專(zhuān)利名稱(chēng)：芯閥射吸式液壓潛孔錘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井機(jī)械領(lǐng)域，具體是一種用于鉆井工程旋沖鉆井技術(shù)的芯閥射吸式 液壓潛孔錘。
背景技術(shù)：
液壓潛孔錘有正作用、反作用、雙作用和復(fù)合作用等多種作用原理，這些潛孔錘用 于大泵量施工的鉆井工程中，由于受到潛孔錘管徑的限制，其閥控機(jī)構(gòu)都難以容納鉆井所 需泵量，因此設(shè)計(jì)者多采用分流方式解決。分流必然導(dǎo)致潛孔錘結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)用能耗增大， 而且還帶來(lái)一些其它的技術(shù)問(wèn)題。射吸式液壓潛孔錘液能利用率低，大部分液能無(wú)法被活塞利用而是通過(guò)排液通道 進(jìn)入砧子以下的鉆具排出，因此這種潛孔錘具有采用大泵量不分流的潛在條件，已有的射 吸式液壓潛孔錘均為套閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，例如SX型液壓沖擊器和HSX液壓潛孔錘，按照 石油鉆井所需泵量，現(xiàn)有潛孔錘還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。研制新的閥控機(jī)構(gòu)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，它能克服傳統(tǒng)的套閥射吸式液壓潛孔錘 的結(jié)構(gòu)缺陷，使射吸式液壓潛孔錘能滿足大泵量、高粘度、不分流的技術(shù)要求。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，由上接頭、噴嘴、閥 程座、芯閥、活塞、外殼、砧子和傳動(dòng)套構(gòu)成，外殼兩頭分別與上接頭和傳動(dòng)套螺紋連接，其 特征在于噴嘴安裝在上接頭與閥程座之間的射吸腔頂部，噴嘴下方的閥程座、芯閥和活塞 由上至下順序安裝在外殼內(nèi)構(gòu)成芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，該閥控機(jī)構(gòu)的閥程座固定在上接頭 與外殼連接處，芯閥的閥體和閥錐穿過(guò)閥程座中心的通孔進(jìn)入活塞內(nèi)腔，芯閥的閥冠受閥 程座限制只能在射吸腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；芯閥的閥體內(nèi)有承噴孔，承噴孔的入口在閥冠頂端，出 口在閥體與閥錐之間，閥錐與活塞內(nèi)腔里面的閥座構(gòu)成開(kāi)啟或關(guān)閉活塞排液通道的閥門(mén)； 芯閥的閥體外圓柱面與活塞內(nèi)腔上部構(gòu)成動(dòng)密封配合且相互間在密封狀態(tài)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活 塞外圓柱面與外殼內(nèi)壁之間構(gòu)成動(dòng)密封配合且相互間在密封狀態(tài)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述芯閥形狀像一根空心的釘子，芯閥不僅是一個(gè)控制元件閥，同時(shí)還是一個(gè)在 沿軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將液壓動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換承噴器，該承噴器中的承噴孔 由閥冠頂部的喉管入口、往下的喉管、與喉管入口連通的擴(kuò)散管和連通活塞內(nèi)腔的旁路構(gòu) 成。所述的活塞外圓柱面與外殼內(nèi)壁之間通過(guò)密封件構(gòu)成動(dòng)密封配合。所述的活塞不僅是一個(gè)將液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時(shí)還是 一個(gè)與芯閥配合實(shí)現(xiàn)往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)的控制元件；活塞內(nèi)腔由三個(gè)不同直徑的同軸孔段組 成，上孔段與芯閥的外圓柱面通過(guò)密封件構(gòu)成動(dòng)密封配合，直徑最大的中孔段既是容納芯 閥旁路出口段和閥錐的閥室，同時(shí)也是擴(kuò)散管的延伸腔，下孔段直徑小于中孔段，是活塞的 排液孔；在進(jìn)入芯閥的工作液的射流作用下，閥錐與閥座構(gòu)成的閥門(mén)能使排液孔有規(guī)律的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)工作液流不斷地將活塞向上舉升和向下沖擊砧子做功。