CN106437518A - 一种节流式脉冲振动钻井工具 - Google Patents

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    • E21B7/24Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Abstract

本发明创造提供了一种节流式脉冲振动钻井工具,包括中空的壳体;壳体一端连接有上短节,另一端设置有钻头、以及壳体内部用于对钻头提供轴向作用力的冲击杆,冲击杆设置在壳体内部;壳体的内壁设有内孔直径小于所述壳体内径的工作台,该工作台与所述上短节之间形成工作腔,在工作腔内设有中空的节流阀芯;工作台沿壳体的轴向设有若干泄流孔;节流阀芯包括与工作台内孔配合的阀杆部、以及与壳体内壁滑动配合的活塞部;所述阀杆部上套装有弹簧,该弹簧一端抵住活塞部,另一端抵住工作台;所述阀杆部上设有若干节流孔。本发明创造结构简单,显著的提高了机械钻速。

Description

一种节流式脉冲振动钻井工具
技术领域
[0001] 本发明创造属于钻探设备技术领域,尤其是涉及一种节流式脉冲振动钻井工具。
背景技术
[0002] 在石油钻井过程中,地层硬度和钻井难度随着井深的增加呈指数形式增加,提高硬地层钻速是世界公认的难题之一。实践表明,在不增加地面设备能力的前提下,合理利用水力能量或以水力能量驱动适当井下工具进行破岩、辅助破岩,是当前提高深部地层钻井速度最可行的途径之一在提高深地层的钻井速度方面,目前发展的主要钻井技术主要有:冲击钻井技术、超高压喷射钻井技术、粒子射流钻井技术、空化射流钻井技术,脉冲射流钻井技术等。但是这些技术在实际应用中均存在一定的缺陷或者受到一定的限制。
发明内容
[0003] 有鉴于此,本发明创造旨在提出一种节流式脉冲振动钻井工具,结构设计合理,破岩效率高。
[0004] 为达到上述目的,本发明创造的技术方案是这样实现的:
[0005] —种节流式脉冲振动钻井工具,包括中空的壳体;所述壳体一端连接有上短节,另一端设置有钻头、以及壳体内部用于对钻头提供轴向作用力的冲击杆,所述冲击杆设置在壳体内部;所述壳体的内壁设有内孔直径小于所述壳体内径的工作台,该工作台与所述上短节之间形成工作腔,在所述工作腔内设有中空的节流阀芯;所述工作台沿所述壳体的轴向设有若干泄流孔;所述节流阀芯包括与所述工作台内孔配合的阀杆部、以及与所述壳体内壁滑动配合的活塞部;所述阀杆部上套装有弹簧,该弹簧一端抵住所述活塞部,另一端抵住所述工作台;所述阀杆部上设有若干节流孔。
[0006] 进一步,所述节流孔设置在所述阀杆部轴向的不同位置。
[0007] 进一步,所述节流孔方向垂直于所述阀杆部的轴向。
[0008] 进一步,所述节流孔沿所述阀杆部的轴向等间距设置。
[0009] 进一步,所述泄流孔以所述壳体的轴向为中心均布设置。
[0010] 进一步,所述阀杆部与所述工作台内孔的孔壁滑动配合。
[0011] 进一步,所述阀杆部靠近所述工作台的一端设有出液口,该出液口的直径小于所述阀杆部内孔的直径。
[0012] 相对于现有技术,本发明创造具有以下优势:
[0013]结构简单,操作方便,综合脉冲钻井和冲击振动钻井两类技术的优势,改善井底岩石的受力状态,强化清洗井底,压力脉冲作用于冲击杆上,使其产生轴向周期性振动冲击载荷,使钻头在旋转的同时还具有振动效应,钻头的振动效应和井底的水力脉冲二者联合作用,提高了钻头的破岩效率。
附图说明
[0014]构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解,本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造,并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中:
[0015]图1为本发明创造的结构示意图。
[0016] 附图标记说明:
[0017] 1-壳体;2-上短节;3-钻头;4-冲击杆;5-工作台;6_节流阀芯;7_泄流孔;8_阀杆部;9-活塞部;10-弹簧;11-节流孔;12-出液口。
具体实施方式
[0018]需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0019] 在本发明创造的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明创造和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明创造的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
[0020] 在本发明创造的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0021]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
