CN104727748A - 一种射流式扭向减阻震荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射流式扭向减阻震荡器,涉及钻井工艺技术领域。所述冲击器包括上接头、外缸、上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞、轴承、卡块、钻头套;所述外缸内部依次设置所述上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞、轴承;所述外缸的上端与所述上接头通过螺纹连接,下端通过所述的卡块与所述钻头套连接。本发明实施例通过相应的结构设计,可延长钻头的使用寿命,提高PDC钻头的破岩效率。

Description

一种射流式扭向减阻震荡器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种钻井工艺技术领域,具体涉及一种射流式扭向减阻震荡器。
背景技术
[0002] 随着油气勘探工作的发展和深入,在深井钻井以及西部许多区块硬地层钻进过程中,机械钻速低,钻头寿命短等难题非常突出。如在苏里格地区、四川东部油田、塔里木盆地等勘探开发钻井工作中都遇到了较硬地层,在使用PDC钻头钻进上述地层时,尤其是在深井钻探过程中卡滑效应十分严重。该卡滑效应使得钻柱内累积的扭转弹性能不规则的释放,导致PDC钻头的破岩过程变得极不稳定,加速PDC钻头非正常损坏,降低了 PDC钻头的使用寿命,同时也会影响钻井过程中的机械钻速,降低钻井效率。
发明内容
[0003] 针对上述问题,本发明实施例提供了一种射流式扭向减阻震荡器,旨在解决现有技术中因卡滑效应造成的PDC钻头使用寿命短,以及钻井效率低的技术问题。
[0004] 为实现上述目的,提供了一种射流式扭向减阻震荡器,所述射流式扭矩冲击器包括上接头、外缸、上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞、轴承、卡快、钻头套;所述外缸内部依次设置所述上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞及轴承;所述外缸的上端与所述上接头通过螺纹连接,下端通过所述的卡快与所述钻头套连接;所述上端盖位于所述双稳射流元件上端,中心通道与所述双稳射流元件的入口连通;所述双稳射流元件设有两输出道,两输出道的两侧分别设置有空道;所述双稳射流元件的两输出道通过喷嘴和所述交变压力流道的上端部联通;所述交变压力流道中沿轴向设置有两条高压流道及一条低压流道,所述两条高压流道的第一端分别与所述双稳射流元件的两输出道相连通,所述两条高压流道的第二端与所述扭矩缸连通;所述扭矩活塞设置在所述扭矩缸内;所述扭矩活塞中部沿轴向设置有一中心流道;所述低压流道的第一端与所述扭矩活塞的中心流道连通;所述低压流道的第二端与所述双稳射流元件的排空道连通;所述钻头套通过螺纹与钻头连接。
[0005] 进一步地,所述交变压力流道通过分流流道对双稳射流元件输出的两道高压流体分别进行分流,每道高压流体被分为相对的两道高压流体,分流后形成的四道高压流体在交变压力流道横截面上呈圆周均匀分布,处于相对位置的流体同时出现,而相邻位置的流体交替出现,分流后的四道高压流体进入到扭矩缸内作用于扭矩活塞。
[0006] 进一步地,所述扭矩缸固定于外缸内,扭矩缸与扭矩活塞之间设有与交变压力流道分流后形成的四道高压流体连通的四个空腔,当交变压力流道某一相对位置的高压流体出现时,扭矩活塞受液体压力作用开始沿某个方向旋转,旋转到一定位置后,该相对位置的高压流体消失,另一相对位置的高压流体取而代之,此时扭矩活塞受流体压力作用开始沿反方向旋转,所述扭矩缸与扭矩活塞之间设有轴承,使得扭矩活塞转动更加灵活。
[0007] 进一步地,所述扭矩活塞通过牙状结构与钻头套连接,扭矩活塞旋转时,通过牙状结构撞击钻头套,驱动钻头套旋转。
[0008] 进一步地,所述外缸与钻头套通过卡块连接。
[0009] 进一步地,所述卡块与钻头套之间设有弹簧,所述卡块与外缸之间设有螺栓。
[0010] 进一步地,所述交变压力流道与外缸之间设有密封圈。
[0011] 进一步地,所述外缸与钻头套之间设有密封圈。
[0012] 与现有技术相比,本发明实施例提供了一种射流式扭向减阻震荡器,通过提供一种既能减小卡滑效应又能提高钻井速度的工具,解决了因卡滑效应造成的PDC钻头使用寿命短,以及钻井效率低的技术问题,本发明实施例延长了钻头的使用寿命,加快了 PDC钻头的破岩速度,提高了钻井效率。
附图说明
[0013]图1是本发明实施例提供的一种射流式扭向减阻震荡器的整体结构示意图;
[0014] 图2是本发明实施例提供的一种射流式扭向减阻震荡器交变压力流道导流盖结构示意图;
[0015] 图3是本发明实施例提供的一种射流式扭向减阻震荡器交变压力流道底板结构示意图;
[0016] 图4是本发明实施例提供的一种射流式扭向减阻震荡器扭矩缸与扭矩活塞截面示意图;
