一種高頻鉆井沖擊器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種鉆井提速工具，具體涉及一種可針對不同地層調(diào)節(jié)扭矩沖擊力和軸向沖擊力，以達到該沖擊器最優(yōu)化使用狀態(tài)的高頻鉆井沖擊器。
【背景技術】
[0002]為適應油氣勘探工作發(fā)展的需要，石油鉆井工作主要是向深部和硬老地層區(qū)塊拓展，在深井鉆井以及西部許多區(qū)塊淺部鉆井過程中，硬地層鉆進的難題非常突出。如在蘇里格地區(qū)、四川東部油田、塔里木盆地北部油田等勘探開發(fā)鉆井工作中都遇到了較硬地層。而目前油氣田勘探開發(fā)鉆井中仍主要采用傳統(tǒng)的牙輪鉆頭、PDC(PolycrystalIine DiamondComposite，聚晶金剛石復合片)鉆頭配合動力馬達及噴射鉆井裝置的旋轉(zhuǎn)鉆井技術。但這些旋轉(zhuǎn)鉆井技術在鉆遇硬地層時，鉆井效率很低，鉆頭壽命短，鉆井周期長，成本高。
[0003]從碎巖理論講，沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進技術是解決硬巖鉆進難題的有效方法之一。沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進就是在普通旋轉(zhuǎn)鉆進鉆具的鉆頭上連接沖擊器，沖擊器是一種井底動力機械，依靠沖洗鉆井用的高壓鉆井液介質(zhì)，推動其活塞沖錘上下運動撞擊鉆頭，鉆頭在沖擊動載和靜壓回轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下破碎巖石。沖擊力不同于靜壓力，它是一種加載速度極大的動載荷，作用時間極短，巖石中的接觸應力瞬時可達最大值并弓I起應力集中，巖石不易產(chǎn)生塑性變形，表現(xiàn)為脆性增加，巖石易形成大體積破碎，從而提高碎巖速度。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種可針對不同地層調(diào)節(jié)扭矩沖擊力和軸向沖擊力，以達到該沖擊器最優(yōu)化使用狀態(tài)的高頻鉆井沖擊器。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種高頻鉆井沖擊器，其特征在于，該高頻鉆井沖擊器包括:
[0006]—短節(jié)外殼；
[0007]上接頭和下接頭，所述的上接頭和下接頭分別密封連接于所述短節(jié)外殼的上端和下端；
[0008]射流元件，所述的射流元件與所述的短節(jié)外殼采用過盈配合的方式設置在位于所述上接頭下部的所述短節(jié)外殼內(nèi)，所述的射流元件內(nèi)設置有兩個相互貫通的叉形輸出道；
[0009]A 口噴嘴，所述的入口噴嘴設置于所述射流元件的頂部中心并連通所述上接頭處的鉆井液總流入通道與所述射流元件的兩輸出道；
[0010]一砧子，所述砧子密封緊固連接在位于所述下接頭上部的所述短節(jié)外殼內(nèi)，
[0011]一具有啞鈴狀液壓腔的活塞缸，所述活塞缸同軸地設置于所述射流元件與所述砧子之間的所述短節(jié)外殼內(nèi)；以及
[0012]一啞鈴狀活塞，所述啞鈴狀活塞滑動設置于所述活塞缸內(nèi)；
[0013]其中，所述活塞缸的外徑小于所述短節(jié)外殼的內(nèi)徑，以使所述活塞缸與所述短節(jié)外殼之間留有一環(huán)空；所述活塞缸的外部沿圓周方向均勻設置有四條軸向缸體外側(cè)筋，將所述活塞缸與所述短節(jié)外殼之間的環(huán)空分隔為四條獨立的流道，分別作為做功流道、復位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道，所述射流元件為所述做功流道和所述復位流道提供交變壓力，使所述活塞缸的上腔壓力和下腔壓力交替變化，使所述活塞在所述活塞缸中上下振動。
[0014]進一步，作為優(yōu)選，所述做功流道和所述復位流道的位置相對設置，所述高壓旁通流道和所述低壓旁通流道的位置相對設置；所述活塞缸的頂部和底部分別與所述射流元件和所述砧子密封緊固連接，在位于所述做功流道一側(cè)的所述活塞缸頂部開設有一用來連通所述射流元件的其中一輸出道和所述活塞缸上腔的上活塞做功沖程開孔，在位于所述做功流道一側(cè)的所述活塞缸中下部開設有一用來連通所述做功流道和所述活塞缸下腔的下活塞做功沖程開孔；同時，在位于所述復位流道一側(cè)的所述活塞缸底部開設有一用來連通所述復位流道和所述活塞缸下腔的下活塞復位開孔，在位于所述復位流道一側(cè)的所述活塞缸中上部開設有一用來連通所述復位流道和所述活塞缸上腔的上活塞復位開孔；在所述砧子的下部具有一吸入室，所述吸入室內(nèi)設置有一環(huán)形噴嘴，所述環(huán)形噴嘴將所述吸入室分隔為兩個部分；在靠近所述射流元件入口噴嘴位置處設置有一高壓旁通流道入口，在位于所述環(huán)形噴嘴內(nèi)部的所述吸入室內(nèi)設置有一高壓旁通流道出口 ；所述低壓旁通流道連通所述射流元件的排液道和位于所述環(huán)形噴嘴外部的所述吸入室。
