CN108979520B - 一种液力脉动冲击钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液力脉动冲击钻井装置，主要由基座、静阀、动阀、壳体、芯轴、转筒、涡轮定子、涡轮转子、拉杆、支撑帽、支撑套和轴承组成，当钻井液流入所述冲击钻井装置时，钻井液经支撑套进入由涡轮定子和涡轮转子组成的涡轮级，并流入转筒与壳体间形成的空腔，涡轮转子带动转筒转动，使得转筒下端筒体的径向扇形通孔与基座上端筒体的径向扇形通孔周期性地对齐或错开，因此进入基座上端内腔的流体存在压力脉动；当所述转筒转动时，转筒还带动芯轴转动，由于动阀固定于芯轴上而静阀固定于基座上，因此芯轴的转动将使静阀的弧形流道与动阀的弧形流道周期性地对齐或错开，使得本身存在压力振荡的流体再次产生压力振荡，用于加速岩石破碎。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井装置，特别是一种用于产生液力脉冲从而提高钻井效率的装置，属于机械工程或钻井工程技术领域。
背景技术
油气资源是经过数亿年的时间而形成的，在此过程中地层不断变化，使得地下的油气资源深浅不一。当前油气资源开采工艺相对成熟，与其配套的装备也在不断进步。然而，深层油气资源的高效开采仍是当前钻井工业面临的重大难题。对于深部地层或研磨性地层，由于岩石强度和硬度随井深的增加而增大，可钻性差，机械钻速普遍较低。因此，如何提高深部地层的钻井效率一直是研究人员和现场工程师们急需解决的问题。
针对深部地层钻具失效快和钻井效率低等问题，钻井现场普遍采用冲击破岩的方式。近年来，先后出现了液动冲击器、空气锤、扭转冲击器、水力振荡器、高压水射流等利用冲击脉冲辅助钻井的装备。其中高压水射流破岩是指在钻头利用钻压和扭矩的基础上，再辅以钻井流体的周期性压力脉冲，加速岩石的裂纹扩展或损伤演化。现有众多关于液力脉冲钻井方面的装置，然而均是产生一次脉动冲击。如果在钻井流体冲击岩石之前，钻井流体存在多次压力脉动，而且这些压力脉动存在一定规律，或者这些压力脉动在叠加后具有更好的冲击效果，那么便可更好地提高钻井效率。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述难点，特提出一种液力脉动冲击钻井装置，用于提高深部地层的钻井效率。
为达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：
一种液力脉动冲击钻井装置，主要由基座、静阀、动阀、壳体、芯轴、转筒、涡轮定子、涡轮转子、拉杆、支撑帽、支撑套和轴承组成，其特征在于：所述基座与壳体、支撑套与壳体、支撑帽与拉杆、拉杆与转筒、芯轴与转筒、动阀与芯轴、静阀与基座均通过螺纹连接；所述基座设有中空流道，基座的下端设有母扣用于与下部钻具连接，基座上端的筒体设有径向扇形通孔；所述静阀固定于基座内壁，静阀的中心设有沿轴线方向的通孔，通孔旁设有弧形流道；所述动阀的中心设有螺栓孔用于与芯轴下端的螺纹配合，螺栓孔旁设有弧形流道；所述壳体的内壁设有台阶用于支撑涡轮定子，所述涡轮定子通过支撑套压紧固定于壳体上；所述拉杆、支撑帽、支撑套一起组成本冲击钻井装置的防掉单元；所述涡轮转子通过拉杆压紧固定于转筒的上端；所述转筒下端的筒体设有径向扇形通孔；所述转筒的下端与基座间设有轴承用于扶正转筒；所述基座上端筒体的径向扇形通孔与转筒下端筒体的径向扇形通孔位于同一轴向高度，二者可连通；所述静阀的弧形流道与动阀的弧形流道可重合；当钻井液流入所述冲击钻井装置时，钻井液经支撑套进入由涡轮定子和涡轮转子组成的涡轮级，并流入转筒与壳体间形成的空腔，涡轮转子带动转筒转动，使得转筒下端筒体的径向扇形通孔与基座上端筒体的径向扇形通孔周期性地对齐或错开，因此进入基座上端内腔的流体存在压力脉动；当所述转筒转动时，转筒还带动芯轴转动，由于动阀固定于芯轴上而静阀固定于基座上，因此芯轴的转动将使静阀的弧形流道与动阀的弧形流道周期性地对齐或错开，使得本身存在压力振荡的流体再次产生压力振荡，用于加速岩石破碎。
所述的一种液力脉动冲击钻井装置，其特征在于上部钻具传至本冲击钻井装置的钻压与扭矩均通过壳体以及基座承担，其它零件不承受钻压和扭矩。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：(1)现有的水力振荡器和高压水射流等装置均只产生一次水力脉动，本申请的液力脉动冲击钻井装置产生多次水力脉动；(2)本申请的液力脉动冲击钻井装置可根据需要调整基座上端筒体的径向扇形通孔与转筒下端筒体的径向扇形通孔间的匹配，例如改变通孔数量或结构；也可调整静阀的弧形流道与动阀的弧形流道间的匹配，例如改变流道数量或结构。
附图说明
图1为本发明一种液力脉动冲击钻井装置的结构示意图；
图2为图1中的A-A剖面示意图；
图3为图1中的B-B剖面示意图；
图4为图1中的C-C剖面示意图；
图5为图1中当基座上端筒体的径向扇形通孔与转筒下端筒体的径向扇形通孔相互错开时的C-C剖面示意图；
图6为图1中的D-D剖面示意图；