[0017] 其中,1、上接头;2、外缸;3、上端盖;4、双稳射流元件;41、排空道;42、高压流道;43、高压流道;5、交变压力流道;51、交变压力流道导流盖;511、低压入口 I ;512、低压入口2 ;513、高压入口 I ;514、高压入口 2 ;515、导流盖中心流道;52交变压力流道底板;521、分流出口 I ;522、分流出口 2 ;523、分流出口 3 ;524、分流出口 4 ;525、底板中心流道;6、扭矩缸;7、扭矩活塞;8、轴承;9、卡块;91、;92、;10、钻头套;11、密封圈;12、密封圈;13、空腔I ;14、空腔2 ;15、空腔3 ;16、空腔4 ; 17、扭矩活塞中心流道。
具体实施方式
[0018] 以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解,附图的提供仅为了更好地理解本发明,它们不应该理解成对本发明的限制。
[0019] 如图1所示,图1是本发明实施例提供的一种射流式扭向减阻震荡器。请参阅图1、图2、图3、图4,所述射流式扭矩冲击器包括上接头、外缸、上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞、轴承、卡快、钻头套;所述外缸内部依次设置所述上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞及轴承;所述外缸的上端与所述上接头通过螺纹连接,下端通过所述的卡快与所述钻头套连接;所述上端盖位于所述双稳射流元件上端,中心通道与所述双稳射流元件的入口连通;所述双稳射流元件设有两输出道,两输出道的两侧分别设置有空道;所述双稳射流元件的两输出道通过喷嘴和所述交变压力流道的上端部联通;所述交变压力流道中沿轴向设置有两条高压流道及一条低压流道,所述两条高压流道的第一端分别与所述双稳射流元件的两输出道相连通,所述两条高压流道的第二端与所述扭矩缸连通;所述扭矩活塞设置在所述扭矩缸内;所述扭矩活塞中部沿轴向设置有一中心流道;所述低压流道的第一端与所述扭矩活塞的中心流道连通;所述低压流道的第二端与所述双稳射流元件的排空道连通;所述钻头套通过螺纹与钻头连接。
[0020] 与现有技术相比,本发明实施例提供了一种射流式扭向减阻震荡器,通过提供一种既能减小卡滑效应又能提高钻井速度的工具,解决了因卡滑效应造成的PDC钻头使用寿命短,以及钻井效率低的技术问题,本发明实施例延长了钻头的使用寿命,加快了 PDC钻头的破岩速度,提高了钻井效率。
[0021] 本发明由上接头1、外缸2、上端盖3、双稳射流元件4、交变压力流道5、扭矩缸6、扭矩活塞7、轴承8、卡块9、钻头套10 ;所述外缸2内部依次设置所述上端盖1、双稳射流元件4、交变压力流道5、扭矩缸6、扭矩活塞7及轴承8 ;所述外缸2的上端与所述上接头I通过螺纹连接,下端通过所述的卡块9与所述钻头套10连接;所述上端盖3位于所述双稳射流元件4上端,中心通道与所述双稳射流元件4的入口连通;所述双稳射流元件4设有两输出道,两输出道的两侧分别设置有空道;所述双稳射流元件4的两输出道通过喷嘴和所述交变压力流道5的上端部联通;所述交变压力流道4中沿轴向设置有两条高压流道513、514及一条低压流道515,所述两条高压流道513、514的第一端分别与所述双稳射流元件的两输出道相连通,所述两条高压流道的第二端在底板52处变为4个出口 521、522、523、524,所述4个出口 521、522、523、524分别与所述扭矩缸6与所述扭矩活塞7之间的4个空腔13、14、15、16连通;所述扭矩活塞7设置在所述扭矩缸6内;所述扭矩活塞7中部沿轴向设置有一中心流道17 ;所述低压流道的第一端与所述扭矩活塞的中心流道17连通;所述低压流道的第二端与所述双稳射流元件的排空道连通;所述钻头套10通过螺纹与钻头连接(图中未示出)。
[0022] 作为本发明实施例的进一步改进,所述交变压力流道5通过分流流道对双稳射流元件4输出的两道高压流体分别进行分流,每道高压流体被分为相对的两道高压流体,分流后形成的四道高压流体在交变压力流道5横截面上呈圆周均匀分布,处于相对位置的流体同时出现,而相邻位置的流体交替出现,分流后的四道高压流体进入到扭矩缸6内作用于扭矩活塞7。
[0023] 作为本发明实施例的进一步改进,所述扭矩缸6固定于外缸2内,扭矩缸6与扭矩活塞7之间设有与交变压力流道5分流后形成的四道高压流体连通的四个空腔,当交变压力流道5某一相对位置的高压流体出现时,扭矩活塞7受液体压力作用开始沿某个方向旋转,旋转到一定位置后,该相对位置的高压流体消失,另一相对位置的高压流体取而代之,此时扭矩活塞7受流体压力作用开始沿反方向旋转,所述扭矩缸6与扭矩活塞7之间设有轴承8,使得扭矩活塞7转动更加灵活。
[0024] 作为本发明实施例的进一步改进,所述扭矩活塞7通过牙状结构与钻头套10连接,扭矩活塞7旋转时,通过牙状结构撞击钻头套10,驱动钻头套10旋转。
[0025] 作为本发明实施例的进一步改进,所述外缸2与钻头套10通过卡块9连接。
[0026] 作为本发明实施例的进一步改进,所述卡块9与钻头套10之间设有弹簧91,所述卡块9与外缸2之间设有螺栓92。