所述芯閥的閥錐下段與活塞內(nèi)腔中的閥座相互撞擊的部分為耐沖擊、耐磨損和耐 腐蝕的材料制成并且是易更換的零件。所述的芯閥與活塞以及活塞與外殼之間的動(dòng)密封配合是由剛性材料制成的活塞 環(huán)或彈性材料制成的密封圈與光滑耐磨的孔壁或外圓柱面構(gòu)成。所述活塞內(nèi)腔中的閥座由耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并且是易更換的零 件。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果一、芯閥與活塞除了互為潛孔錘的閥控元件外，它們還具有將液壓動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴?能和液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能沖擊砧子作功的雙重功能；閥程座則可以直接調(diào)控芯閥行程和活塞 自由行程，整個(gè)閥控機(jī)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，只有芯閥與活塞兩個(gè)運(yùn)動(dòng)件和兩個(gè)動(dòng)密封部位，發(fā)生故 障的機(jī)率自然也很低。二、整個(gè)潛孔錘內(nèi)的鉆井液流道除閥錐與閥座之間有很短距離的流線形環(huán)形流道 外，其余全部是圓柱狀直孔，在相同的截面積流道中圓柱狀直孔與流體接觸的表面積最小， 液流阻力也最小。三、芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)能夠充分利用潛孔錘的外殼內(nèi)腔，活塞外徑與外殼內(nèi)徑 很接近，為大流量射吸式閥控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了條件。四、閥控機(jī)構(gòu)屬常開(kāi)狀態(tài)，潛孔錘停止工作時(shí)排液通道暢通。五、本發(fā)明能承受的工作泵量是同規(guī)格已有射吸式液壓潛孔錘的3 5倍，工作壓 降0. 5 1. 5Mpa，是一種可使用濃泥漿的大泵量、低壓降、不分流的液壓潛孔錘，它適用于 石油鉆井、水井鉆探等大口徑鉆井工程的旋沖鉆井工藝，特別是大泵量、高粘度鉆井泥漿、 施工的旋沖鉆井工藝。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆維修容易，易沖蝕、損壞部位少，使用過(guò)程中除 運(yùn)動(dòng)件被異物卡死，沉淀的泥沙埋住和正常磨損與沖蝕外一般不會(huì)有更多故障。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的芯閥示意圖。圖3是本發(fā)明的活塞示意圖。圖中的零件編號(hào)為1.上接頭；2.噴嘴；3.閥程座；4.芯閥；5.活塞；6.外殼；7.砧子；8.傳動(dòng)套； 9.射吸腔；10.閥冠；11.閥座通孔；12.活塞上腔；13.承噴孔；14.芯閥與活塞動(dòng)密封配 合；15.活塞與外殼動(dòng)密封配合；16.閥室；17.閥錐；18.閥座；19.活塞排液孔；20.活塞下 腔；21.砧子排液孔；22.閥錐下段；23.喉管入口 ；24.喉管；25.擴(kuò)散管；26.旁路；27.活 塞上孔段；28.密封件；29.密封件；A.閥程；B.自由行程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1-3所示，本發(fā)明提供的這種芯閥射吸式液壓潛孔錘，是由上接頭1、噴嘴2、 閥程座3、芯閥4、活塞5、外殼6、砧子7和傳動(dòng)套8等零件構(gòu)成，所有零件由上至下由里至外共同一條軸線順序安裝，閥程座、芯閥、活塞和外殼構(gòu)成芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的閥 程座固定在上接頭與外殼連接處，上接頭內(nèi)腔與閥程座之間形成射吸腔，工作液由噴嘴射 出經(jīng)過(guò)射吸腔進(jìn)入芯閥內(nèi)腔；芯閥形狀像一根空心的釘子，其上端的閥冠位于射吸腔內(nèi)，并 受到閥程座的限制只能在閥程座與射吸腔的頂面之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的距離A為閥程，中 段閥體和下部閥錐穿過(guò)閥程座中間的通孔進(jìn)入活塞內(nèi)腔；活塞外形呈圓柱狀，中心有孔貫 穿稱(chēng)為活塞內(nèi)腔，芯閥的閥體和閥錐裝在其內(nèi)，內(nèi)腔里面的閥座與閥錐構(gòu)成開(kāi)啟或關(guān)閉活 塞內(nèi)腔排液通道的閥門(mén)，活塞上端面與閥程座之間的空間為活塞上腔，下端面與砧子頂面 之間的空間為活塞下腔；外殼為圓形管柱，兩頭分別與上接頭和傳動(dòng)套螺紋連接，閥程座、 芯閥、活塞都順序安裝在外殼管內(nèi)，外殼與活塞、活塞與芯閥均為動(dòng)密封配合，并且相互間 是在密封狀態(tài)下沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)芯閥位于閥程下限、活塞內(nèi)腔里的閥座與芯閥的閥錐 即將沿軸向分開(kāi)時(shí)，活塞底面至砧子頂面之間的距離B為活塞的自由行程；閥程A+自由行 程B等于活塞的工作行程，當(dāng)活塞處于工作行程下限位置時(shí)，閥錐與閥座分開(kāi)B距離，活塞 里的液流通道開(kāi)啟。