CN110043191A - 可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具，包括锁紧接头、直线流道、左回流流道、射流元件、右回流流道、左入射流道、右入射流道、右分流劈、左分流劈、右出口流道、左出口流道、振荡外壳、锁紧螺栓、螺栓垫片、锁紧螺母。本发明的射流振荡工具，利用钻井液压力，通过射流元件产生射流振荡作用，钻井液在射流元件内循环，由于射流元件特殊的流道结构设计，钻井液在射流元件内部流道内可以产生附壁与切换作用，通过自循环控制，产生自激射流振荡，形成脉冲压力波动。本发明的可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具可将钻井液的液压能转变为机械能，产生射流振荡，形成脉冲压力波动，结构简单，组装和拆卸方便，安全可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于是石油天然气工程领域的新型钻井工具，尤其是可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具。
背景技术
随着石油工业的发展，为了获得更好的经济利益，进行深井、超深井、大位移井和长距离水平井等复杂结构井开发已经成为石油天然气领域的必然趋势。其中大位移水平井是当今石油工业的热点之一，在钻大位移井钻井过程中，存在大位移水平井摩阻、扭矩过大、井眼净化困难等问题。由于钻井摩阻过大，容易导致钻柱托压、钻井扭矩传递困难等问题，使钻头破岩效率降低，从而影响整个钻井工程，如何解决水平井钻进过程中的大摩阻问题已经成为钻井领域亟待解决的关键技术。
现代钻井技术，尤其是在页岩气、页岩油开发过程中，常常使用振动工具降低钻井摩阻，提高机械钻速。压力脉冲振动工具利用钻井液能量，通过工具作用，产生脉冲压力波动，使钻柱以某一频率产生振动，既能够大大提高钻井速度，也能减少钻井事故，提高钻井安全性，降低钻井成本，非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井和水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。所以，从整个石油工业的发展来看，该项技术的研发有着极其重要的意义，在保证经济效益的基础上，也能够满足页岩气和致密气等非常规油气资源高效开发的迫切需求，所以进行压力脉冲振动工具的开发不仅具有重要的研究价值，还具有广阔的市场前景，值得进行深入研究与实践。
发明内容
为了探索解决背景技术中所述的水平井钻井摩阻大，机械钻速低，提高钻头破岩效率问题，本发明提供了一种可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具。本发明的射流振荡工具，利用钻井液压力，通过射流元件产生射流振荡作用，钻井液在射流元件内循环，由于射流元件特殊的流道结构设计，钻井液在射流元件内部流道内可以产生附壁与切换作用，通过自循环控制，产生自激射流振荡，形成脉冲压力波动，实现钻井过程的减摩降阻和提速增效。
本发明的技术方案是：可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具包括锁紧接头、直线流道、左回流流道、射流元件、右回流流道、左入射流道、右入射流道、右分流劈、左分流劈、右出口流道、左出口流道、振荡外壳、锁紧螺栓、螺栓垫片、锁紧螺母；所述的射流元件位于振荡外壳内部，通过锁紧接头对射流元件进行轴向定位，射流元件上开设有循环流道与螺栓孔，通过安装锁紧螺栓、螺栓垫片和锁紧螺母将对称布置的射流元件进行锁紧，使组合后的射流元件内部形成封闭的循环流道；所述的对称布置的射流元件在进行锁紧时首先安装轴线位置的锁紧螺栓、螺栓垫片和锁紧螺母，轴线位置的锁紧螺栓作为定位销使用，再安装其余位置的锁紧螺栓、螺栓垫片和锁紧螺母；所述的对称布置的射流元件在组合好后，一起安装到振荡外壳，再通过螺纹连接将锁紧接头安装到振荡外壳后端，将锁紧接头安装好后，将连接位置的缝隙通过焊接方式，将锁紧接头和振荡外壳固连在一起，再对焊缝位置进行打磨抛光，保证工具的表面粗糙度。
所述的循环流道由直线流道、左回流流道、右回流流道、左入射流道、右入射流道、右分流劈、左分流劈、右出口流道、左出口流道组成，钻井液通过锁紧接头进入工具内部后，首先进入直线流道，通过直线流道形成高速入射流，然后通过左入射流道和右入射流道形成左右均匀射流，在右分流劈和左分流劈的作用下，一部分流体从右出口流道和左出口流道流出，通过振荡外壳下端出口向下流动，其余流体通过左回流流道和右回流流道回流至直线流道出口位置，推动入射流产生偏转，使流体随机地向左入射流道和右入射流道切换，形成单一入射流，当流体回流后，再次推动入射流换向，形成周期性的附壁与切换，产生脉冲压力波动。
所述的锁紧螺栓、螺栓垫片、锁紧螺母数量均为7件，并且锁紧螺栓为特殊的内六角螺柱，需根据不同规格的射流元件的尺寸进行配套设计。。
本发明的有益效果是：(1)本发明的可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具可以利用钻井液压力，将钻井液的液压能转变为机械能，通过钻井液在射流元件内部流道循环，产生射流振荡，形成脉冲压力波动；(2)射流振荡工具可以降低管柱与井壁之间的摩擦阻力，将产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，加速钻头破岩，改善钻压传递，从而提高钻进效率，缩短钻井周期，降低钻井成本；(3)本发明的射流振荡工具所有组成结构均为金属元件，不含橡胶元件，与机械或电子元件等其他执行构件相比，不易受温度、化学物质的影响；(4)工具结构简单，组装和拆卸方便，并且工具内部无运动件，安全可靠性高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明图1中的A-A截面图。
