CN105715209A - 一种喷射法降扭加压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种喷射法降扭加压装置，固定阀芯和活动阀芯均设置在外筒壁内，活动阀芯与万向轴之间留有间距形成环空，活动阀芯上设有钻井液通道，固定阀芯套在活动阀芯下部，固定阀芯、活动阀芯和外筒壁之间形成一个密闭空腔，弹性部件安装在密闭空腔内，固定阀芯与活动阀芯上设有相互对应的通孔I，所述外筒壁上设有喷嘴，零部件少，使用寿命长，价格低，不易损坏；能与连续油管配套使用，因其独特的无扭矩的特点，能够预防连续油管钻井时，下部动力钻具旋转引起上部连续油管反向旋转打结的情况发生；可以根据不同的钻井液压力自动调节喷出液体的流量，从而自动平衡了螺杆钻具外壁的反扭矩；可以短节的形式进行组装，方便更换。
Description
技术领域
本发明属于油气井技术领域，具体地，本发明涉及一种喷射法降扭加压装置。
背景技术
目前，连续油管钻井时，钻头靠井下动力马达带动旋转，通过控制下部钻具的工具面实现定向和钻进功能。钻头在破岩过程中会产生反扭矩，引起钻具反向旋转，导致工具面控制不稳，从而影响钻进的连续性和速度。
针对这一问题，目前比较先进的水平井钻进工具—井下牵引器，也叫井下爬行器，在实际作业中得到了广泛的实验，效果良好。但牵引器因为其本身的设计，有一个缺陷就是不能实现连续作业，延长工期，增加成本。同时牵引器装置零件多，易损坏，使用寿命短。就现已研究出的一种去反扭矩钻井装置进行分析，其采用了行星轮驱动器，内外双钻头反向旋转，达到去反扭的目的，但其结构复杂，工作稳定性不高，使用寿命短。
专利号为CN201210207397.2的发明专利公开了复杂结构井减阻降扭复合钻井方法，是将井下减阻降扭器安装在上部钻具与随钻测量钻具组合之间，使得上部钻具能够相对于随钻测量钻具独立转动；将反扭矩平衡装置安装在动力钻具与钻头之间，消除动力钻具产生的反扭矩对工具面的干扰，减阻降扭器能够在导向钻进时变钻柱滑动钻进为旋转钻进，减少摩擦阻力和扭矩损失，降低钻柱粘卡复杂情况的发生率；反扭矩平衡装置能够有效消除动力钻具产生的反扭矩对工具面的影响，控制工具面保持稳定，提高井眼轨迹控制精度，改善井身质量，但是该发明专利尚不能实现加压的功能，且只适用于复杂结构井高效钻进。
发明内容
为了克服以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种喷射法降扭加压装置，包括固定阀芯和活动阀芯，固定阀芯和活动阀芯均设置在外筒壁内，所述固定阀芯和活动阀芯内部设有万向轴，活动阀芯与万向轴之间的间距形成环空，活动阀芯上设有钻井液通道，固定阀芯套在活动阀芯下部，固定阀芯、活动阀芯和外筒壁之间形成一个密闭空腔，弹性部件安装在密闭空腔内，固定阀芯与活动阀芯上设有相互对应的通孔I，所述外筒壁上设有喷嘴。
优选的是，所述喷嘴径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴的出口端在径向方向与外筒壁相切，喷嘴的出口端在轴向方向与轴线之间呈一定的夹角。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴的出口端在轴向方向与轴线之间的夹角范围为10°-40°。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴的出口端在轴向方向与轴线之间的夹角范围为25°。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴的数量为两个以上。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴的数量为8个。
上述任一方案优选的是，所述通孔I包括通孔II和通孔III。
上述任一方案优选的是，所述通孔II和通孔III的数量均为一个以上。
上述任一方案优选的是，所述通孔II设置在固定阀芯上部，通孔III设置在活动阀芯下部。
上述任一方案优选的是，所述通孔II和通孔III径向呈圆周分布，轴向上不均匀分布。
上述任一方案优选的是，所述通孔II相互之间的大小均不相同，通孔III相互之间的大小均不相同。
上述任一方案优选的是，所述活动阀芯上的至少一个通孔III和固定阀芯上的至少一个通孔II大小和位置相互对应。
上述任一方案优选的是，所述钻井液通道为流通孔，流通孔从活动阀芯上端面倾斜延伸至活动阀芯内侧。
上述任一方案优选的是，所述流通孔的数量为8个。
上述任一方案优选的是，所述活动阀芯与固定阀芯呈套筒状。
上述任一方案优选的是，所述活动阀芯外侧与外筒壁滑动连接。
上述任一方案优选的是，所述环空设置在活动阀芯内侧下部与万向轴之间。
上述任一方案优选的是，所述固定阀芯外侧焊接在外筒壁上，固定阀芯内侧与万向轴之间留有间距供钻井液流通。
上述任一方案优选的是，所述弹性部件为弹簧，弹簧使活动阀芯可以在轴向弹性滑动。
上述任一方案优选的是，所述活动阀芯上部设有限位挡板，限位挡板用于限制活动阀芯的滑动范围。
上述任一方案优选的是，所述活动阀芯与万向轴之间设有轴承。
本发明提供一种喷射法降扭加压装置，包括固定阀芯和活动阀芯，固定阀芯和活动阀芯均设置在外筒壁内，所述固定阀芯和活动阀芯内部设有万向轴，活动阀芯与万向轴之间留有间距形成环空，活动阀芯上设有钻井液通道，固定阀芯套在活动阀芯下部，固定阀芯、活动阀芯和外筒壁之间形成一个密闭空腔，弹性部件安装在密闭空腔内，固定阀芯与活动阀芯上设有相互对应的通孔I，所述外筒壁上设有喷嘴，通过这一装置增加了钻压，并抵消了根据不同的钻井液压力所产生的反扭矩达，具体有益效果有以下几点：