芯閥不僅是一個(gè)控制元件閥，同時(shí)還是一個(gè)在沿軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將液壓動(dòng) 能變?yōu)閴耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換元件承噴器，結(jié)構(gòu)如圖2所示，該承噴器中的承噴孔由閥冠頂部的 喉管入口開(kāi)始，往下是喉管，擴(kuò)散管和連通閥室的旁路構(gòu)成。閥錐下段與閥座相互撞擊的部 分是耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并且可以更換的零件?；钊粌H是一個(gè)將液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時(shí)還是一個(gè)與 芯閥配合實(shí)現(xiàn)往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)的控制元件，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，活塞外圓柱面與外殼內(nèi)壁之 間設(shè)有密封件與外殼內(nèi)壁構(gòu)成動(dòng)密封配合，活塞內(nèi)的通孔是由三個(gè)不同直徑的同軸孔段組 成，上孔段設(shè)有密封件與芯閥的外圓柱面構(gòu)成動(dòng)密封配合，中孔段直徑最大是容納芯閥旁 路出口段和閥錐的閥室，同時(shí)也是擴(kuò)散管的延伸腔，下孔段直徑較閥室小，是活塞的排液 孔，閥室與排液孔之間是一段與閥錐相配合的錐形閥座，受進(jìn)入芯閥的射流作用，閥錐與閥 座能使排液通道有規(guī)律的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)工作液流不斷地將活塞向上舉升和向下沖擊砧 子做功?；钊c外殼和活塞與芯閥之間的動(dòng)密封副，是由剛性材料制成的活塞環(huán)或彈性材 料制成的密封圈與光滑耐磨的孔壁或外圓柱面構(gòu)成。閥座是由耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的 材料制成并且可以更換的零件。工作原理鉆井液從噴嘴高速射出穿過(guò)射吸腔經(jīng)承噴孔、閥室活塞排液孔進(jìn)入活 塞下腔和砧子的排液孔排向井底，這個(gè)過(guò)程中由通孔連通的射吸腔和活塞上腔液壓迅速降 低，而它們的下腔的液壓則同步升高，壓差使芯閥迅速升至行程上限，活塞也隨之上升，直 至閥錐與閥座結(jié)合阻斷液流通道，阻斷的過(guò)程非常迅速，因此產(chǎn)生很強(qiáng)的水擊作用于芯閥 和活塞的頂部推動(dòng)芯閥與活塞向下沖擊砧子。由于芯閥受到閥程座的限制，當(dāng)活塞擊到砧 子時(shí)，閥錐與閥座已經(jīng)分離B距離，排液通道恢復(fù)暢通，下一個(gè)工作周期開(kāi)始，周而復(fù)始不 停地沖擊。
權(quán)利要求
1.一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，由上接頭(1)、噴嘴O)、閥程座(3)、芯閥、活塞 (5)、外殼(6)、砧子(7)和傳動(dòng)套(8)構(gòu)成，外殼兩頭分別與上接頭和傳動(dòng)套螺紋連接，其特 征在于噴嘴安裝在上接頭與閥程座之間的射吸腔(9)頂部，噴嘴下方的閥程座、芯閥和活 塞由上至下順序安裝在外殼內(nèi)構(gòu)成芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，該閥控機(jī)構(gòu)的閥程座固定在上接 頭與外殼連接處，芯閥的閥體和閥錐(17)穿過(guò)閥程座中心的通孔進(jìn)入活塞內(nèi)腔，芯閥的閥 冠(10)受閥程座限制只能在射吸腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；芯閥的閥體內(nèi)有承噴孔(13)，承噴孔的入 口在閥冠頂端，出口在閥體與閥錐之間，閥錐與活塞內(nèi)腔里面的閥座(18)構(gòu)成開(kāi)啟或關(guān)閉 