CN104265173A - 一种减振提速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种减振提速装置，包括减振轴，所述减振轴的上端连接转换接头，减振轴的外部顺次套设有上接头和壳体，所述壳体下方连接下接头，所述壳体与减振轴之间安装有错流阀，所述下接头的内部安装有混流阀和喷嘴，且混流阀处于喷嘴的上方。本发明提供的减振提速装置结构简单，长度短，连接使用方便，易损件少，能适应各种地层，在不影响正常钻进的情况下提高钻井速度，延长钻杆和钻头的寿命，为缩短钻井周期和减少钻井成本提供了一种有效途径，具有很好的现场应用前景。同时，本发明能够将环空岩屑引入到装置内部形成磨料射流，降低岩石门限钻压，提高机械钻速，使井下能量利用率得到提高。

Description

一种减振提速装置

技术领域

本发明涉及到一种石油天然气勘探与开发领域的钻井减振提速装置，尤其涉及到一种石油钻井用减振提速装置。

背景技术

随着石油勘探与开发领域所钻的井越来越深，地层越来越硬，地层的岩性硬度等状况也越来越复杂。当钻遇这样的地层时，会出现机械钻速低、钻柱振动强烈、钻井周期长和钻井成本高等问题。为此提高机械钻速和缩短钻井周期是钻井工程师一直追求的目标。钻柱在井下工作时，受力状况和工作环境异常恶劣，所以极易引起钻柱的振动，严重影响了钻柱和钻头的寿命。实践表明：（1）在钻柱的振动中，对钻柱寿命影响最大的是纵向振动；（2）高速射流中混入一定比例的固相颗粒，形成磨料射流，射流和固相颗粒冲击研磨岩石，可显著降低岩石破碎的门限钻压，提高破碎效率。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种减振提速装置，该减振提速装置利用钻柱的纵向振动，转化成错流阀处的脉冲射流，利用射流在射流孔出口处产生的局部低压，将环空岩屑引入工具内部，在混流阀内和钻井液充分混合，经瓶颈式喷嘴喷出，形成磨料射流作用于井底，利用射流和岩屑颗粒的研磨作用，降低岩石的门限钻压，提高破岩效率。

本发明提供一种减振提速装置，包括减振轴，所述减振轴的上端连接转换接头，减振轴的外部顺次套设有上接头和壳体，所述壳体下方连接下接头，所述壳体与减振轴之间安装有错流阀，所述下接头的内部安装有混流阀和喷嘴，且混流阀处于喷嘴的上方。

还包括碟形弹簧，所述碟形弹簧安装于壳体和减振轴之间，并处于错流阀的上方。

还包括第一密封圈，所述第一密封圈处于减振轴和上接头之间。

还包括第二密封圈，所述第二密封圈处于减振轴和错流阀之间。

所述减振轴内部中空，从上至下分为四段，分别为第一段、第二段、第三段和第四段，其中所述第一段的外壁横截面为六方形，第二段、第三段和第四段的外壁截面为圆形，且外壁的直径递减。

所述第一密封圈安装于减振轴第二段的外壁上，所述第二密封圈安装于减振轴第三段的外壁上。

所述错流阀的侧壁沿径向均匀分布有4个错流阀径向射流孔，且所述错流阀径向射流孔的下方还沿轴向均匀分布有4个分别与之连通的错流阀轴向射流孔。

所述混流阀、壳体和错流阀围成圆柱形卷吸腔。

所述混流阀的中心具有扶正腔，于扶正腔的外侧对称分布有两个半月形混流通道，所述扶正腔和两个半月形混流通道在混流阀的底部连通并形成混合腔。

本发明具有的优点在于：

（1）本发明提供的一种减振提速装置的结构简单，易损件少，能适应各种地层，在不影响正常钻进的情况下提高钻井速度，延长钻杆和钻头的寿命，为缩短钻井周期和减少钻井成本提供了一种有效途径，具有很好的现场应用前景。

（2）本发明提供的一种减振提速装置采用碟形弹簧，刚度大，缓冲吸振能力强，所需空间小、组合使用方便、维修换装容易，而且经济、安全性高，使用寿命长。

（3）本发明提供的一种减振提速装置的长度短，连接使用方便，不影响其他井下工具的使用。

（4）本发明提供的一种减振提速装置，将环空岩屑引入到装置内部形成磨料射流，降低岩石门限钻压，提高机械钻速，使井下能量利用率得到提高。

附图说明

图1：本发明提供的一种减振提速装置的结构示意图之一；

图2：本发明提供的一种减振提速装置的结构示意图之二；

图3：图2中B-B位置的剖面图；

图4：图2中C-C位置的剖面图；

图5：图2中D-D位置的剖面图；

图6：图2中I-I位置的剖面图；

图7：图2中J-J位置的剖面图.

