双液驱动旋冲钻井冲击器及双液驱动旋冲钻进方法技术

本发明专利技术公开了一种双液驱动旋冲钻井冲击器，包括外管、冲锤和砧子，还包括泥浆马达，安装在所述外管内；安装在外管内的油压系统组件，包括油箱及油泵；液压马达的输出轴与油泵传动轴联接；油泵通过油道连通到缸体的进油道以产生驱动活塞推动力，缸体上有回油通道连通缸体和油箱；冲锤，连接于所述活塞上；砧子，安装于冲锤下方；冲洗液通道，与密封油压系统组件的油路隔绝，由外管上端贯通到外管下端。利用冲洗液驱动泥浆马达，泥浆马达再驱动密闭油管内的油泵，油泵再驱动活塞产生往复运动驱动液压系统组件外面的冲锤打击砧子，因转阀活塞浸在油液中运动，提高了活塞部件的寿命，能满足钻井提钻间隔的要求，使旋冲钻进的优势性得到充分发挥。

Double fluid drive rotary percussion drilling impactor and double fluid drive rotary percussion drilling method

【技术实现步骤摘要】
双液驱动旋冲钻井冲击器及双液驱动旋冲钻进方法
本专利技术涉及钻井用冲击器，特别是一种双液(冲洗液、液压油)旋冲钻井冲击器以及旋冲钻进方法。
技术介绍
在地质或石油勘探的钻井作业中，采用在钻头上部连接冲击器，冲击器的冲锤上下运动冲击砧子产生冲击动能，即旋转钻进与轴向冲击相结合，使钻头在冲击力和回转剪切力作用下破碎岩石，这种钻井方式称为旋冲钻井。旋冲钻井可大幅度提高钻井速度，同时具有防斜效果和提高钻头的使用寿命等优点。旋冲钻井可广泛应用于硬岩地层、容易孔斜的地层和强研磨性的地层钻进。此外，在水平钻进过程中，可克服钻具与地层的摩擦力，解决钻头钻压过低问题。可应用于石油钻井、煤层气页岩气钻井，以及地热钻井，同时也能满足超深钻井提速钻进。CN203296693U公开的“一种能够产生轴向冲击振动的钻井工具”，涉及了一种冲击器，由外管、内筒、冲锤和砧子组成，外管上端通过上接头连接钻柱，砧子通过下接头连接钻头或下钻柱，冲锤滑动设置于外管内，利用高压冲洗液作用于冲锤上下端面时作用面积差的变化，推动冲锤在外管内上下往复运动，实现打击砧子，在将钻柱通过外管将转矩传统给钻头同时，将砧子受到的冲击振动传递给钻头。但这种冲击器存在如下不足：以冲洗液即泥浆作为动力介质，冲洗液中的颗粒物进入冲锤的活塞结构与外管之间的间隙，增大了磨损，导致冲击器的寿命偏低，不能满足提钻间隔的要求(一般要求井下工作时间大于120小时)，致使旋冲钻井技术的应用受到限制，旋冲钻进的优势性得不到充分发挥。有鉴于此，特提出本专利技术。专利技术内容针对现有旋冲钻井存在的上述问题，本专利技术的目的在于，提供一种双液驱动旋冲钻井冲击器，以减小冲洗液对冲击器的磨损，提高使用寿命，以进一步满足提钻间隔的要求。本专利技术的技术方案为：一种双液驱动旋冲钻井冲击器，包括外管、冲锤和砧子，还包括泥浆马达，安装在所述外管内，用于被冲洗液驱动输出旋转动力；密封的油压系统组件，包括油箱及油泵，油泵用于对液压油增压，油泵传动轴与液马达的输出轴联接；还包括在缸体及在缸体内往复运动的活塞，所述油泵通过油道连通到缸体的进油道以产生驱动活塞的推动力，缸体上有回油通道连通缸体和油箱；冲锤，位于外管内且连接于所述活塞上；砧子，安装于外管下端且位于冲锤下方；冲洗液通道，与外管内的密封油压系统组件的油路隔绝，由外管上端贯通到外管下端。所述油箱既可以为一个独立的油箱，出油口连接于所述油泵入油口，回油口连接于所述缸体回油通道。为了减少管路和提高结构紧密性，所述油箱为一段充有液压油的储油管，所述油泵浸在储油管内的液压油中，一根作为油泵动力输入的传动轴穿过储油管上端盖连接到所述泥浆马达的输出轴上。这样油泵入口不需要连接管道，且结构紧凑，提高了外管的内部空间利用率。本专利技术中，密封的油压系统组件的活塞和缸体可以采用传统的冲击器的结构和驱动方式，只是冲洗液换成了液压油。在本专利技术中，作为一个较佳实施例，则采用一种更先进的结构：储油管下端连接活塞缸体，活塞缸体内装有转阀活塞，所述泥浆马达输出轴或油泵的轴还穿过所述活塞缸体上端盖，通过键、花键或非圆形截面插在所述转阀活塞内以驱动转阀活塞旋转，所述转阀活塞上有多条油通道分别通到活塞上端面和下端面，油通道在活塞行程范围内通过油口分别与活塞缸体上的进油道和回油通道相通，进油道连通的是油泵出口，回油通道连接储油管。