活塞排液通道的閥門(mén)；芯閥的閥體外圓柱面與活塞內(nèi)腔上部構(gòu)成動(dòng)密封配合(14)且相互 間在密封狀態(tài)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞外圓柱面與外殼內(nèi)壁之間構(gòu)成動(dòng)密封配合(1 且相互間 在密封狀態(tài)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，其特征在于芯閥形狀像一根空心的釘 子，芯閥不僅是一個(gè)控制元件閥，同時(shí)還是一個(gè)在沿軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將液壓動(dòng)能轉(zhuǎn) 變?yōu)閴耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換承噴器，該承噴器中的承噴孔由閥冠頂部的喉管入口(23)、往下的喉 管(M)、與喉管入口連通的擴(kuò)散管0 和連通活塞內(nèi)腔的旁路06)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，其特征在于活塞外圓柱面與外殼內(nèi) 壁之間通過(guò)密封件0 構(gòu)成動(dòng)密封配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，其特征在于活塞不僅是一個(gè)將液能 轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時(shí)還是一個(gè)與芯閥配合實(shí)現(xiàn)往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)的控 制元件；活塞內(nèi)腔由三個(gè)不同直徑的同軸孔段組成，上孔段(XT)與芯閥的外圓柱面通過(guò)密 封件08)構(gòu)成動(dòng)密封配合(14)，直徑最大的中孔段既是容納芯閥旁路06)出口段和閥錐 (17)的閥室(16)，同時(shí)也是擴(kuò)散管05)的延伸腔，下孔段直徑小于中孔段，是活塞的排液 孔(19)；在進(jìn)入芯閥的工作液的射流作用下，閥錐(17)與閥座(18)構(gòu)成的閥門(mén)能使排液 孔(19)有規(guī)律的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)工作液流不斷地將活塞向上舉升和向下沖擊砧子做功。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，其特征在于芯閥的閥錐下段 (22)與活塞內(nèi)腔中的閥座(18)相互撞擊的部分為耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并 且是易更換的零件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，其特征在于芯閥與活塞以及活 塞與外殼之間的動(dòng)密封配合是由剛性材料制成的活塞環(huán)或彈性材料制成的密封圈與光滑 耐磨的孔壁或外圓柱面構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，其特征在于活塞內(nèi)腔中的 閥座由耐沖擊、耐磨損和耐腐蝕的材料制成并且是易更換的零件。
全文摘要
一種芯閥射吸式液壓潛孔錘，其特征在于噴嘴下方的閥程座、芯閥、活塞由上至下順序安裝在外殼內(nèi)構(gòu)成芯閥射吸式閥控機(jī)構(gòu)，閥程座直接控制著芯閥行程和活塞自由行程；芯閥具有閥門(mén)和承噴器兩種功能，既是控制元件又是將工作液流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換元件；活塞既是將液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能沖擊砧子作功的執(zhí)行元件，同時(shí)又是與芯閥配合實(shí)現(xiàn)往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)的控制元件，本發(fā)明能承受的工作泵量是同規(guī)格已有射吸式液壓潛孔錘的3～5倍，工作壓降0.5～1.5MPa，是一種可使用濃泥漿的大泵量、低壓降、不分流的液壓潛孔錘，它適用于石油鉆井、水井鉆探等大口徑鉆井工程的旋沖鉆井工藝，特別是大泵量、高粘度鉆井泥漿、施工的旋沖鉆井工藝。
文檔編號(hào)E21B34/06GK102094577SQ201010579649
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者劉國(guó)經(jīng) 申請(qǐng)人:劉國(guó)經(jīng)