图中：

1-转换接头；2-减振轴；3-上接头；4、8-方形密封圈；5-碟形弹簧；6-壳体；7-内六角螺丝； 9-错流阀；10-混流阀；11-瓶颈式喷嘴；12-下接头；13-卷吸腔；14-减振腔；15-筛网堵头；21-节流通道；22-减振轴径向射流孔； 23-减振轴内流道；61-环空岩屑吸入孔；62-呼吸孔；63-定位凸台；91-错流阀轴向射流孔；92-错流阀径向射流孔；101-混合腔；102-扶正腔； 103-半月形混流通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明从钻柱减振和提高机械钻速的思路出发，巧妙地将二者结合，设计了一种集钻柱减振和井底磨料射流于一体的减振提速装置。充分利用钻柱的纵向振动，将其转化为下部的磨料脉冲射流。本发明的减振提速装置在消除或者减少了钻柱纵向振动的同时提高了钻井速度，延长了钻柱寿命，降低了钻井成本。

本发明提供的一种减振提速装置，如图1和图2所示，主要包括转换接头1、减振轴2、上接头3、第一密封圈4、碟形弹簧5、壳体6、第二密封圈8、错流阀9、混流阀10、瓶颈式喷嘴11和下接头12。

所述转换接头1的两端均为母扣，其上端用于连接钻柱，下端连接减振轴2。所述减振轴2的内部中空，优选为圆柱体，形成减振轴的内流道23，减振轴2整体从上至下纵向主要分为四段，如图3所示，其第一段的外壁横截面为六方形，保证上部扭矩的传递，且第一段整体外壁形状为锥体结构。剩余其他三段的外壁横截面均为圆形而且外壁直径依次递减，其中最粗的第二段靠近下端的外壁上分布三个安装第一密封圈4的方形沟槽，以形成第二段与上接头3之间的密封。较粗的第三段的外壁上均匀分布四个减振轴径向射流孔22和两个方形沟槽以安装第二密封圈8，通过第二密封圈8形成减振轴2的第三段与错流阀9之间的密封。所述四个减振轴径向射流孔22均匀分布于第三段上，且处于同一高度位置，且位于第二密封圈8的上方。

所述上接头3的一端为六方孔套装在减振轴2的第一段的外部，另一端为公扣连接壳体6的上端。所述壳体6对应主要处于减振轴2的第三段和第四段的外围，所述壳体6为圆柱状，两端均为母扣，内部设计有定位凸台7，用以定位碟形弹簧5和错流阀9，碟形弹簧5起到支撑减振轴2的作用。所述碟形弹簧5和错流阀9均处于壳体6和减振轴2的第三段之间，其中碟形弹簧5处于定位凸台63的上方，错流阀9处于定位凸台63的下方。所述减振轴2的第三段外壁与壳体的内壁之间安装碟形弹簧的腔体位置为减振腔14。如图5所示，壳体自上而下依次分布有1个呼吸孔62、4个错流阀安装孔（即为安装内六角螺丝7的孔）和4个环空岩屑吸入孔61。所述呼吸孔62处于减振腔14外侧的壳体6的外壁上，所述4个错流阀安装孔为安装内六角螺丝7的孔，其正对处于定位凸台63的下方。所述错流阀9采用内六角螺丝固定于壳体6内壁，并和减振轴2的第三段的外壁密封配合，错流阀9的侧壁上沿周向均匀分布有4个错流阀径向射流孔92（处于同一高度）、以及4个分别与之连通的沿着轴向分布的错流阀轴向射流孔91（处于同一半径位置），如图6和图7所示，所述错流阀轴向射流孔91处于错流阀径向射流孔92的下方。所述混流阀10和瓶颈式喷嘴11依次安装在下接头12的内部，且混流阀10处于瓶颈式喷嘴11的上方，所述混流阀10、壳体6和错流阀9围成圆柱形卷吸腔13，且所述4个环空岩屑吸入孔61处于卷吸腔13外侧的壳体6外壁上，所述错流阀轴向射流孔91正对卷吸腔13的顶部。混流阀10在混流的同时也起到扶正减振轴的作用，其中心具有扶正腔102 ，如图4所示，于扶正腔102的外侧对称分布有两个倾斜的半月形混流通道103，使混流阀10内部环空岩屑和钻井液完全混合，继而进入下面的瓶颈式喷嘴11中，形成射流。所述扶正腔102和两个半月形混流通道103在混流阀10的底部连通并形成混合腔101。所述下接头12上端为公扣，直接连接壳体6的下端，下端为用于连接钻头的母扣，而内壁带有螺纹用以安装瓶颈喷嘴11和混流阀10。