这种结构，转阀活塞既是产生上下往复运动的部件，也是油路切换阀的一部分，结构简单且保证转阀活塞始终处于一端是高压区时，则另一端是低压区，保证了活塞两端的上下腔具有足够的压差。所述转阀活塞上的油通道可以为活塞上的孔，为了简化结构便于加工，特别是为了保证与活塞缸体上的进油道和回油通道简便连通，可以采用沿活塞侧壁均布的轴向通油槽，通向活塞上端面与通向活塞下端的通油槽交替排列，且所述活塞缸体上的进油道与出油通道的设置位置为一个对应通向转阀活塞下端面的通油槽时，另一个则对应通向转阀活塞上端面的通油槽。进一步地，所述泥浆马达为涡轮马达或螺杆马达或齿轮马达。为了简化结构，进一步地，所述泥浆马达的输出轴是连接一根贯穿油泵的传动轴，该传动轴下端插入活塞，以同时驱动油泵和活塞旋转。本专利技术还提供了一种双液驱动旋冲钻进方法，该方法为：利用钻杆为钻头提供旋转扭矩钻进的同时，还通过冲洗液驱动井下外管内的泥浆马达，利用井下外管内的泥浆马达驱动密封油压系统的油泵，油泵产生的高压液压油驱动活塞往复运动，活塞通过穿过密封油压系统下面的连杆带动冲锤击打连接钻头的砧子，为钻头提供脉动冲击动能。在本专利技术中，双液驱动旋冲钻井冲击器的双液，为用于全孔循环的冲洗液和冲击器内封闭循环的液压油。本专利技术是利用冲洗液驱动泥浆马达，泥浆马达再驱动密封的油压系统组件中的油泵，油泵再驱动活塞产生往复运动驱动密封的油压系统组件外的冲锤，由于产生冲击动力的活塞是被液压油而不是冲洗液驱动，且油压系统是在密闭的系统内，与冲洗液隔离，因此提高了活塞部件的寿命，解决了现有冲洗液直接驱动的冲击器的寿命偏低，不能满足提钻间隔的要求(一般要求井下工作时间大于120小时)问题，使旋冲钻进的优势性得到充分发挥。附图说明图1为本专利技术双液驱动旋冲钻井冲击器状态一的结构示意图。图2为双液驱动旋冲钻井冲击器状态二的结构示意图。图3为动力段的结构示意图。图4为冲动段的活塞上行状态的一结构示意图；图5为冲动段的活塞下行状态的二结构示意图；图6为冲动段的另一种实施例示意图；图7为冲击段的结构示意图；图8为图7的A-A剖面图；图中：1、上接头，2、外管一，3、马达上接头，4、螺杆马达，5、马达下接头，6、马达输出轴，7、传动轴，8、中接头，9、泥浆通室，10、泥浆通道，11、上端盖，12、储油管，13、外管二，14、油泵，15、环状间隙，16、蓄能器，17、上腔，18、进油道，19、回油通道，20、下腔通油槽，21上腔通油槽，22、活塞缸体，23、转阀活塞，24、下腔，25、阀体活塞盖，26、冲锤腔，27、冲锤，28、外管三，29、扶正环，30、扶正接头，31、砧子，32、滑动轴套，33、调整垫，34、下接头，35、内缸，36、活塞100、动力段，200、冲动段，300、冲击段，400、砧子段具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明，以助于理解本专利技术的内容。如图1和图2所示，是本专利技术的一个双液驱动旋冲钻井冲击器的较佳实施例。外壳为外部圆管结构(简称“外管”)，上端通过螺纹连接有上接头1，以便于与钻杆连接，下端是下接头34，下接头34是用于直接连接钻头或取心管。为了便于加工和装配，外管由三节装配而成，即外管一2、外管二13和外管三28，每一节外管装配不同的构件以形成不同的功能段。外管一2和外管二13之间是通过一中接头8实现衔接连接，外管三28是通过螺纹连接扶正接头30，连接下接头34的砧子31是装在由扶正接头30和滑动轴套32内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双液驱动旋冲钻井冲击器，包括外管、冲锤和砧子，其特征在于还包括：/n泥浆马达，安装在所述外管内，用于被冲洗液驱动输出旋转动力；安装在外管内的密封油压系统组件，包括油箱及油泵，泥浆马达的输出轴与油泵的传动轴联接；还包括在缸体内往复运动的活塞，所述油泵通过油道连通到缸体的进油道以产生驱动活塞的推动力，缸体上有回油通道连通缸体和油箱；/n冲锤，位于外管内且连接于所述活塞上；/n砧子，安装于外管下端且位于冲锤下方；/n冲洗液通道，与密封油压系统组件的油路隔绝，由外管上端贯通到外管下端。/n

