CN107605404B - 一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，包括上接头、钻井工具本体和下接头，在下接头的上端设置有传压杆，钻井工具本体、传压杆与下接头之间形成弹簧腔室，在弹簧腔室内设置有弹簧，在钻井工具本体上开设有连通孔，在传压杆的上端设置有活塞，在活塞的上端设置有承压头，在上接头的内侧设置有承压座，所述活塞、承压头、承压座与上接头之间形成增压腔，在承压头上设置有连通增压腔的主流孔和侧流孔，所述活塞与上接头之间设置有第一滑动密封件，活塞的顶底两端形成有压差。本发明利用钻柱纵向振动能量调制钻头冲击载荷和钻井液脉冲射流，在动静载荷联合作用下提高钻头破岩效率，同时降低钻柱振动带来的危害。
Description
技术领域
本发明涉及一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，属于石油钻井工具设计技术领域。
背景技术
深部硬地层的快速钻进是制约深井超深井钻井发展的技术关键，目前亟需解决深部地层钻进效率低的问题，而提高钻头破岩效率是加快钻井速度的最优途径。导致深井机械钻速低的因素复杂而多样，其中井底水力能量和钻头破岩能力不足、钻柱振动及能量利用效率低等是重要原因之一。如何强化井底水力能量、提高钻头破岩能力与控制钻柱振动对提高深井超深井机械钻速具有重要意义。现有井下脉冲射流发生器多采用机械阻断式，需要消耗部分钻井液水力能量来驱动脉冲射流调制发生装置工作，脉冲射流的调制过程仅是对井底原有水力能量的再分配，无新能量引入，在深井井底水力能量原本就不足的条件下，消耗部分钻井液能量再分配，会影响工具在深井的使用效果。因此需要寻求其他能量来调制脉冲射流，以拓宽其井深适用范围。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，包括上接头、钻井工具本体和下接头，上接头的下端与钻井工具本体的上端连接，钻井工具本体的下端与下接头连接，在下接头的上端设置有传压杆，传压杆位于钻井工具本体的中心，钻井工具本体、传压杆与下接头之间形成弹簧腔室，在弹簧腔室内设置有弹簧，在钻井工具本体上开设有连通弹簧腔室与外部环空的连通孔，在传压杆的上端设置有活塞，在活塞的上端设置有承压头，在上接头的内侧设置有与承压头相配合的承压座，所述活塞、承压头、承压座与上接头之间形成增压腔，在下接头、传压杆和活塞的中心设置有贯通的流体通道，在承压头的中心设置有连通增压腔和流体通道的主流孔，在承压头的周边设置有连通增压腔和流体通道的侧流孔，所述活塞的外壁与上接头的内壁之间设置有第一滑动密封件，活塞的底部空间与弹簧腔室空气连通。
优选的，所述承压座与上接头通过螺栓固定连接。
优选的，所述钻井工具本体与下接头之间设置有第二滑动密封件。
本发明的有益技术效果是：
本发明利用钻柱纵向振动能量调制钻头冲击载荷和钻井液脉冲射流，在动静载荷联合作用下提高钻头破岩效率，同时降低钻柱振动带来的危害。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构原理示意图。
图中：1-上接头，2-钻井工具本体，3-下接头，4-传压杆，5-凸块，6-弹簧腔室，7-弹簧，8-连通孔，9-活塞，10-承压头，11-承压座，12-增压腔，13-流体通道，14-主流孔，15-侧流孔，16-第一滑动密封件，17-底部空间，18-第二滑动密封件。
具体实施方式
结合附图，一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，包括沿着轴向依次安装的上接头1、钻井工具本体2和下接头3，上接头1用以与钻柱连接，上接头1的下端与钻井工具本体2的上端螺纹连接，钻井工具本体2的下端与下接头3连接。在下接头3的上端设置有传压杆4，传压杆4位于钻井工具本体2的中心，在钻井工具本体2的内壁上设置有凸块5，钻井工具本体2、凸块5、传压杆4与下接头3之间形成弹簧腔室6，在弹簧腔室6的内部设置有弹簧7，用以缓冲上部钻柱的振动冲击，并将上部钻压通过压缩弹簧传递至钻头。在钻井工具本体2上开设有连通弹簧腔室6与外部环空的连通孔8。在传压杆4的上端设置有活塞9，在活塞9的上端设置有承压头10，在上接头1的内侧设置有与承压头10相配合的承压座11，承压座11与上接头1通过螺栓连接。所述活塞9、承压头10、承压座11与上接头1之间形成增压腔12，在下接头3、传压杆4和活塞9的中心设置有贯通的流体通道13，在承压头10的中心设置有连通增压腔12和流体通道13的主流孔14，在承压头10的周边设置有连通增压腔12和流体通道13的侧流孔15，增压腔内的钻井液可通过主流孔14、侧流孔15及流体通道13到达钻头。所述活塞9的外壁与上接头1的内壁之间设置有第一滑动密封件16，活塞9的底部空间17与弹簧腔室6空气连通，即连通环空，从而可使得活塞上下两端压差近似等于钻头压降，此压差通过活塞9和传压杆4再给钻头施加一个液力作用钻压。