（1）、反喷射去反扭矩加压装置零部件少，使用寿命长，同时价格比同类产品如井下牵引器低，也不易损坏；
（2）反喷射去反扭矩加压装置与连续油管配套使用，因其独特的无扭矩的特点，能够预防连续油管钻井时，下部动力钻具旋转引起上部连续油管反向旋转打结的情况发生；
（3）反喷射去反扭矩加压装置可以根据不同的钻井液压力自动调节喷出液体的流量，从而自动平衡了螺杆钻具外壁的反扭矩；
（4）本装置可以短节的形式进行组装，方便更换。
附图说明
图1是喷射法降扭加压装置的整体结构示意图；
图2是图1的局部放大示意图；
图3是图1的局部结构示意图；
图4是图1的侧视图。
具体实施方式
为了更好理解本发明的技术方案和优点，以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，本发明提供一种喷射法降扭加压装置，喷射法降扭加压装置，由固定阀芯1、活动阀芯2、外筒壁3、弹簧5、万向轴4、轴承6、限位挡板7、喷嘴8组成，外筒壁3上端外螺纹连接有万向轴外筒壁，下端内螺纹连接有传动轴外筒壁。
喷射法降扭加压装置安置在万向轴与传动轴连接处，倒水帽上部，本设计加长了万向轴总成末端，使其可以容纳反喷射去反扭矩加压装置。
活动阀芯2与固定阀芯1呈套筒状，万向轴4穿过其中。活动阀芯2外侧与外筒壁3活动连接，活动阀芯2内侧下部与万向轴4之间留有间距，形成环空9。如图3所示，活动阀芯2上端面和内侧下部之间圆周分布流通孔2-1，作为钻井液通道，流通孔2-1从活动阀芯2上端面倾斜延伸至活动阀芯2内侧。固定阀芯1外侧与外筒壁3固定连接，固定阀芯1内侧与万向轴4之间留有间距，供钻井液流通。固定阀芯1上部套接在活动阀芯2下部，使固定阀芯1、活动阀芯2和外筒壁3之间形成一个密闭空腔10。弹簧5安装在密闭空腔10内，弹簧5连接活动阀芯2和固定阀芯1，使活动阀芯2可以在轴向上弹性滑动。活动阀芯2上部装有限位挡板7，限位挡板7与外筒壁3连接。
固定阀芯1与活动阀芯2上设有相互对应的通孔I，所述通孔I包括通孔II1-1和通孔III2-2，固定阀芯1上部有数个通孔II1-1，活动阀芯2下部设有III2-2，通孔II1-1和通孔III2-2径向呈圆周分布，通孔II1-1和通孔III2-2孔的大小不相同，通孔II1-1和通孔III2-2的位置在轴向上不均匀分布，活动阀芯2上的每一个通孔III2-2在固定阀芯1上都有一个大小和位置与之对应的通孔II1-1。当活动阀芯2在弹簧5的作用下向下运动，运动到不同位置时，不同的通孔III2-2和通孔II1-1在活动阀芯2和固定阀芯1之间相接通。
如图4所示，八个喷嘴8安装在外筒壁3上，喷嘴8在径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布。喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为15°。
本发明提供的喷射法降扭加压装置可单独成为一个短节，上端与万向轴总成相连接，下端与传动轴总成相连接。当高压钻井液驱动螺杆钻具转动时，钻井液压力挤压活动阀芯2上表面，使弹簧5压缩，活动阀芯2下移，活动阀芯2和固定阀芯1上压力相匹配的通孔III2-2和通孔II1-1相连通，高压钻井液由钻井液通道流通孔2-1进入密闭空腔10内，最后从喷嘴8处喷出，由于喷嘴8在径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布，且喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为15°，因此在外筒壁3上产生反喷力矩，抵消反扭矩，在轴向上产生推力，从而提高钻压。
本发明提供的喷射法降扭加压装置的原理如下：当高压钻井液驱动螺杆钻具转动时，钻井液压力挤压弹簧5，使活动阀芯2下移，根据不同压力大小，接通不同的通孔（通孔III2-2和通孔II1-1），钻井液留入密闭空腔10内，并通过喷嘴8喷出。由于喷嘴8径向喷射方向与外筒壁3相切，使外筒壁3产生一个与钻头反扭矩相反的扭矩，使其相抵消，达到去反扭矩的目的。喷嘴8的轴向喷射方向与钻头前进方向相反，使外筒壁3产生一个向前的推力，达到增加钻压的目的。当停泵时，弹簧5复位，活动阀芯2回到限位装置处，所有的通孔即通孔III2-2和通孔II1-1关闭，停止工作。
本发明提供一种喷射法降扭加压装置，通过这一装置增加了钻压，并抵消了根据不同的钻井液压力所产生的反扭矩达，具体有益效果有以下几点：
（1）、反喷射去反扭矩加压装置零部件少，使用寿命长，同时价格比同类产品如井下牵引器低，也不易损坏；
（2）反喷射去反扭矩加压装置与连续油管配套使用，因其独特的无扭矩的特点，能够预防连续油管钻井时，下部动力钻具旋转引起上部连续油管反向旋转打结的情况发生；
（3）反喷射去反扭矩加压装置可以根据不同的钻井液压力自动调节喷出液体的流量，从而自动平衡了螺杆钻具外壁的反扭矩；
（4）本装置可以短节的形式进行组装，方便更换。
实施例2
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，该喷射法降扭加压装置的活动阀芯2内侧上部与万向轴4之间安装轴承6，设计轴承6是为了使万向轴4转动稳定，防止万向轴4末端过长导致受力不均匀。
实施例3
一种喷射法降扭加压装置，与实施例2不同的是，该喷射法降扭加压装置的活动阀芯2上端面和内侧下部之间圆周分布8个流通孔2-1，作为钻井液通道。
实施例4
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，所述固定阀芯1外侧与外筒壁3焊接。
实施例5
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，弹性胶垫安装在空腔内，连接活动阀芯2和固定阀芯1，使活动阀芯2可以在轴向弹性滑动。