[0015]進一步，作為優(yōu)選，在所述活塞的底端刻有45° -80°的斜面，同時在所述砧子的上端面也刻出相應的斜面，以使所述活塞底端的斜面與所述砧子上端面的斜面相互咬合。
[0016]進一步，作為優(yōu)選，所述活塞包括一啞鈴狀的殼體，所述殼體灌注有重金屬配重。
[0017]進一步，作為優(yōu)選，所述的重金屬配重的材料選擇為鉛。
[0018]進一步，作為優(yōu)選，所述做功流道、復位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道均采用線切割工藝完成。
[0019]進一步，作為優(yōu)選，所述活塞缸內(nèi)部具有與之一體的環(huán)形限位凸臺，以使所述活塞缸內(nèi)腔形成啞鈴狀液壓腔。
[0020]進一步，作為優(yōu)選，所述砧子通過一環(huán)形限位卡密封緊固連接于所述短節(jié)外殼內(nèi)。
[0021]進一步，作為優(yōu)選，該高頻鉆井沖擊器使用時能夠根據(jù)地層特點、鉆頭類型及鉆井規(guī)程來調(diào)整沖擊器的性能參數(shù)，且有以下四種調(diào)整方式:
[0022]I)改變所述射流元件入口噴嘴的尺寸；
[0023]2)改變所述做功流道、復位流道、高壓旁通流道和低壓旁通流道的截面積；
[0024]3)改變所述活塞的質(zhì)量；
[0025]4)改變所述活塞底端和所述砧子上端面的斜面角度。
[0026]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:
[0027]1、本實用新型由于不存在自由行程階段，活塞在下行的整個階段，活塞上面始終作用著較高的液體壓力，活塞始終處于加速運行狀態(tài)；同時，由于活塞缸下腔排液是暢通的，不存在傳統(tǒng)沖擊器中回程彈簧的抵削力，有利于活塞末速度的提高。
[0028]2、本實用新型的活塞缸采用啞鈴狀液壓腔結構，同時采用與之形狀相配合的啞鈴狀活塞，從而大幅增加了過流面積，可在增大沖擊功的同時提高活塞的振動頻率。
[0029]3、本實用新型從結構上摒棄了傳統(tǒng)沖擊器的錘體結構，而且除活塞外，無其它運動零件，也沒有閥及彈簧等易損件，不僅進一步提高了沖擊器的可靠性，還大大延長了沖擊器的使用壽命。
[0030]4、本實用新型在使用時可根據(jù)地層特點、鉆頭類型及鉆井規(guī)程等條件大幅度調(diào)整沖擊器的性能參數(shù)，且調(diào)整方式可以有多種，因此可大大提升沖擊器對各類地層的適應性。
[0031]5、本實用新型在活塞的底端刻出一定角度的斜面，同時在砧子的上端面也刻出相應的斜面，因此可以在實施扭矩沖擊的同時實現(xiàn)軸向沖擊。
[0032]綜上所述，本實用新型可以廣泛地應用于石油鉆井中，能夠有效地解決硬地層鉆進的難題，取得顯著經(jīng)濟效益，加速油氣田勘探開發(fā)的進程。
【附圖說明】
[0033]圖1是本實用新型的一種高頻鉆井沖擊器運動狀態(tài)的整體結構示意圖；
[0034]圖2是本實用新型的一種高頻鉆井沖擊器另一運動狀態(tài)的整體結構示意圖；
[0035]圖3是本實用新型橫截面的結構示意圖；
[0036]圖4是本實用新型的啞鈴狀活塞結構示意圖。
【具體實施方式】
[0037]以下結合附圖來對本實用新型進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本實用新型，它們不應該理解成對本實用新型的限制。
[0038]如圖1-2所示，本實用新型提供的一種高頻鉆井沖擊器包括一短節(jié)外殼1，短節(jié)外殼I的上端和下端分別密封連接一上接頭2和一下接頭3，在位于上接頭2下部的短節(jié)外殼I內(nèi)過盈配合一射流元件4，射流元件4的頂部中心設置有一連通上接頭2處的鉆井液總流入通道2-1與射流元件4的兩輸出道4-1的射流元件入口噴嘴5。在位于下接頭3上部的短節(jié)外殼I內(nèi)通過環(huán)形限位卡6密封緊固連接一砧子7，在射流元件4與砧子7之間的短節(jié)外殼I內(nèi)同軸地設置有活塞缸8，且活塞缸8的外徑小于短節(jié)外殼I的內(nèi)徑，以使活塞缸8與短節(jié)外殼I之間留有一環(huán)空。活塞缸8內(nèi)部具有與之一體的環(huán)形限位凸臺8-1，以使活塞缸8內(nèi)部形成一啞鈴狀液壓腔，活塞缸8內(nèi)滑動設置有一與之相配合的啞鈴狀活塞9，活塞缸8的外部沿圓周方向均勻設置有四條軸向缸體外側(cè)筋8-2，如圖3所示，以將