壓流體進入閥通道；IV—閥中間腔體；V—閥芯中心通道；VI—閥排空常低壓腔體；νπ—閥芯常低壓流體控制進入通道；珊一閥底部腔體JX—活塞后腔；X—活塞中間聯(lián)通控制腔體；Χ[—內(nèi)缸高低壓流體切換控制腔體；ΧΠ—活塞前腔；XIII—活塞后腔IX與閥中間腔體IV連接通道；XIV—流體排出閥式高能液動潛孔錘通道；X V—閥底部腔體VDI與內(nèi)缸高低壓流體切換控制腔體XI連接通道。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明:
[0028]鉆頭21鉆頭體上的花鍵與花鍵套20上的花鍵槽滑動配合，形成可軸向運動的裝配體，并通過半圓卡18防止鉆頭從花鍵套中滑落?；ㄦI套20通過螺紋與沖錘外缸19連接，沖錘外缸19與中間接頭16螺紋連接，中間接頭16通過螺紋與外缸10連接，襯套11與端蓋襯套14采用過盈配合分別裝入內(nèi)缸9和端蓋13中?；钊?2與襯套11間隙配合，使活塞12能夠在襯套11中自由往復運動。端蓋13通過間隙配合插入內(nèi)缸9下端。端蓋13通過銷釘15確定與內(nèi)缸9的裝配位置，并通過中間接頭16的內(nèi)臺階固定軸向位置?；钊?2與端蓋襯套14為間隙配合，使活塞12能夠自由的做往復運動?；钊?2下端與沖錘17通過圓錐面配合連接形成一個運動整體，沖錘17與中間接頭16為間隙配合，使沖錘17能夠自由的做往復運動。內(nèi)缸9通過間隙配合裝入外缸10中，閥缸體7通過間隙配合裝入內(nèi)缸9中并設置密封圈封隔各流體通道。內(nèi)缸9上端加工完成各流體孔道后采用堵頭4將各流體孔道端口封堵焊死，閥芯8通過間隙配合裝入閥缸體7中，使閥芯8能夠在閥缸體7內(nèi)自由往復運動，閥蓋6通過間隙配合插入內(nèi)缸9上端孔中，閥蓋襯套5通過過盈配合裝入閥蓋6中并與閥芯8間隙配合，使閥芯8能夠在閥蓋襯套中自由滑動，采用定位銷3確定閥蓋6與內(nèi)缸9的相對安裝位置，在閥蓋6上安放調(diào)整墊2。上接頭I與外缸10螺紋連接。上接頭I與外缸10的螺紋連接，中間接頭16與外缸10的螺紋連接，將外缸體內(nèi)的各零部件軸向位置限定在安裝位上。
[0029]通道1:由潛孔錘上接頭I中心通道，調(diào)整墊2中心通道，堵頭4中心通道與徑向孔道、內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0030]通道III為閥腔體7的徑向孔道。
[0031]通道V為閥芯8的中心通道。
[0032]通道VII由閥腔體7與閥芯8徑向孔道組成。
[0033]通道XIII由閥腔體7徑向孔道與內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0034]通道XIV由襯套11徑向孔道與內(nèi)缸9的軸向孔道組成。
[0035]高壓鉆井液通過流體通道I進入活塞12前腔ΧΠ中，推動活塞12與沖錘17向上運動，當活塞12運動至活塞12上臺階面d下邊緣與襯套11上的臺階面dl上邊緣分離時,活塞12上臺階面d與襯套11上的臺階面Cl配合，使腔體ΧΠ與前腔XI聯(lián)通，高壓流體進入腔體XI，進入腔體XI的高壓流體通過流體通道X V進入到腔體珊中，閥芯8在高壓流體的作用下往上運動，當閥芯8上的臺階面b與閥缸體7上的臺階面bl重合，閥芯8上的臺階面a下邊緣與閥缸體7上的臺階面al上邊緣分離時，腔體II與腔體IV聯(lián)通，從流體通道I進入的高壓流體通過流體通道III進入到腔體II與腔體IV中，并通過流體通道XIII進入到活塞12的后腔IX，活塞前腔ΧΠ通過流體通道I，流體通道III，腔體II，腔體IV，流體通道XIII和活塞后腔IX聯(lián)通，由于活塞前腔ΧΠ與活塞后腔IX的面積差，使活塞12發(fā)生差動作用，使活塞12減速往上運動，最終使活塞12速度減為零，并反向做向下的加速運動。