脈沖射流式縱向沖擊器的制作方法

本發明涉及石油行業鉆井用的適用于中硬到硬地層的一種高效破巖工具，具體涉及脈沖射流式縱向沖擊器。

背景技術：

近年來，隨著油氣田勘探開發的深入，油氣鉆井逐漸由淺部地層向深部地層轉變，鉆遇地層巖石硬度增大、可鉆性級值增高，機械鉆速降低、破巖效率降低，鉆井成本升高，因此在各種鉆井技術中高效鉆井破巖技術就凸顯了自身的重要性。

當前，各類沖擊器是提高深井機械鉆速的主要井下動力工具。而其中尤以脈沖式振蕩沖擊器為最。脈沖式振蕩沖擊器通過在鉆頭上部安放一定的水力能量轉換機構，使鉆頭在旋轉的同時產生縱向振動，而且可能還伴有脈沖射流空化作用，可大大的提高破巖效率，提高鉆速，縮短建井周期，大大的降低建井成本。現有的液動沖擊器存在較多的連接、活動件，形成易損、薄弱部位，大大降低了常規液動沖擊器壽命。同時，其中彈簧等緩沖儲能裝置已經沖擊錘等中間結構的存在，也降低了沖擊器的沖擊功，影響了沖擊器沖擊效能。這些問題的存在嚴重制約了液動沖擊器在現場的推廣使用。

技術實現要素：

本發明的一個目的是提供脈沖射流式縱向沖擊器，這種脈沖射流式縱向沖擊器用于解決現有的常規沖擊器的壽命低、沖擊功低問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種脈沖射流式縱向沖擊器包括主體短接、泵上蓋、泵外罩、中心轉子、泵中軸、下蓋板、固定罩螺母、閥體、固定螺栓、上閥板、下閥板、沖擊閥、六方套、沖擊接頭；泵上蓋下端和泵外罩上端通過螺紋配合固定在一起，泵上蓋下端連接中心轉子；泵中軸上端具有螺紋，固定于中心轉子下端，泵中軸通過凸臺，坐于下蓋板上；下蓋板固定于泵外罩下端內部，下蓋板同時將中心轉子和泵中軸固定于泵外罩內部；泵外罩被固定罩螺母固定于主體短接內部，閥體固定于泵中軸下端，上閥板通過固定螺栓固定于閥體內部；下閥板固定于沖擊閥上端，沖擊閥具有螺紋，沖擊閥與沖擊接頭螺紋連接；沖擊接頭固定于六方套內部；主體短接上部連接上部鉆柱，主體短接下部連接六方套；沖擊閥固定于六方套上方，沖擊閥內部具有流道，鉆井液流過下閥板，流量由大到小周期性的變化，形成脈沖式的射流，經沖擊閥的流道撞擊沖擊接頭，使沖擊接頭產生脈沖式的縱向振動，進而帶動沖擊接頭下端的鉆頭產生脈沖式振動。

上述方案中主體短接上部車有螺紋，以與上部鉆柱相接；主體短接腔體內部上端收縮部位設置泵上蓋、泵外罩、中心轉子、泵中軸和下蓋板；主體短接腔體內部下部設置閥體、固定螺栓、上閥板、下閥板、沖擊閥；主體短接內部下端車有螺紋，與六方套上端車有的螺紋相配合，將六方套固定于其內部；主體短接內側具有環形凹槽，固定罩螺母安裝于環形凹槽處。

上述方案中泵外罩側面車有8個鉆井液從罩外流向罩內切向流道，切向流道為扇形的，泵外罩側面下端車有11個泄流孔，多余的鉆井液從溢流孔流出，使中心轉子達到最佳轉速，由于切向流道和溢流孔的相互配合，迫使從鉆柱流出的鉆井液產生切向速度，沖擊葉片，使中心轉子轉動，進而帶動泵中軸一起轉動，傳遞扭矩。

上述方案中中心轉子中心孔與泵中軸相配合，中心轉子的上部插入下蓋板的中心孔內，中心轉子下端具有螺紋，與泵中軸上端螺紋連接，固定于一起，以帶動泵中軸轉動，傳遞中心轉子的扭矩；中心轉子上焊接有多個個葉片。當鉆井液切向流經葉片時，帶動葉片轉動，產生扭矩。

