雙向液動沖擊馬達(dá)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙向液動沖擊馬達(dá)，主要由外殼體1、液動機構(gòu)2、旁通孔3、傳動軸4、彈簧5、上閥6和下閥7上旋閥8、下旋閥9、回轉(zhuǎn)彈簧10組成。使用時將其安裝在底部鉆具組合與鉆頭之間，不僅能夠為鉆頭破巖提供高轉(zhuǎn)速和大扭矩，還能夠為鉆頭施加軸向沖擊載荷和周向沖擊載荷，即在常規(guī)馬達(dá)提高鉆頭破巖效率的基礎(chǔ)上，增加了軸向沖擊破巖和周向沖擊破巖兩種高效破巖方式，進(jìn)一步提高了鉆井速度，有利于保護(hù)鉆頭、減少起下鉆的次數(shù)、縮短鉆井周期、降低鉆井綜合成本。同時，雙向液動沖擊馬達(dá)馬達(dá)還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、便于安裝、安全可靠的優(yōu)點，便于批量制造和大范圍推廣應(yīng)用。
【專利說明】雙向液動沖擊馬達(dá)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及主要涉及石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探驅(qū)動裝置領(lǐng)域，尤其是一種雙向液動沖擊馬達(dá)。

【背景技術(shù)】
[0002]井下動力馬達(dá)仍是目前國內(nèi)外復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井過程中主要應(yīng)用的鉆井工具，在石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探等行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，承擔(dān)了 95%以上的鉆井施工任務(wù)。但在鉆井過程中，現(xiàn)有井下動力馬達(dá)除提供鉆頭破巖的轉(zhuǎn)速和扭矩外，不具備其他高效破巖的功能。研究結(jié)果與現(xiàn)場實踐表明，在鉆井過程中，軸向沖擊裝置能將鉆井液的能量轉(zhuǎn)化為高頻軸向沖擊力，在鉆頭上形成高頻脈沖鉆壓，較普通旋轉(zhuǎn)鉆井可提高鉆井速度30%以上，可以在較低的鉆壓下取得較好的使用效果，避免鉆井過程中由于大鉆壓產(chǎn)生的井斜和鉆柱磨損及疲勞損壞，軸向沖擊可以形成高壓脈沖射流，增強鉆井液沖洗井底的能力，鉆井液壓力的脈沖變化，導(dǎo)致了井底壓力周期性發(fā)生變化，改善了井底巖石的應(yīng)力狀態(tài)，有利于消除巖屑壓持效應(yīng)，增強了水力輔助破巖效果；周向沖擊可以將鉆井液的能量轉(zhuǎn)化為低幅、高頻脈沖扭矩，該扭矩與鉆機旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)扭矩同時傳遞給鉆頭，不僅可以顯著提高鉆井速度，而且可以有效減少或消除硬地層鉆井過程中鉆頭的有害振動，保護(hù)鉆頭，延長鉆頭壽命，提聞鉆井速度可達(dá)150%以上。
[0003]我國油氣資源的高效開發(fā)使得長水平段水平井、大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的數(shù)量日益增加，常規(guī)軸向沖擊鉆井技術(shù)和周向沖擊鉆井技術(shù)主要用于直井的鉆井過程，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井工藝的要求，根據(jù)井下動力馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點，不能夠簡單的將軸向沖擊裝置與周向沖擊裝置組合連接，如果強行組合使用，不僅達(dá)不到提高鉆井速度的目的，還可能影響馬達(dá)的使用效果或引發(fā)井下安全事故的發(fā)生。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，進(jìn)一步提高井下動力馬達(dá)的破巖效率，充分發(fā)揮軸向沖擊和周向沖擊在破巖方面的技術(shù)優(yōu)勢，同時減緩振動提高鉆壓穩(wěn)定性，保護(hù)鉆頭，降低鉆井綜合成本，滿足油氣資源高效開發(fā)的要求，而提出一種結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，控制精度高，操作方便的雙向液動沖擊馬達(dá)。