[0027] 作为本发明实施例的进一步改进,所述交变压力流道5与外缸2之间设有密封圈。
[0028] 作为本发明实施例的进一步改进,所述外缸2与钻头套10之间设有密封圈。
[0029] 本发明在工作时:高压流体通过双稳射流元件4时产生交变压力,输出的两道高压流体通过流道42、43进入交变流道5,两道高压流体在交变流道5内完成分流后形成四道高压流体,该四道高压流体在交变压力流道5横截面上呈圆周均匀分布,处于相对位置的流体同时出现,而相邻位置的流体交替出现,同时扭矩缸6与扭矩活塞7之间设有四个呈圆周均匀分布的空腔,相对位置的高压流体可进入相对位置的空腔。当相对位置的高压流体进入相对位置的空腔时,由于扭矩缸6固定于外缸2内,使得扭矩活塞7受高压流体驱动而在扭矩缸6中沿某一方向旋转,此时扭矩活塞通过牙状结构撞击钻头套10,带动钻头套10沿相同方向旋转,当相邻位置的高压流体进入相邻位置的空腔时,原本相对位置的高压流体转变为低压流体,此时扭矩活塞7受高压流体驱动而在扭矩缸6中沿另一方向旋转,扭矩活塞7通过牙状结构撞击钻头套10,带动钻头套10朝相反方向旋转,如此反复形成一定频率的周向往复震荡。工作过程中,从扭矩缸6中排出的低压流体回到双稳射流元件4,并通过排空道41进入低压腔后再进入低压流道经中心流道从通过钻头套10排除。
[0030] 本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:本发明能够在钻井过程中通过交变的高压流体驱动扭矩活塞在扭矩缸中往复震荡,可减少PDC钻头的卡滑效应,改善roc钻头工作环境,促进PDC钻头稳定工作,延长钻头的使用寿命,并加快PDC钻头破岩速度。
[0031] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述冲击器包括上接头、外缸、上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞、轴承、卡块、钻头套;所述外缸内部依次设置所述上端盖、双稳射流元件、交变压力流道、扭矩缸、扭矩活塞及轴承;所述外缸的上端与所述上接头通过螺纹连接,下端通过所述的卡块与所述钻头套连接;所述上端盖位于所述双稳射流元件上端,中心通道与所述双稳射流元件的入口连通;所述双稳射流元件设有两输出道,两输出道的两侧分别设置有空道;所述双稳射流元件的两输出道通过喷嘴和所述交变压力流道的上端部联通;所述交变压力流道中沿轴向设置有两条高压流道及一条低压流道,所述两条高压流道的第一端分别与所述双稳射流元件的两输出道相连通,所述两条高压流道的第二端与所述扭矩缸连通;所述扭矩活塞设置在所述扭矩缸内;所述扭矩活塞中部沿轴向设置有一中心流道;所述低压流道的第一端与所述扭矩活塞的中心流道连通;所述低压流道的第二端与所述双稳射流元件的排空道连通;所述钻头套通过螺纹与钻头连接。
2.根据权利要求1所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述交变压力流道通过分流流道对双稳射流元件输出的两道高压流体分别进行分流,每道高压流体被分为相对的两道高压流体,分流后形成的四道高压流体在交变压力流道横截面上呈圆周均匀分布,处于相对位置的流体同时出现,而相邻位置的流体交替出现,分流后的四道高压流体进入到扭矩缸内作用于扭矩活塞。
3.根据权利要求1-2所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述扭矩缸固定于外缸内,扭矩缸与扭矩活塞之间设有与交变压力流道分流后形成的四道高压流体连通的四个空腔,当交变压力流道某一相对位置的高压流体出现时,扭矩活塞受液体压力作用开始沿某个方向旋转,旋转到一定位置后,该相对位置的高压流体消失,另一相对位置的高压流体取而代之,此时扭矩活塞受流体压力作用开始沿反方向旋转,所述扭矩缸与扭矩活塞之间设有轴承,使得扭矩活塞转动更加灵活。
4.根据权利要求1-2任一所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述扭矩活塞通过牙状结构与钻头套连接,扭矩活塞旋转时,通过牙状结构撞击钻头套,驱动钻头套旋转。
5.根据权利要求1-2任一所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述外缸与钻头套通过卡块连接。
6.根据权利要求1-2任一所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述卡块与钻头套之间设有弹簧,所述卡块与外缸之间设有螺栓。
7.根据权利要求1所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述交变压力流道与外缸之间设有密封圈。
8.根据权利要求1所述的一种射流式扭向减阻震荡器,其特征在于,所述外缸与钻头套之间设有密封圈。
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