當活塞12向下加速運動至活塞臺階面d與襯套臺階面Cl分離時，活塞臺階面d與襯套臺階面dl配合，腔體X與腔體XI聯(lián)通，腔體珊通過流體通道X V，腔體X、腔體X1、流體通道XIV與腔體VI聯(lián)通，并通過流體通道νπ、流體通道V與閥芯8上端聯(lián)通，由于閥芯8上端面積大于下端面積，閥芯8發(fā)生差動作用往下運動，當閥芯8上的臺階面a與閥缸體7上的臺階al面配合，閥芯8上的臺階面b與閥缸體上的臺階面bI分離，使腔體II與腔體IV隔斷，腔體IV與腔體VI聯(lián)通，切斷了高壓流體進入后腔IX的通道，并使后腔IX通過流體通道XII1、腔體IV、腔體V1、流體通道XIV與鉆頭21的中心通道聯(lián)通，使后腔IX中的高壓流體排出潛孔錘至鉆孔底部。
【權(quán)利要求】
1.一種閥式高能液動潛孔錘，其特征在于，是由鉆頭(21)鉆頭體上的花鍵與花鍵套(20)上的花鍵槽滑動配合，形成可軸向運動的裝配體，并通過半圓卡(18)防止鉆頭從花鍵套中滑落；花鍵套(20)通過螺紋與沖錘外缸(19)連接，沖錘外缸(19)與中間接頭(16)螺紋連接，中間接頭(16)通過螺紋與外缸(10)連接，襯套(11)與端蓋襯套(14)采用過盈配合分別裝入內(nèi)缸(9)和端蓋(13)中，活塞(12)與襯套(11)間隙配合端蓋(13)通過間隙配合插入內(nèi)缸(9)下端，端蓋(13)通過銷釘(15)確定與內(nèi)缸(9)的裝配位置，并通過中間接頭(16)的內(nèi)臺階固定軸向位置，活塞(12)與端蓋襯套(14)為間隙配合，活塞(12)下端與沖錘(17)通過圓錐面配合連接形成整體，沖錘(17)與中間接頭(16)為間隙配合，內(nèi)缸(9)通過間隙配合裝入外缸(10)中，閥缸體(7)通過間隙配合裝入內(nèi)缸(9)中并設置密封圈封隔各流體通道，內(nèi)缸(9)上端加工完成各流體孔道后采用堵頭(4)將各流體孔道端口封堵焊死，閥芯(8)通過間隙配合裝入閥缸體(7)中，閥蓋(6)通過間隙配合插入內(nèi)缸(9)上端孔中，閥蓋襯套(5)通過過盈配合裝入閥蓋(6)中并與閥芯(8)間隙配合，用定位銷(3)定位閥蓋(6)與內(nèi)缸(9)的相對位置，在閥蓋(6)上安放調(diào)整墊(2)，上接頭⑴與外缸(10)螺紋連接，中間接頭(16)與外缸(10)螺紋連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的閥式高能液動潛孔錘，其特征在于，通道I由潛孔錘上接頭(I)中心通道、調(diào)整墊(2)中心通道、堵頭(4)中心通道、徑向孔道和內(nèi)缸(9)的軸向孔道構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的閥式高能液動潛孔錘，其特征在于，通道XIII由閥腔體(7)徑向孔道與內(nèi)缸(9)的軸向孔道組成。
4.按照權(quán)利要求1所述的閥式高能液動潛孔錘，其特征在于，通道XIV由襯套(11)徑向孔道與內(nèi)缸(9)的軸向孔道組成； 通道VII由閥腔體(7)與閥芯⑶徑向孔道組成； 通道XIII由閥腔體(7)徑向孔道與內(nèi)缸(9)的軸向孔道組成； 通道XIV由襯套(11)徑向孔道與內(nèi)缸(9)的軸向孔道組成； 通道III為閥腔體(7)的徑向孔道； 通道V為閥芯(8)的中心通道。
【文檔編號】E21B1/26GK204113105SQ201420513172
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月6日
【發(fā)明者】彭枧明, 李莉佳, 李鵬, 張鑫鑫 申請人:吉林大學