装置未工作状态，如装配图所示，在碟形弹簧5预紧力的作用下减振轴位于上限，减振轴2上的减振轴径向射流孔22和错流阀上的径向射流孔92错开，射流通道被堵死。装置工作时，钻井液经转换接头1向下流动，一部分直接通过减振轴内流道23到达井底，保证正常钻井液的循环；与此同时，当钻柱纵向振动产生的作用力超过碟形弹簧5的预紧力时，碟形弹簧5压缩，缓冲钻柱的振动，减振轴2向下运行，减振腔14缩小，内部钻井液通过呼吸孔62被压出；当减振轴2上的径向射流孔22和错流阀上的径向射流孔92重合时，射流通道打开，在减振轴下部节流通道21的逼压作用下一部分钻井液通过径向射流孔92进入错流阀9，在错流阀9四个轴向射流孔91出口处分别形成高速射流，射流由于卷吸作用会在出口处形成局部低压，在壳体内外压差作用下环空钻井液携带岩屑通过壳体的4个环空岩屑吸入孔61进入卷吸腔13，在射流的带动作用下进入混流阀10和直接来自减振轴内流道23的钻井液在混合腔102内部充分混合，经瓶颈式喷嘴11喷出，形成磨料射流作用于井底；当减振轴2下行到下限时，在钻柱纵向振动的带动下，减振轴2向上运动，碟形弹簧5恢复预紧力，环空钻井液通过呼吸孔62进入减振腔14，起到润滑和冷却碟形弹簧5的作用，减振轴1上的径向射流孔22慢慢地和错流阀上的径向射流孔92错开，射流通道堵死，当减振轴2到达上限时停止上行，在钻柱振动的周期带动下随即进入下一个工作周期，周而复始，装置在消除或者减小钻柱的纵向振动的同时利用磨料射流作用于井底，在射流和颗粒的研磨作用下，地层岩石破碎的门限钻压降低，提高机械钻速，缩短钻井周期。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种减振提速装置，其特征在于，包括减振轴，所述减振轴的上端连接转换接头，减振轴的外部顺次套设有上接头和壳体，所述壳体下方连接下接头，所述壳体与减振轴之间安装有错流阀，所述下接头的内部安装有混流阀和喷嘴，且混流阀处于喷嘴的上方。

2.根据权利要求1所述的减振提速装置，其特征在于，还包括碟形弹簧，所述碟形弹簧安装于壳体和减振轴之间，并处于错流阀的上方。

3.根据权利要求2所述的减振提速装置，其特征在于，还包括第一密封圈，所述第一密封圈处于减振轴和上接头之间。

4.根据权利要求3所述的减振提速装置，其特征在于，还包括第二密封圈，所述第二密封圈处于减振轴和错流阀之间。

5.根据权利要求4所述的减振提速装置，其特征在于，所述减振轴内部中空，从上至下分为四段，分别为第一段、第二段、第三段和第四段，其中所述第一段的外壁横截面为六方形，第二段、第三段和第四段的外壁截面为圆形，且外壁的直径递减。

6.根据权利要求5所述的减振提速装置，其特征在于，所述第一密封圈安装于减振轴第二段的外壁上，所述第二密封圈安装于减振轴第三段的外壁上。

7.根据权利要求6所述的减振提速装置，其特征在于，所述错流阀的侧壁沿径向均匀分布有4个错流阀径向射流孔，且所述错流阀径向射流孔的下方还沿轴向均匀分布有4个分别与之连通的错流阀轴向射流孔。

8.根据权利要求7所述的减振提速装置，其特征在于，所述混流阀、壳体和错流阀围成圆柱形卷吸腔。

9.根据权利要求8所述的减振提速装置，其特征在于，所述混流阀的中心具有扶正腔，于扶正腔的外侧对称分布有两个半月形混流通道，所述扶正腔和两个半月形混流通道在混流阀的底部连通并形成混合腔。