CN107882509A - 井底压力脉冲减阻工具 - Google Patents
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Abstract
井底压力脉冲减阻工具，本发明上接头和下接头之间的外管内部自上而下依次为凹面式射流振荡器、底座、涡流放大器和底板，凹面式射流振荡器包括一个射流振荡器入口、两个射流振荡器输出道，出道分别连接到底座的高阻力通道和低阻力通道，再分别连到涡流放大器内部上端的高阻力通道和低阻力通道，涡流放大器内部下端设有涡流腔径向通道入口、涡流腔切向通道入口和涡流腔，底板中心设置有底板轴向通道，并与涡流腔连通。本发明结构简单，能通过改变凹面式射流振荡器入口处喷嘴宽度改变系统平均压力降和振荡频率，低压力也可以正常工作，系统压力损失小，涡流放大器增大压力脉冲幅度，降低振荡频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井用振荡减阻工具，特别是用于减小井壁摩阻，提高碎岩效率的井下压力脉冲减阻工具。
背景技术
随着全球范围内油气资源勘探开发程度日益加剧，钻井技术朝着水平井、大斜度井、大位移井等定向钻井领域发展。但定向井与直井不同，在钻井过程会有更多的技术难点，如摩阻扭矩大、钻压传递困难、钻进效率低等。针对这些棘手的问题，在井眼内钻具组合中添加压力脉冲振动工具的方法可以改善钻具与井壁或套筒之间的摩擦条件，达到减摩降扭、延伸井眼、提高钻速的目的。
现有的压力脉冲减阻工具如专利CN102704842A一种钻井用水力振荡器、CN103696693A钻井用水力振荡器、CN105089501A一种水力振荡器、CN106639944A一种涡轮式井下水力振荡器所描述，这些减阻工具主要采用旋转阀脉冲原理，通过周期性的改变阀口过流断面积，使钻井液产生压力脉冲，进而脉冲压力波传递至振荡机构产生轴向振动。但由于结构复杂，易损零部件较多，在井下复杂条件下使用寿命有限。专利CN103696686A射流式激增压力脉冲减阻钻具中提出的压力脉冲减阻钻具，结构简单，可动件少，但存在压降大，振荡频率高的问题，并且对随钻测量系统存在一定影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种井底压力脉冲减阻工具。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
井底压力脉冲减阻工具，是由上接头通过螺纹与外管连接，外管另一端通过螺纹与下接头连接，外管内部自上而下依次为凹面式射流振荡器、涡流放大器底座和底板；凹面式射流振荡器包括一个喷嘴结构的射流振荡器入口，位于凹面式射流振荡器中心顶部，射流振荡器入口左右两侧设有两个射流振荡器控制腔，射流振荡器入口下方设有两个射流振荡器输出道；所述涡流放大器底座内部上端设有底座高阻力通道和底座低阻力通道，并且分别与两个射流振荡器输出道连通；所述涡流放大器底座内部中部设有涡流放大器高阻力通道和涡流放大器低阻力通道，并且分别与涡流放大器底座上端底座高阻力通道和底座低阻力通道相连通；所述涡流放大器内部下端设有涡流腔径向通道入口、涡流腔切向通道入口和涡流腔，其中涡流腔径向通道入口与涡流放大器低阻力通道相连通，涡流腔切向通道入口与涡流放大器高阻力通道相连通，涡流腔径向通道入口和涡流腔切向通道入口均与涡流腔连通；所述底板中心设置有底板轴向通道，并与涡流腔连通；凹面式射流振荡器上端与上接头下端接触并用密封圈密封，凹面式射流振荡器下端与涡流放大器底座上端接触并用密封圈密封，涡流放大器底座下端与底板通过激光焊接连接，下接头与涡流放大器底座下端接触并压紧。
所述凹面式射流振荡器整体采用钨钴类硬质合金材料加工制造。
工作原理：钻井液通过上接头中心通道进入射流振荡器入口，通过喷嘴加速后随机偏向一侧并进入到一侧的射流振荡器输出道，由于射流振荡器控制腔内部控制流作用使射流无法稳定附壁与一侧而形成射流自激振荡，当钻井液由一侧的射流振荡器输出道进入到底座低阻力通道，进而进入到涡流放大器低阻力通道，最终从涡流腔径向通道入口进入到涡流腔并通过底板轴向通道进入到下接头中心通道时，涡流腔节流作用较小，流体阻力较低，系统压力降较低，而当钻井液由一侧的射流振荡器输出道进入到底座高阻力通道，进而进入到涡流放大器高阻力通道，最终从涡流腔切向通道入口进入到涡流腔并通过底板轴向通道进入到下接头中心通道时，涡流腔节流作用较大，流体阻力较高，系统压力降较高，由于射流振荡器的自激振荡特性，使这两个过程周期性交替出现，从而导致周期性压力波动，形成压力脉冲。