上述下接头3、传压杆4、活塞9和承压头10依次之间可通过螺纹连接，也可设置成一体式结构。如可设置成下接头3与传压杆4为一体式结构，活塞9和承压头10为一体式结构，传压杆4和活塞9之间通过螺纹连接等等。下接头3、传压杆4、活塞9和承压头10组成的整体与钻井工具本体2之间采取滑键配合方式，即下接头3等可相对于钻井工具本体2上下移动、钻井工具本体2可带动下接头3等转动。
上述凸块5可起到以下几方面的作用：一是同传压杆4等封闭形成弹簧腔室6，二是可与活塞的底面形成底部空间17，同时作为活塞9运动的下止点，防止下接头3与钻井工具本体2脱离，三是可起到类似于滑键配合方式中滑键的作用。
上述钻井工具本体2与下接头3之间设置有第二滑动密封件18。
为了克服利用钻井液水力能量为主要手段调制冲击振动和脉冲射流提高钻头清岩破岩能力的局限，本发明提供一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，即利用钻柱纵向振动调制形成钻头水力脉冲射流和冲击载荷，在动静载荷联合作用下提高钻头破岩效率，同时降低钻柱振动带来的危害。
下面对本发明的工作过程进行说明：
正常钻进时，钻柱通过压缩弹簧7给钻头施加机械钻压，当钻压过大时，弹簧压缩产生机械摩擦力将部分钻压吸收，保护钻头轴承和切削齿，减轻钻具的疲劳破坏。当钻压过小时弹簧伸长释放能量给钻头，消除跳钻的发生，使钻头始终较平稳地与地层接触。由于连通孔8使弹簧腔室6与环空连通，而钻柱内的钻井液压力高于环空，活塞9上下两端压差近似等于钻头压降，此压差通过活塞9和传压杆4再给钻头施加一个液力作用钻压。这样，钻头在钻柱施加钻压与液力作用钻压联合作用下，钻头的破岩能量增加。由于钻柱旋转及钻头在井底不断破碎岩石等原因，钻柱产生纵向振动位移，使承压座11与承压头10之间的侧斜面间隙流通面积发生改变，增压腔12内的压力随之发生改变。当钻柱由于纵向振动下行时，弹簧7被压缩，斜侧面流通面积减小，增压腔12内流体瞬间受到挤压使压力增大，钻柱施加钻压和液力作用钻压同时增加。当钻柱振动上行时，弹簧7伸长，斜侧面流通面积增大，增压腔12内压力减小，钻柱施加钻压和液力作用钻压同时减小。因此，钻柱施加钻压和液力作用钻压由于钻柱振动而周期性发生变化，弹簧等转换机构通过吸收钻柱振动能量使钻头处于动静载荷联合作用下破岩，有利于提高钻头破岩效率。此外，由于钻柱振动或钻头破岩过程中引起的纵向振动，承压座11和承压头10斜侧面间隙发生改变，钻柱内钻井液的流通通道面积发生改变，通过钻头喷嘴的连续射流被调制为脉冲射流，有利于提高射流清岩效率，减少钻头重复破岩。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所做出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，其特征在于：包括上接头、钻井工具本体和下接头，上接头的下端与钻井工具本体的上端连接，钻井工具本体的下端与下接头连接，在下接头的上端设置有传压杆，传压杆位于钻井工具本体的中心，钻井工具本体、传压杆与下接头之间形成弹簧腔室，在弹簧腔室内设置有弹簧，在钻井工具本体上开设有连通弹簧腔室与外部环空的连通孔，在传压杆的上端设置有活塞，在活塞的上端设置有承压头，在上接头的内侧设置有与承压头相配合的承压座，所述活塞、承压头、承压座与上接头之间形成增压腔，在下接头、传压杆和活塞的中心设置有贯通的流体通道，在承压头的中心设置有连通增压腔和流体通道的主流孔，在承压头的周边设置有连通增压腔和流体通道的侧流孔，所述活塞的外壁与上接头的内壁之间设置有第一滑动密封件，活塞的底部空间与弹簧腔室空气连通。
2.根据权利要求1所述的一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，其特征在于：所述承压座与上接头通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种可产生水力脉冲和冲击振动双作用的钻井提速装置，其特征在于：所述钻井工具本体与下接头之间设置有第二滑动密封件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20180119 Assignee: Shandong HaoLing electromechanical Co.,Ltd. Assignor: CHINA University OF PETROLEUM (EAST CHINA) Contract record no.: X2022370010003 Denomination of invention: The utility model relates to a drilling speed increasing device which can produce the double action of hydraulic pulse and impact vibration Granted publication date: 20190205 License type: Common License Record date: 20220121 |