【技术特征摘要】
1.一种双液驱动旋冲钻井冲击器，包括外管、冲锤和砧子，其特征在于还包括：
泥浆马达，安装在所述外管内，用于被冲洗液驱动输出旋转动力；安装在外管内的密封油压系统组件，包括油箱及油泵，泥浆马达的输出轴与油泵的传动轴联接；还包括在缸体内往复运动的活塞，所述油泵通过油道连通到缸体的进油道以产生驱动活塞的推动力，缸体上有回油通道连通缸体和油箱；
冲锤，位于外管内且连接于所述活塞上；
砧子，安装于外管下端且位于冲锤下方；
冲洗液通道，与密封油压系统组件的油路隔绝，由外管上端贯通到外管下端。


2.如权利要求1所述的双液驱动旋冲钻井冲击器，其特征在于：所述油箱为一段充有液压油的储油管，所述油泵浸在储油管内的液压油中，作为油泵动力输入的所述传动轴穿过储油管上端盖连接到所述泥浆马达的输出轴上。


3.如权利要求2所述的双液驱动旋冲钻井冲击器，其特征在于：所述储油管下端连接一个活塞缸体，活塞缸体内装有转阀活塞，所述泥浆马达输出轴或油泵的轴还穿过所述活塞缸体上端盖，并通过键、花键或非圆形截面插在所述转阀活塞内以驱动转阀活塞旋转，所述转阀活塞上分别有多条通到活塞上端面和下端面的油通道，油通道分别通过油口与活塞缸体上的进油道和回油通道相通，进油道连通的是油泵出口，回油通道连通所述储油管。


4.如权利要求3所述的双液驱动旋冲钻井冲击器，其特征在于：所述转阀活塞上的油通道为沿活塞侧壁均布的轴向通油槽，通向活塞上端面与通向活塞下端的通油槽交替排列，且所述活塞缸体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国民，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11