這對于發(fā)揮井下動力馬達(dá)技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)一步提高鉆井破巖的效率，提升我國動力馬達(dá)鉆井的工藝技術(shù)水平，增強國際競爭力，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的脈動低壓旋沖鉆井馬達(dá)技術(shù)具有重要的經(jīng)濟價值和社會價值。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0006]雙向液動沖擊馬達(dá)，包括外殼體1、液動機構(gòu)2、旁通孔3、傳動軸4、彈簧5、上閥6和下閥7，其特征在于還包括上旋閥8、下旋閥9、回轉(zhuǎn)彈簧10 ;其中:液動機構(gòu)2安裝在外殼體I內(nèi)部，與傳動軸4上部連接；旁通孔3設(shè)在傳動軸4上部，與液動機構(gòu)2貫通；上閥6為底部封閉筒狀結(jié)構(gòu)，安裝在旁通孔3下部的傳動軸4內(nèi)部，上閥6外壁設(shè)有限位塊與傳動軸4上的限位槽14形成軸向限位配合，上閥6與傳動軸4之間的環(huán)形腔內(nèi)安裝彈簧5，上閥6底部設(shè)有徑向旁通孔15 ;下閥7為中空結(jié)構(gòu)，安裝在上閥6下方的傳動軸4內(nèi)部，并與上閥6構(gòu)成間歇配合，下閥7外壁設(shè)有限位塊與傳動軸4上的限位槽16形成軸向限位配合；上旋閥8與下旋閥9均安裝在傳動軸4內(nèi)部，且位于下閥7的下部；上旋閥8固定安裝在傳動軸4上，上旋閥8軸心設(shè)有上通孔11，周邊設(shè)有上引流孔17 ;下旋閥9安裝在傳動軸4內(nèi)，并與傳動軸4構(gòu)成旋轉(zhuǎn)配合，下旋閥9軸心設(shè)有下通孔12，周邊設(shè)有下引流孔18和沖擊塊13，沖擊塊13與傳動軸4內(nèi)設(shè)的沖擊凹槽19構(gòu)成周向限位配合；上旋閥8的上通孔11與下旋閥9的下通孔12連通，上旋閥8的上引流孔17與下旋閥9的下引流孔18構(gòu)成旋轉(zhuǎn)開、閉配合；回轉(zhuǎn)彈簧10安裝在下旋閥9與傳動軸4之間。
[0007]上述方案還包括:所述上旋閥8的上引流孔17為傾斜結(jié)構(gòu)。
[0008]上述方案進(jìn)一步包括:液動機構(gòu)2與傳動軸4之間通過聯(lián)軸器連接；所述液動機構(gòu)2包括螺桿轉(zhuǎn)子和螺桿定子構(gòu)成的螺桿泵，或渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子組成的渦輪泵。
[0009]其工作原理是:開始鉆井施工時，鉆井液首先到達(dá)液動機構(gòu)，液動機構(gòu)在鉆井液的壓力作用下開始旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動傳動軸旋轉(zhuǎn)。鉆井液經(jīng)過液動機構(gòu)后，通過傳動軸上部的旁通孔進(jìn)入傳動軸內(nèi)部，并進(jìn)入上閥內(nèi)，通過上閥然后進(jìn)入下閥。鉆井液經(jīng)過下閥時產(chǎn)生的壓降開始推動下閥向上移動，當(dāng)下閥的上端面與上閥的下端面接觸時，鉆井液的流道瞬間關(guān)閉，在慣性的作用下上閥向上移動至上閥的上止點，此時由于流道關(guān)閉產(chǎn)生的水擊波推動上閥和下閥同時向下移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)上閥的下止點時，上閥停止，下閥繼續(xù)向下移動，并快速沖擊至下止點，由此產(chǎn)生了作用在鉆頭上的向下的軸向沖擊載荷，增加了鉆頭破巖的瞬時鉆壓，提高了鉆頭破巖效率，與此同時流道打開，完成一次軸向沖擊。鉆井液通過上閥和下閥后，到達(dá)上旋閥，此時一部分鉆井液經(jīng)過上旋閥的上通孔和下旋閥的下通孔直接到達(dá)井底鉆頭，另一部分鉆井液經(jīng)過上旋閥引流孔和下旋閥引流孔后到達(dá)鉆頭，由于上旋閥的流道是傾斜結(jié)構(gòu)，鉆井液經(jīng)過時會發(fā)生變向，進(jìn)入下旋閥流道時，鉆井液變向產(chǎn)生的側(cè)壓力就會驅(qū)動下旋閥沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，下旋閥逆時針轉(zhuǎn)動的同時壓縮回轉(zhuǎn)彈簧。