有益效果：本发明结构简单、紧凑、无运动零部件、复杂条件适应性好；可以通过改变射流振荡器入口处喷嘴宽度来改变系统平均压力降和振荡频率；凹面式射流振荡器的临界工作雷诺数较低，在低压力降条件下可稳定工作，对系统压降要求低；涡流放大器具有增大压力脉冲幅度，降低振荡频率的特点，减阻效果好且对随钻测量系统影响较小。
附图说明
附图1为井底压力脉冲减阻工具结构图；
附图2为图1中A—A剖面图；
附图3为图1中B—B剖面图；
附图4为图1中C—C剖面图；
附图5为图1中D—D剖面图。
1上接头，2外管，3凹面式射流振荡器，4涡流放大器底座，5底板，6下接头。
Ⅰ—上接头中心流体通道；Ⅱ—射流振荡器入口；Ⅲ—射流振荡器控制腔；Ⅳ—射流振荡器输出道；Ⅴ—底座低阻力通道；Ⅵ—底座高阻力通道；Ⅶ—涡流放大器低阻力通道；Ⅷ—底板轴向通道；Ⅸ—下接头中心通道；Ⅹ—涡流放大器高阻力通道；Ⅺ—涡流腔径向通道入口；Ⅻ—涡流腔切向通道入口；ⅩⅢ—涡流腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用作进一步的详细说明：
结构说明：上接头1通过螺纹与外管2连接，上接头1内部中部设有上接头中心通道Ⅰ；外管2通过螺纹与下接头6连接，下接头6内部设有下接头中心通道Ⅸ；外管2内部自上而下依次为凹面式射流振荡器3、涡流放大器底座4、和底板5；凹面式射流振荡器3包括一个射流振荡器入口Ⅱ，两个射流振荡器控制腔Ⅲ和两个射流振荡器输出道Ⅳ；涡流放大器底座4内部上端设有底座高阻力通道Ⅵ和底座低阻力通道Ⅴ，并且分别与两个射流振荡器输出道Ⅳ连通；涡流放大器底座4内部中部设有涡流放大器高阻力通道Ⅹ和涡流放大器低阻力通道Ⅶ，并且分别与底座高阻力通道Ⅵ和底座低阻力通道Ⅴ相连通；涡流放大器底座4内部下端设有涡流腔径向通道入口Ⅺ、涡流腔切向通道入口Ⅻ和涡流腔ⅩⅢ，其中涡流腔径向通道入口Ⅺ与涡流放大器低阻力通道Ⅶ相连通，涡流腔切向通道入口Ⅻ与涡流放大器高阻力通道Ⅹ相连通，涡流腔径向通道入口Ⅺ和涡流腔切向通道入口Ⅻ均与涡流腔ⅩⅢ连通；底板6中心设置有底板轴向通道Ⅷ，并与涡流腔ⅩⅢ连通；凹面式射流振荡器3上端与上接头1下端接触并用密封圈密封，凹面式射流振荡器3下端与涡流放大器底座4上端接触并用密封圈密封，涡流放大器底座4下端与底板5通过激光焊接连接，下接头6与涡流放大器底座4下端接触并压紧。
Claims (2)
1.井底压力脉冲减阻工具，其特征在于：由上接头通过螺纹与外管连接，外管另一端通过螺纹与下接头连接，外管内部自上而下依次为凹面式射流振荡器、涡流放大器底座和底板；凹面式射流振荡器包括一个喷嘴结构的射流振荡器入口，位于凹面式射流振荡器中心顶部，射流振荡器入口左右两侧设有两个射流振荡器控制腔，射流振荡器入口下方设有两个射流振荡器输出道；所述涡流放大器底座内部上端设有底座高阻力通道和底座低阻力通道，并且分别与两个射流振荡器输出道连通；所述涡流放大器底座内部中部设有涡流放大器高阻力通道和涡流放大器低阻力通道，并且分别与涡流放大器底座上端底座高阻力通道和底座低阻力通道相连通；所述涡流放大器内部下端设有涡流腔径向通道入口、涡流腔切向通道入口和涡流腔，涡流腔径向通道入口与涡流放大器低阻力通道相连通，涡流腔切向通道入口与涡流放大器高阻力通道相连通，涡流腔径向通道入口和涡流腔切向通道入口均与涡流腔连通；所述底板中心设置有底板轴向通道，并与涡流腔连通；凹面式射流振荡器上端与上接头下端接触并用密封圈密封，凹面式射流振荡器下端与涡流放大器底座上端接触并用密封圈密封，涡流放大器底座下端与底板通过激光焊接连接，下接头与涡流放大器底座下端接触并压紧构成的。
2.如权利要求1所述的井底压力脉冲减阻工具，其特征在于：凹面式射流振荡器整体采用钨钴类硬质合金材料加工制造。
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