上述方案中中心轉子上焊接有1-10個葉片。

上述方案中中心轉子上焊接有6-8個葉片。

上述方案中泵中軸通過下部的倒圓臺座在下蓋板上，泵中軸下端具有螺紋，與閥體中間螺紋通孔配合，固定閥體，帶動閥體轉動。

上述方案中閥體為對稱扇形狀，兩個扇形巴掌各具有一個螺紋孔，這兩個螺紋孔分別與上閥板的螺紋孔一一對應，上閥板與閥體通過固定螺栓固定于一起；上閥板上的扇形巴掌與閥體上的扇形巴掌大小一樣且一一對應；閥體上端與泵中軸連接在一起，閥體和上閥板可隨泵中軸一起轉動，以傳遞泵中軸的扭矩。

上述方案中下閥板為圓形形狀，中間具有兩個對稱扇形流道，與上閥板中的兩個扇形巴掌一一對應，下閥板具有兩個安全孔。當上閥板上的扇形巴掌與下閥板的扇形流道正好相對時，鉆井液的流道將完全被堵死，隨著上閥板的轉動，扇形巴掌將逐漸錯開下閥板上的扇形流道，直至完全錯開，鉆井液的流道也將由小到大，周期性變化，鉆井液通過扇形流道繼續向下流動。下閥板內部的兩個安全孔，防止鉆井液憋壓過大。

本發明具有以下有益效果：

（1）本發明使鉆頭在旋轉工作的同時產生縱向振動，提高破巖效率；充分利用了鉆井液的液柱壓力，使鉆井液得到了更充分的利用，大幅度降低了鉆井液壓力的中間損耗，不需要額外補充能量。

（2）本發明中間結構少，能耗低，沖擊力大。

（3）本發明縱向振動頻率，幅值可通過扇形流道大小很方便，很簡單的調整。

（4）本發明結構簡單，易于實現，成本較低，便于在油田現場的推廣應用。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明主體短接的結構示意圖；

圖3是本發明泵外罩的結構示意圖；

圖4是本發明中心轉子的結構示意圖；

圖5是本發明泵中軸的結構示意圖；

圖6是本發明下蓋板的結構示意圖；

圖7是本發明閥體的結構示意圖；

圖8是本發明上閥板的結構示意圖；

圖9是本發明下閥板的結構示意圖；

圖10是本發明沖擊閥的結構示意圖；

圖11是本發明六方套的結構示意圖；

圖12是本發明沖擊接頭的結構示意圖。

圖中：1.主體短接；2.泵上蓋；3.泵外罩；4.中心轉子；5.泵中軸；6.下蓋板7.固定罩螺母；8.閥體；9.上閥板；10.下閥板；11.沖擊閥；12.六方套；13.沖擊接頭；14.環形凹槽；15.切向流道；16.溢流孔；17.葉片；18.巴掌；19.扇形流道；20.安全孔；21.固定螺栓。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

結合圖1、圖2所示，這種脈沖射流式縱向沖擊器包括主體短接1、泵上蓋2、泵外罩3、中心轉子4、泵中軸5、下蓋板6、固定罩螺母7、閥體8、固定螺栓21、上閥板9、下閥板10、沖擊閥11、六方套12、沖擊接頭13；泵上蓋2下端和泵外罩3上端通過螺紋配合固定在一起，泵上蓋2下端連接中心轉子4；泵中軸5上端具有螺紋，固定于中心轉子4下端，泵中軸5通過凸臺，坐于下蓋板6上；下蓋板參閱圖6，下蓋板6固定于泵外罩3下端內部，下蓋板6同時將中心轉子4和泵中軸5固定于泵外罩3內部；泵外罩3被固定罩螺母7固定于主體短接1內部，閥體8固定于泵中軸5下端，上閥板9通過固定螺栓21固定于閥體8內部；下閥板10固定于沖擊閥11上端，參閱圖10，沖擊閥11內部具有流道，沖擊閥11具有螺紋，沖擊閥11與沖擊接頭13螺紋連接；沖擊閥11固定于六方套12上方，沖擊接頭13固定于六方套12內部，六方套參閱圖11，沖擊接頭參閱圖12；主體短接1上部連接上部鉆柱，主體短接1下部連接六方套12。鉆井液流過下閥板10，流量由大到小周期性的變化，形成脈沖式的射流，經沖擊閥11的流道撞擊沖擊接頭13，使沖擊接頭13產生脈沖式的縱向振動，進而帶動沖擊接頭13下端的鉆頭產生脈沖式振動。

