CN101787858A - 井下钻柱减振增压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种井下钻柱减振增压装置，用于石油、天然气钻井作业中的配套工具。它包括上部转换接头、弹簧、中心轴、活塞轴、锁紧螺母、进水阀、密封总成、增压缸、增压缸扶正筒、增压缸外筒、出水阀、高压流道、下部转换接头。钻进过程中，当钻柱发生纵向振动时，钻柱带动转换接头、弹簧上封堵接头、中心轴和活塞轴一起相对于增压缸产生上下运动，在增压缸内吸入和压缩钻井液。可在传递动力、循环钻井液的同时，吸收钻柱振动的能量，将钻柱振动能转化为钻井液的压能，实现钻井液的井底增压。既可减少钻柱振动，保护钻柱，又能增加钻头喷嘴的射流压力，提高破岩效率。

Description

井下钻柱减振增压装置
一、技术领域：
本发明涉及一种用于石油、天然气钻井作业中的配套装置，具体是一种井下钻柱减振增压装置。
二、背景技术：
钻井工程作业要破碎厚达数千米厚的岩石，其破岩效率的主要影响因素是破岩工具和方法。实践表明，提高钻井过程中井底钻头喷嘴的射流压力，可以大大提高钻头的破岩效率和钻井速度。但是，如果从地面增加钻井液的压力输送给井底的钻头喷嘴，需要改变现有的设备和工艺，成本昂贵。另外，研究表明，钻井过程中由于钻柱的旋转会使得钻柱发生横向和纵向振动，这种振动往往造成钻柱的疲劳破坏。寻找新的高效破岩方法，提高钻井速度，对缩短油气资源的勘探周期、减少油气钻井和开发成本具有重要意义。
三、发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种既可减少钻柱振动，保护钻柱，又能增加钻头喷嘴的射流压力，提高破岩效率的井下钻柱减振增压装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括上部转换接头，弹簧，中心轴，活塞轴，密封总成，增压缸，高压流道和下部转换接头，上部转换接头与弹簧上封堵接头、中心轴和活塞轴相连成一体，中心轴与花键外筒相配合，可用于传递扭矩并允许中心轴可以上下活动，中心轴通过紧锁螺母连接活塞轴。弹簧外筒、弹簧下封堵接头、花键外筒、增压缸外筒和下部转换接头连接成一体，弹簧外筒内设有弹簧，增压缸固定在增压缸扶正筒内，增压缸扶正筒位于增压缸外筒内，活塞轴的底端设有进水阀，增压缸的底端设有出水阀，出水阀连通高压流道。
当采用本发明实施钻井时，由于钻柱的纵向振动，钻柱带动上部转换接头、弹簧上封堵接头、中心轴和活塞轴一起上下运动，同时，弹簧外筒内的弹簧通过压缩和膨胀可保证弹簧外筒、增压缸等不随钻柱上下运动，当钻柱向上运动时，带动中心轴和活塞轴相对于增压缸向上移动，增压缸内产生负压，吸入钻井液。当钻柱向下运动时，带动中心轴和活塞轴向下移动，压缩增压缸内的钻井液并使之增压，增压后的钻井液通过出水阀进入高压流道，高压流道与联通某个钻头喷嘴的高压管相连，从而产生高压射流，辅助破碎井底岩石。
其基本原理在于：钻柱发生纵向振动时带动活塞轴相对于增压缸产生往复运动，实现钻井液在井下增压。同时，通过弹簧和增压缸内的钻井液吸收振动能量，稳定钻柱和井底钻头。
本发明的效果是：本发明将钻柱减振与钻井液增压相结合，将容易引起钻柱疲劳破坏的钻柱振动能转化为钻井液的压能，实现井底增压，提高破岩效率，变有害为有利。同时，不需要改变现有钻井工艺和装备，不影响正常的循环和钻井作业。该装置原理可行、结构简单，可保证在井底空间条件下各部件具有足够大的尺寸和强度，从而可保证其工作寿命满足工程要求。
四、附图说明：
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明A-A处的剖面示意图；
附图3是本发明B-B处的剖面示意图；
附图4是本发明C-C处的剖面示意图。
五、具体实施方式：
下面结合附图，对本发明进一步进行说明，它包括上部转换接头1，弹簧上封堵接头2，弹簧外筒3，弹簧4，弹簧下封堵接头5，中心轴6，花键外筒7，活塞轴8，锁紧螺母9，进水阀10，密封总成11，增压缸12，增压缸扶正筒13，增压缸外筒14，出水阀15，高压流道16和下部转换接头17。上部转换接头1与弹簧上封堵接头2、中心轴6和活塞轴8相连成一体，中心轴6与花键外筒7相配合，可用于传递扭矩并允许中心轴6可以上下活动，中心轴6通过紧锁螺母9连接活塞轴8，弹簧外筒3、弹簧下封堵接头5、花键外筒7、增压缸外筒14和下部转换接头17连接成一体，弹簧外筒3内设有弹簧4，增压缸12固定在增压缸扶正筒13内，增压缸扶正筒13位于增压缸外筒14内，活塞轴8的底端设有进水阀10，增压缸12的底端设有出水阀15，出水阀15连通高压流道16。
本发明上部为减振系统，下部为钻井液增压系统，可整体连接在钻柱和破岩钻头之间。实施钻井时，由于钻柱的纵向振动，钻柱带动上部转换接头1、弹簧上封堵接头2、中心轴6和活塞轴8一起上下运动，同时，弹簧外筒3内的弹簧4通过压缩和膨胀可保证弹簧外筒3、增压缸12等不随钻柱上下运动。当钻柱向上运动时，带动中心轴6和活塞轴8相对于增压缸12向上移动，增压缸12内产生负压，吸入钻井液，当钻柱向下运动时，带动中心轴6和活塞轴8向下移动，压缩增压缸12内的钻井液并使之增压，增压后的钻井液通过出水阀15进入高压流道16，高压流道与联通某个钻头喷嘴的高压管相连，从而产生高压射流，辅助破碎井底岩石。

Claims (1)

1.井下钻柱减振增压装置，包括上部转换接头，弹簧，中心轴，活塞轴，密封总成，增压缸，高压流道和下部转换接头，其特征在于：上部转换接头与弹簧上封堵接头、中心轴和活塞轴相连成一体，中心轴与花键外筒相配合，可用于传递扭矩并允许中心轴可以上下活动，中心轴通过紧锁螺母连接活塞轴，弹簧外筒、弹簧下封堵接头、花键外筒、增压缸外筒和下部转换接头连接成一体，弹簧外筒内设有弹簧，增压缸固定在增压缸扶正筒内，增压缸扶正筒位于增压缸外筒内，活塞轴的底端设有进水阀，增压缸的底端设有出水阀，出水阀连通高压流道。
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