當(dāng)下旋閥轉(zhuǎn)動關(guān)閉上旋閥的引流道時，回轉(zhuǎn)彈簧驅(qū)動下旋閥沿順時針方向快速轉(zhuǎn)動，當(dāng)下旋閥上的沖擊機構(gòu)撞擊到傳動軸時，下旋閥停止轉(zhuǎn)動，同時打開上旋閥流道，完成一次周向沖擊。隨著鉆井液的不斷流動，上閥與下閥沿軸向往復(fù)運動，上旋閥與下旋閥沿周向往復(fù)運動，就在傳動軸上同時產(chǎn)生了軸向沖擊和周向沖擊效應(yīng)。由于傳動軸連接著井底鉆頭，沖擊能量就會通過傳動軸傳遞至鉆頭，就為鉆頭施加了軸向沖擊載荷和周向沖擊載荷的雙重作用，進(jìn)而增大了鉆頭破巖的瞬時鉆壓和瞬時扭矩，從而提高了鉆井的機械鉆速。
[0010]雙向液動沖擊馬達(dá)不僅能夠用于直井鉆進(jìn)，還能夠改進(jìn)成帶有彎角的結(jié)構(gòu)，便于應(yīng)用在復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆井過程中。雙向液動馬達(dá)能夠通過調(diào)整上閥、下閥、上旋閥、下旋閥的行程及回轉(zhuǎn)彈簧的力學(xué)參數(shù)，實現(xiàn)適用于各種類型鉆頭(牙輪鉆頭、PDC鉆頭等)的要求。
[0011]現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，在深直井中使用雙向液動沖擊馬達(dá)，能夠平均單井節(jié)省鉆井周期15-20天，鉆井效率提高76.5% ;在復(fù)雜結(jié)構(gòu)井中使用雙向液動沖擊馬達(dá)，能夠平均單井節(jié)省鉆井周期10-15天，鉆井效率提高65.8%，且鉆井質(zhì)量符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了低能耗、高效率的鉆井目的。
[0012]同時，雙向液動沖擊馬達(dá)還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、性能可靠、操作方便等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是依據(jù)本實用新型所提出的一種雙向液動沖擊馬達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是圖1中的A-A截面不意圖。
[0015]圖3是圖1中的B-B截面示意圖。
[0016]圖4是圖2中C_C(上旋閥的上引流道部分閥體)截面示意圖。
[0017]圖中1-外殼體、2-液動機構(gòu)、3-旁通孔、4-傳動軸、5-彈簧、6-上閥、7-下閥、8-上旋閥、9-下旋閥、10-回轉(zhuǎn)彈簧、11-上通孔、12-下通孔、13-沖擊機構(gòu)、14-上閥的限位槽、15-徑向旁通孔、16-下閥的限位槽、17上引流孔、18-下引流孔、19-沖擊凹槽、20-下接頭。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例來詳細(xì)描述本實用新型。
[0019]如圖1，雙向液動沖擊馬達(dá)，包括外殼體1、液動機構(gòu)2、旁通孔3、傳動軸4、彈簧5、上閥6和下閥7上旋閥8、下旋閥9、回轉(zhuǎn)彈簧10。其中:傳動軸4下端整體帶有下接頭20。液動機構(gòu)2安裝在外殼體I內(nèi)部，與傳動軸4上部連接。旁通孔3設(shè)在傳動軸4上部，與液動機構(gòu)2貫通。上閥6為底部封閉筒狀結(jié)構(gòu)，安裝在旁通孔3下部的傳動軸4內(nèi)部，上閥6外壁設(shè)有限位塊與傳動軸4上的限位槽14形成軸向限位配合，上閥6與傳動軸4之間的環(huán)形腔內(nèi)安裝彈簧5，上閥6底部設(shè)有徑向旁通孔15。下閥7為中空結(jié)構(gòu)，安裝在上閥6下方的傳動軸4內(nèi)部，并與上閥6構(gòu)成間歇配合，下閥7外壁設(shè)有限位塊與傳動軸4上的限位槽16形成軸向限位配合。