图3是本发明图1中的B-B截面图。
图4是本发明图1中的C-C截面图。
图5是本发明图1中的D-D截面图。
图6是本发明图1中的E-E截面图。
图7是本发明图1中的F-F截面图。
图中图中1.锁紧接头，2.直线流道，3.左回流流道，4.射流元件，5.右回流流道，6.左入射流道，7.右入射流道，8.右分流劈，9.左分流劈，10.右出口流道，11.左出口流道，12.振荡外壳，13.锁紧螺栓，14.螺栓垫片，15.锁紧螺母。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
参见附图1，可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具包括可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具由锁紧接头1、直线流道2、左回流流道3、射流元件4、右回流流道5、左入射流道6、右入射流道7、右分流劈8、左分流劈9、右出口流道10、左出口流道11、振荡外壳12、锁紧螺栓13、螺栓垫片14、锁紧螺母15；所述的射流元件4位于振荡外壳12内部，通过锁紧接头1对射流元件4进行轴向定位，射流元件4上开设有循环流道与螺栓孔，通过安装锁紧螺栓13、螺栓垫片14和锁紧螺母15将对称布置的射流元件4进行锁紧，使组合后的射流元件4内部形成封闭的循环流道；所述的对称布置的射流元件4在进行锁紧时首先安装轴线位置的锁紧螺栓13、螺栓垫片14和锁紧螺母15，轴线位置的锁紧螺栓13作为定位销使用，再安装其余位置的锁紧螺栓13、螺栓垫片14和锁紧螺母15；所述的对称布置的射流元件4在组合好后，一起安装到振荡外壳12，再通过螺纹连接将锁紧接头1安装到振荡外壳12后端，将锁紧接头1安装好后，将连接位置的缝隙通过焊接方式，将锁紧接头1和振荡外壳12固连在一起，再对焊缝位置进行打磨抛光，保证工具的表面粗糙度。
所述的循环流道由直线流道2、左回流流道3、右回流流道5、左入射流道6、右入射流道7、右分流劈8、左分流劈9、右出口流道10、左出口流道11组成，钻井液通过锁紧接头1进入工具内部后，首先进入直线流道2，通过直线流道2形成高速入射流，然后通过左入射流道6和右入射流道7形成左右均匀射流，在右分流劈8和左分流劈9的作用下，一部分流体从右出口流道10和左出口流道11流出，通过振荡外壳12下端出口向下流动，其余流体通过左回流流道3和右回流流道5回流至直线流道2出口位置，推动入射流产生偏转，使流体随机地向左入射流道6和右入射流道7切换，形成单一入射流，当流体回流后，再次推动入射流换向，形成周期性的附壁与切换，产生脉冲压力波动。
所述的锁紧螺栓13、螺栓垫片14、锁紧螺母15数量均为7件，并且锁紧螺栓13为特殊的内六角螺柱，需根据不同规格的射流元件4的尺寸进行配套设计。
Claims (3)
1.可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具，其特征在于：所述的可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具由锁紧接头(1)、直线流道(2)、左回流流道(3)、射流元件(4)、右回流流道(5)、左入射流道(6)、右入射流道(7)、右分流劈(8)、左分流劈(9)、右出口流道(10)、左出口流道(11)、振荡外壳(12)、锁紧螺栓(13)、螺栓垫片(14)、锁紧螺母(15)组成；所述的射流元件(4)位于振荡外壳(12)内部，通过锁紧接头(1)对射流元件(4)进行轴向定位，射流元件(4)上开设有循环流道与螺栓孔，通过安装锁紧螺栓(13)、螺栓垫片(14)和锁紧螺母(15)将对称布置的射流元件(4)进行锁紧，使组合后的射流元件(4)内部形成封闭的循环流道；所述的对称布置的射流元件(4)在进行锁紧时首先安装轴线位置的锁紧螺栓(13)、螺栓垫片(14)和锁紧螺母(15)，轴线位置的锁紧螺栓(13)作为定位销使用，再安装其余位置的锁紧螺栓(13)、螺栓垫片(14)和锁紧螺母(15)；所述的对称布置的射流元件(4)在组合好后，一起安装到振荡外壳(12)，再通过螺纹连接将锁紧接头(1)安装到振荡外壳(12)后端，将锁紧接头(1)安装好后，将连接位置的缝隙通过焊接方式，将锁紧接头(1)和振荡外壳(12)固连在一起，再对焊缝位置进行打磨抛光，保证工具的表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具，其特征在于：所述的循环流道由直线流道(2)、左回流流道(3)、右回流流道(5)、左入射流道(6)、右入射流道(7)、右分流劈(8)、左分流劈(9)、右出口流道(10)、左出口流道(11)组成，钻井液通过锁紧接头(1)进入工具内部后，首先进入直线流道(2)，通过直线流道(2)形成高速入射流，然后通过左入射流道(6)和右入射流道(7)形成左右均匀射流，在右分流劈(8)和左分流劈(9)的作用下，一部分流体从右出口流道(10)和左出口流道(11)流出，通过振荡外壳(12)下端出口向下流动，其余流体通过左回流流道(3)和右回流流道(5)回流至直线流道(2)出口位置，推动入射流产生偏转，使流体随机地向左入射流道(6)和右入射流道(7)切换，形成单一入射流，当流体回流后，再次推动入射流换向，形成周期性的附壁与切换，产生脉冲压力波动。
3.根据权利要求1所述的可产生轴向压力脉冲的射流振荡工具，其特征在于：所述的锁紧螺栓(13)、螺栓垫片(14)、锁紧螺母(15)数量均为7件，并且锁紧螺栓(13)为特殊的内六角螺柱，需根据不同规格的射流元件(4)的尺寸进行配套设计。
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Application publication date: 20190723 |