主體短接1上部車有螺紋，以與上部鉆柱相接；主體短接1腔體內部上端收縮部位設置泵上蓋2、泵外罩3、中心轉子4、泵中軸5和下蓋板6；主體短接1腔體內部下部設置閥體8、固定螺栓21、上閥板9、下閥板10、沖擊閥11；主體短接1內部下端車有螺紋，與六方套12上端車有的螺紋相配合，將六方套12固定于其內部；主體短接1內側具有環形凹槽14，固定罩螺母7安裝于環形凹槽14處。

參閱圖3，泵外罩3側面車有8個鉆井液從罩外流向罩內切向流道15，切向流道15為扇形的，泵外罩3側面下端車有11個溢流孔16，多余的鉆井液從溢流孔16流出，使中心轉子4達到最佳轉速，由于切向流道15和溢流孔16的相互配合，迫使從鉆柱流出的鉆井液產生切向速度，沖擊葉片17，使中心轉子4轉動，進而帶動泵中軸5一起轉動，傳遞扭矩。

參閱圖4，中心轉子4中心孔與泵中軸5相配合，中心轉子4的上部插入下蓋板6的中心孔內，中心轉子4下端具有螺紋，與泵中軸5上端螺紋連接，固定于一起，以帶動泵中軸5轉動，傳遞中心轉子4的扭矩；中心轉子4上焊接有1-10個葉片17，最佳的是中心轉子4上焊接有6-8個葉片17。當鉆井液切向流經葉片17時，帶動葉片17轉動，產生扭矩。

參閱圖5，泵中軸5通過下部的倒圓臺座在下蓋板6上，泵中軸5下端具有螺紋，與閥體8中間螺紋通孔配合，固定閥體8，帶動閥體8轉動。

參閱圖7，閥體8為對稱扇形狀，兩個扇形巴掌18各具有一個螺紋孔，這兩個螺紋孔分別與上閥板9的螺紋孔一一對應，上閥板9與閥體8通過固定螺栓21固定于一起；參閱圖8，上閥板9上的扇形巴掌18與閥體8上的扇形巴掌18大小一樣且一一對應；閥體8上端與泵中軸5連接在一起，閥板和上閥板9可隨泵中軸5一起轉動，以傳遞泵中軸5的扭矩。

參閱圖9，下閥板10為圓形形狀，中間具有兩個對稱扇形流道19，與上閥板9中的兩個扇形巴掌18一一對應，下閥板10具有兩個安全孔20。當上閥板9上的扇形巴掌18與下閥板10的扇形流道19正好相對時，鉆井液的流道將完全被堵死，隨著上閥板9的轉動，扇形巴掌18將逐漸錯開下閥板10上的扇形流道19，直至完全錯開，鉆井液的流道也將由小到大，周期性變化，鉆井液通過扇形流道19繼續向下流動。下閥板10內部的兩個安全孔20，防止鉆井液憋壓過大。

本發明在工作時，鉆井液經泵外罩3扇形流道15后，產生切向流速，沖擊中心轉子4葉片17，促使中心轉子4轉動，進而帶動泵中軸5轉動。泵中軸5帶動閥板和上閥板9轉動。在轉動中，當上閥板9的兩個巴掌18與下閥板10的兩個扇形流道19正好相對時，鉆井液流道完全被堵死，隨著轉動的繼續，巴掌18與扇形流道19錯開，鉆井液將通過扇形流道19繼續流動。隨著巴掌18和扇形流道19周期性的相對與錯開，連續的鉆井液流轉化為非連續的脈沖流。這種脈沖流將通過沖擊閥11內部車有的流道直接作用于沖擊接頭13，進而作用于下端連接的鉆頭，使其產生縱向振動。