[0022] —种节流式脉冲振动钻井工具,如图1所示,包括中空的壳体I;所述壳体I 一端连接有上短节2,另一端设置有钻头3、以及壳体I内部用于对钻头3提供轴向作用力的冲击杆4;所述冲击杆4设置在壳体I内部;所述壳体I的内壁设有内孔直径小于所述壳体I内径的工作台5,该工作台5与所述上短节2之间形成工作腔,在所述工作腔内设有中空的节流阀芯6 ;所述工作台5沿所述壳体I的轴向设有若干泄流孔7 ;所述节流阀芯6包括与所述工作台5内孔配合的阀杆部8、以及与所述壳体I内壁滑动配合的活塞部9;所述阀杆部8上套装有弹簧10,弹簧10—端抵住所述活塞部9,另一端抵住所述工作台5;所述阀杆部8上设有若干节流孔11。
[0023]冲击杆4为八方型结构,当钻井液压力脉冲作用于冲击杆4上,使其产生轴向周期性振动冲击载荷,同时,八方体结构的冲击杆4可随着钻具的旋转传递钻进扭矩,在钻头3旋转的同时还能产生轴向冲击载荷。
[0024]需要说明的是,上短节2通常是作为连接接头使用,其一端连接在壳体I上,另一端与钻进设备连接,为常规的现有技术,只要实现连接功能即可,这里不再赘述。上短节朝向节流阀芯的一端能够抵住其活塞部,形成限位,防止节流阀芯从壳体内脱落。
[0025] 钻井过程中,当钻井液自上短节2进入,流经节流阀芯6,阀芯在压差和弹簧10双重作用下,沿工作台的内孔做往复运动,在阀芯往复运动的同时,随阀杆部8伸入工作台的内孔长度的变化,节流孔11的开启数量也随之增减,从而实现了钻井液流量大小做周期性变化的脉冲射流,脉冲射流经冲击杆4内的流道向下传播至井底,脉冲射流改变了井底流场,提高破岩效率。同时压力脉冲作用于冲击杆4上,使其产生轴向周期性振动冲击载荷,使钻头3在旋转的同时还具有振动效应,钻头的振动效应和井底的水力脉冲二者联合作用,提高了钻头的破岩效率。
[0026] 上述节流孔11设置在所述阀杆部8轴向的不同位置。通常,节流孔11方向垂直于所述阀杆部8的轴向。通常,节流孔11可以设置10个左右,优选设置12个,节流流量缓和,节流效果好。
[0027] 节流孔11沿所述阀杆部8的轴向可以等间距设置,钻井液压力脉冲可以更趋于稳定,使冲击杆对钻头形成冲击频率更稳定,破岩效果更好。
[0028] 上述泄流孔7以所述壳体I的轴向为中心均布设置3-5个,优选布置4个,易于加工,均匀对称,活塞部可以逐渐压住泄流孔,失去钻井液压力后,靠弹簧弹力将节流阀芯弹回,继续下一个动作。
[0029] 为了保证节流阀芯工作过程更稳定可靠,并且确保节流效果,上述阀杆部8外表面与所述工作台5内孔的孔壁滑动配合。
[0030] 上述阀杆部8靠近所述工作台5的一端设有出液口 12,该出液口 12的直径小于所述阀杆部8内孔的直径,可以充分发挥节流阀芯的节流作用,钻井液压力作用在该节流阀芯后,可以推动该节流阀芯向钻头方向移动。
[0031] 本发明创造结构简单,操作方便,综合脉冲钻井和冲击振动钻井两类技术的优势,改善井底岩石的受力状态,强化清洗井底,能够有效提高机械钻速,性能可靠,能广泛应用在深井和坚硬地层中。
[0032]以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已,并不用以限制本发明创造,凡在本发明创造的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:包括中空的壳体;所述壳体一端连接有上短节,另一端设置有钻头、以及壳体内部用于对钻头提供轴向作用力的冲击杆,所述冲击杆设置在壳体内部;所述壳体的内壁设有内孔直径小于所述壳体内径的工作台,该工作台与所述上短节之间形成工作腔,在所述工作腔内设有中空的节流阀芯;所述工作台沿所述壳体的轴向设有若干泄流孔;所述节流阀芯包括与所述工作台内孔配合的阀杆部、以及与所述壳体内壁滑动配合的活塞部;所述阀杆部上套装有弹簧,该弹簧一端抵住所述活塞部,另一端抵住所述工作台;所述阀杆部上设有若干节流孔。
2.根据权利要求1所述的一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:所述节流孔设置在所述阀杆部轴向的不同位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:所述节流孔方向垂直于所述阀杆部的轴向。
4.根据权利要求1或2所述的一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:所述节流孔沿所述阀杆部的轴向等间距设置。
5.根据权利要求1所述的一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:所述泄流孔以所述壳体的轴向为中心均布设置。
6.根据权利要求1所述的一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:所述阀杆部与所述工作台内孔的孔壁滑动配合。
7.根据权利要求1所述的一种节流式脉冲振动钻井工具,其特征在于:所述阀杆部靠近所述工作台的一端设有出液口,该出液口的直径小于所述阀杆部内孔的直径。
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