实施例6
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，活动阀芯2上部处装有限位挡板7，限位挡板7与外筒壁3螺纹连接，限位挡板7能够限制活动阀芯2滑动范围。
实施例7
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，六个喷嘴8安装在外筒壁3上，在径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布。
实施例8
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，四个喷嘴8安装在外筒壁3上，在径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布。
实施例9
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，十个喷嘴8安装在外筒壁3上，在径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布。
实施例10
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为20°。
实施例11
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为25°。
实施例12
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为30°。
实施例13
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为35°。
实施例14
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为40°。
实施例15
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为45°。
实施例16
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，喷嘴8在径向方向与外筒壁3相切，轴向方向与轴线之间的夹角为50°。
实施例17
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，固定阀芯1上部有数个通孔II1-1，通孔II1-1径向呈圆周分布，在轴向上不均匀分布，通孔II1-1孔的大小由下到上逐渐增大。
实施例18
一种喷射法降扭加压装置，与实施例1不同的是，活动阀芯2下部设有III2-2，通孔III2-2径向呈圆周分布，在轴向上不均匀分布，通孔III2-2孔的大小互不相同，通孔III2-2孔的大小由上到下逐渐增大。
需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种喷射法降扭加压装置，包括固定阀芯（1）和活动阀芯（2），固定阀芯（1）和活动阀芯（2）均设置在外筒壁（3）内，其特征在于，所述固定阀芯（1）和活动阀芯（2）内部设有万向轴（4），活动阀芯（2）与万向轴（4）之间的间距形成环空（9），活动阀芯（2）上设有钻井液通道，固定阀芯（1）套在活动阀芯（2）下部，固定阀芯（1）、活动阀芯（2）和外筒壁（3）之间形成一个密闭空腔（10），弹性部件安装在密闭空腔（10）内，固定阀芯（1）与活动阀芯（2）上设有相互对应的通孔I，所述外筒壁（3）上设有喷嘴（8）。
2.如权利要求1所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述喷嘴（8）径向呈圆周均匀分布，轴向上不均匀分布。
3.如权利要求1或2所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述喷嘴（8）的出口端在径向方向与外筒壁（3）相切，喷嘴（8）的出口端在轴向方向与轴线之间呈一定的夹角。
4.如权利要求3所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述喷嘴（8）的出口端在轴向方向与轴线之间的夹角范围为10°-40°。
5.如权利要求4所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述喷嘴（8）的出口端在轴向方向与轴线之间的夹角为25°。
6.如权利要求4所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述喷嘴（8）的数量为两个以上。
7.如权利要求4所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述喷嘴（8）的数量为8个。
8.如权利要求1所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述通孔I包括通孔II（1-1）和通孔III（2-2）。
9.如权利要求8所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述通孔II（1-1）和通孔III（2-2）的数量均为一个以上。
10.如权利要求8所述的一种喷射法降扭加压装置，其特征在于：所述通孔II（1-1）设置在固定阀芯（1）上部，通孔III（2-2）设置在活动阀芯（2）下部。
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