图7为图1中的E-E剖面示意图；
图8为本发明装置中基座的结构示意图；
图9为本发明装置中转筒的结构示意图。
图中：1.基座，2.静阀，3.动阀，4.壳体，5.芯轴，6.转筒，7.涡轮定子，8.涡轮转子，9.拉杆，10.支撑帽，11.支撑套，12.轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-图9所示，一种液力脉动冲击钻井装置，主要由基座1、静阀2、动阀3、壳体4、芯轴5、转筒6、涡轮定子7、涡轮转子8、拉杆9、支撑帽10、支撑套11和轴承12组成，其特征在于：所述基座1与壳体4、支撑套11与壳体4、支撑帽10与拉杆9、拉杆9与转筒6、芯轴5与转筒6、动阀3与芯轴5、静阀2与基座1均通过螺纹连接；所述基座1设有中空流道，基座1的下端设有母扣用于与下部钻具连接，基座1上端的筒体设有径向扇形通孔；所述静阀2固定于基座1内壁，静阀2的中心设有沿轴线方向的通孔，通孔旁设有弧形流道；所述动阀3的中心设有螺栓孔用于与芯轴5下端的螺纹配合，螺栓孔旁设有弧形流道；所述壳体4的内壁设有台阶用于支撑涡轮定子7，所述涡轮定子7通过支撑套11压紧固定于壳体4上；所述拉杆9、支撑帽10、支撑套11一起组成本冲击钻井装置的防掉单元；所述涡轮转子8通过拉杆9压紧固定于转筒6的上端；所述转筒6下端的筒体设有径向扇形通孔；所述转筒6的下端与基座1间设有轴承12用于扶正转筒6；所述基座1上端筒体的径向扇形通孔与转筒6下端筒体的径向扇形通孔位于同一轴向高度，二者可连通；所述静阀2的弧形流道与动阀3的弧形流道可重合；当钻井液流入所述冲击钻井装置时，钻井液经支撑套11进入由涡轮定子7和涡轮转子8组成的涡轮级，并流入转筒6与壳体4间形成的空腔，涡轮转子8带动转筒6转动，使得转筒6下端筒体的径向扇形通孔与基座1上端筒体的径向扇形通孔周期性地对齐或错开，因此进入基座1上端内腔的流体存在压力脉动；当所述转筒6转动时，转筒6还带动芯轴5转动，由于动阀3固定于芯轴5上而静阀2固定于基座1上，因此芯轴5的转动将使静阀2的弧形流道与动阀3的弧形流道周期性地对齐或错开，使得本身存在压力振荡的流体再次产生压力振荡，用于加速岩石破碎。
所述的一种液力脉动冲击钻井装置，其特征在于上部钻具传至本冲击钻井装置的钻压与扭矩均通过壳体4以及基座1承担，其它零件不承受钻压和扭矩。
以上所述具体实施方式用于说明本发明而非限制本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改，均属于本发明系统的保护范围。
Claims (2)
1.一种液力脉动冲击钻井装置，主要由基座(1)、静阀(2)、动阀(3)、壳体(4)、芯轴(5)、转筒(6)、涡轮定子(7)、涡轮转子(8)、拉杆(9)、支撑帽(10)、支撑套(11)和轴承(12)组成，其特征在于：所述基座(1)与壳体(4)、支撑套(11)与壳体(4)、支撑帽(10)与拉杆(9)、拉杆(9)与转筒(6)、芯轴(5)与转筒(6)、动阀(3)与芯轴(5)、静阀(2)与基座(1)均通过螺纹连接；所述基座(1)设有中空流道，基座(1)的下端设有母扣用于与下部钻具连接，基座(1)上端的筒体设有径向扇形通孔；所述静阀(2)固定于基座(1)内壁，静阀(2)的中心设有沿轴线方向的通孔，通孔旁设有弧形流道；所述动阀(3)的中心设有螺栓孔用于与芯轴(5)下端的螺纹配合，螺栓孔旁设有弧形流道；所述壳体(4)的内壁设有台阶用于支撑涡轮定子(7)，所述涡轮定子(7)通过支撑套(11)压紧固定于壳体(4)上；所述拉杆(9)、支撑帽(10)、支撑套(11)一起组成本冲击钻井装置的防掉单元；所述涡轮转子(8)通过拉杆(9)压紧固定于转筒(6)的上端；所述转筒(6)下端的筒体设有径向扇形通孔；所述转筒(6)的下端与基座(1)间设有轴承(12)用于扶正转筒(6)；所述基座(1)上端筒体的径向扇形通孔与转筒(6)下端筒体的径向扇形通孔位于同一轴向高度，二者可连通；所述静阀(2)的弧形流道与动阀(3)的弧形流道可重合；当钻井液流入所述冲击钻井装置时，钻井液经支撑套(11)进入由涡轮定子(7)和涡轮转子(8)组成的涡轮级，并流入转筒(6)与壳体(4)间形成的空腔，涡轮转子(8)带动转筒(6)转动，使得转筒(6)下端筒体的径向扇形通孔与基座(1)上端筒体的径向扇形通孔周期性地对齐或错开，因此进入基座(1)上端内腔的流体存在压力脉动；当所述转筒(6)转动时，转筒(6)还带动芯轴(5)转动，由于动阀(3)固定于芯轴(5)上而静阀(2)固定于基座(1)上，因此芯轴(5)的转动将使静阀(2)的弧形流道与动阀(3)的弧形流道周期性地对齐或错开，使得本身存在压力振荡的流体再次产生压力振荡，用于加速岩石破碎。
2.根据权利要求1所述的一种液力脉动冲击钻井装置，其特征在于上部钻具传至本冲击钻井装置的钻压与扭矩均通过壳体(4)以及基座(1)承担，其它零件不承受钻压和扭矩。
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