[0020]參照附圖2和3，上旋閥8與下旋閥9均安裝在傳動軸4內(nèi)部，且位于下閥7的下部；上旋閥8固定安裝在傳動軸4上，上旋閥8軸心設(shè)有上通孔11，周邊設(shè)有上引流孔17 ；下旋閥9傳動軸4構(gòu)成旋轉(zhuǎn)配合，下旋閥9軸心設(shè)有下通孔12，周邊設(shè)有下引流孔18和沖擊塊13，沖擊塊13與傳動軸4內(nèi)設(shè)的沖擊凹槽19構(gòu)成周向限位配合；上旋閥8的上通孔11與下旋閥9的下通孔12連通，上旋閥8的上引流孔17與下旋閥9的下引流孔18構(gòu)成旋轉(zhuǎn)開、閉配合；回轉(zhuǎn)彈簧10安裝在下旋閥9與傳動軸4之間。
[0021]參照圖4，為了使鉆井液經(jīng)過上旋閥8的上引流孔17產(chǎn)生更大側(cè)壓力，上引流孔17流道采用傾斜結(jié)構(gòu)。
[0022]上述實施例中，液動機構(gòu)2與傳動軸4之間通過聯(lián)軸器連接；所述液動機構(gòu)2包括螺桿轉(zhuǎn)子和螺桿定子構(gòu)成的螺桿泵，或渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子組成的渦輪泵。
[0023]本實施例的工作原理(流程)參照實用新型內(nèi)容部分。
【權(quán)利要求】
1.雙向液動沖擊馬達(dá)，包括外殼體(I)、液動機構(gòu)(2)、旁通孔(3)、傳動軸(4)、彈簧(5)、上閥(6)和下閥(7)，其特征在于還包括上旋閥(8)、下旋閥(9)、回轉(zhuǎn)彈簧(10);其中:液動機構(gòu)(2)安裝在外殼體(I)內(nèi)部，與傳動軸(4)上部連接；旁通孔(3)設(shè)在傳動軸(4)上部，與液動機構(gòu)(2)貫通；上閥(6)為底部封閉筒狀結(jié)構(gòu)，安裝在旁通孔(3)下部的傳動軸(4)內(nèi)部，上閥(6)外壁設(shè)有限位塊與傳動軸(4)上的限位槽(14)形成軸向限位配合，上閥(6)與傳動軸⑷之間的環(huán)形腔內(nèi)安裝彈簧(5)，上閥(6)底部設(shè)有徑向旁通孔(15)；下閥(7)為中空結(jié)構(gòu)，安裝在上閥(6)下方的傳動軸(4)內(nèi)部，并與上閥(6)構(gòu)成間歇配合，下閥(7)外壁設(shè)有限位塊與傳動軸(4)上的限位槽(16)形成軸向限位配合；上旋閥(8)與下旋閥(9)均安裝在傳動軸(4)內(nèi)部，且位于下閥(7)的下部；上旋閥(8)固定安裝在傳動軸(4)上，上旋閥(8)軸心設(shè)有上通孔(11)，周邊設(shè)有上引流孔(17);下旋閥(9)安裝在傳動軸(4)內(nèi)，并與傳動軸(4)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)配合，下旋閥(9)軸心設(shè)有下通孔(12)，周邊設(shè)有下引流孔(18)和沖擊塊(13)，沖擊塊(13)與傳動軸⑷內(nèi)設(shè)的沖擊凹槽(19)構(gòu)成周向限位配合；上旋閥⑶的上通孔(11)與下旋閥(9)的下通孔(12)連通，上旋閥⑶的上引流孔(17)與下旋閥(9)的下引流孔(18)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)開、閉配合；回轉(zhuǎn)彈簧(10)安裝在下旋閥(9)與傳動軸⑷之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向液動沖擊馬達(dá)，其特征在于:所述上旋閥(8)的上引流孔(17)為傾斜結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙向液動沖擊馬達(dá)，其特征在于:液動機構(gòu)(2)與傳動軸(4)之間通過聯(lián)軸器連接；所述液動機構(gòu)(2)包括螺桿轉(zhuǎn)子和螺桿定子構(gòu)成的螺桿泵，或渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子組成的渦輪泵。
【文檔編號】E21B4/14GK204200078SQ201420562382
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】李文飛, 周延軍, 夏文安, 李玄燁, 安慶寶, 耿應(yīng)春, 于承朋, 翟文濤 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院