CN201401143Y - 脉冲空化旋流发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井中的脉冲空化旋流发生器。它可以克服现有井底水力效率低、破岩效率不高、深井机械钻速下降幅度过大等缺陷，能提高深井机械钻速。其技术方案是：发生器本体设有上母接头和下母接头，分别与钻杆和钻头连接；本体内安装有导流腔体和自激振荡腔体，导流腔体上面连接弹簧挡圈，内空腔安装有旋转圆盘；旋转圆盘用连接螺套连接固定在轴上，轴与滚动轴承配合，滚动轴承安装在导流腔体上；自激振荡腔体上设置有孔与导流腔体相通，下安有导向叶轮，内腔上下安有上喷嘴和下喷嘴。本发生器能提高井底净化和辅助破岩效果，具有结构简单、性能稳定、效率高，能提高井钻速、降低钻井成本，可用于深井、超深井的钻井作业中。

Description

脉冲空化旋流发生器

技术领域

本实用新型涉及一种用于油气钻井中脉冲空化旋流发生器，特别适用于深井、超深井钻井作业中。

背景技术

目前，喷射钻井的配套技术取得较大进展，机械钻速度和钻井周期均得到成倍的增长和降低。但是随着中国深部油气层的不断发现，深井和超深井数量的不断增加，钻井过程中遇到的复杂情况也在增多。随着井深的增加，钻井速度下降幅度明显增大，同时钻井成本也急剧增加，这直接影响到油田的勘探开发速度和成本。在深井或超深井中，随着井深的增加，沿程水力损失随之大幅增加，在地面机泵功率不变的条件下，井底钻头可用水马力急剧下降，由于井底水力能量降低，水力破岩、清岩能力也大大下降，在很多情况下由于岩屑不能及时清除而导致重复破碎，甚至造成钻头泥包。深井机械钻速低已经成为制约深井钻井技术发展的瓶颈，围绕着提高射流破岩的效率，从而提高钻井速度，目前国内外研究的重点是高压水射流和新型射流水力破岩和辅助破岩，并研制了多种井下增压器和水力脉冲工具。但是由于井底空间有限，而井下增压器结构相对复杂，能量利用及匹配难以控制，寿命较短；现行的水力脉冲钻井工具调制生成的水力脉冲也存在脉冲幅值和峰值偏低、工具寿命较短等问题。

发明内容

本实用新型的目的是：为了克服现有井底钻井工具水力效率利用较低、破岩效率不高、深井机械钻速下降幅度过大等缺点，特提供一种脉冲空化旋流发生器；在钻杆和钻头之间加上该脉冲空化旋流发生器，将进入钻头的常规连续流动调制成脉冲空化旋流，在井底产生水力脉冲、空化冲蚀、局部负压、旋转射流效应，从而提高井底净化和辅助破岩效果、提高深井机械钻速。

为了达到上述目的，本实用新型解决此技术问题所采用的技术方案是：一种脉冲空化旋流发生器，是由上下母接头、本体、导流腔体、旋转圆盘、自激振荡腔体、导向叶轮组成，其结构特征是：脉冲空化旋流发生器的本体上下设置有上母接头和下母接头，分别与上部钻杆和下部钻头连接；本体内部安装有导流腔体和自激振荡腔体，导流腔体位于发生器上部，导流腔体上面连接弹簧挡圈，内部空腔安装有旋转圆盘；旋转圆盘左右两端用连接螺套连接固定在轴上，轴与滚动轴承配合，滚动轴承安装在导流腔体上，旋转圆盘能绕轴旋转；自激振荡腔体位于发生器下部，上面设置有孔与导流腔体相通，下面安装有导向叶轮，自激振荡腔体内腔上下安装有上喷嘴与下喷嘴。

在旋转圆盘上排布有大小不同孔距的圆孔。可以增加压力脉冲扰动和调节脉动频率，防止钻井液堵塞。自激振荡腔体内腔室下喷嘴与上喷嘴直径之比值为1.2；腔室长度与腔室直径之比值为0.3～0.4；腔室直径与下喷嘴直径之比值为6～8。

本实用新型具有以下有益效果：(1)本发生器在井底产生水力脉冲、空化冲蚀、局部负压、旋转射流效应，能够提高井底净化和辅助破岩效果；(2)具有结构简单、性能稳定、效率高、能将普通钻头喷嘴常规连续射流调制成脉冲空旋流等特点；(3)能提钻井速度、降低钻井成本，可用于深井，超深井的钻井作业中。

附图说明

图1是本实用新型脉冲空化旋流发生器的结构示意图。

图中：1.本体，2.弹簧挡圈，3.轴，4.滚动轴承，5.连接螺套，6.下母接头，7.导向叶轮，8.自激振荡腔体，9.导流腔体，10.旋转圆盘，11.上母接头。

具体实施方式

如图1所示，脉冲空化旋流发生器的本体1上车有上母接头11和下母接头6，分别连接钻杆和钻头。导流腔体9和自激振荡腔体8都安装于本体1内部，导流腔体9位于脉冲空化旋流发生器的上部，导流腔体9内部还安有旋转圆盘10，旋转圆盘10用连接螺套5连接固定到轴3上，轴3由滚动轴承4支撑，滚动轴承4安装于导流腔体9内，旋转圆盘10可以绕轴3旋转，这样既方便旋转圆盘10的安装，也可以防止泥浆里的颗粒进入滚动轴承4造成轴承磨损加剧和轴承寿命降低。当钻井液流经导流腔，圆盘绕轴不断旋转，形成脉冲压力扰动。导流腔体9和自激振荡腔体8叠加成赫尔姆兹自激振荡腔，通过碰撞、反馈、放大过程不断重复，将来流压力脉动的振幅扩大，形成脉冲空化射流。自激振荡腔室下上喷嘴直径之比取1.2，腔室长度与腔室直径之比取0.3～0.4，腔室直径与下喷嘴直径之比取6～8。在脉冲空化旋流发生器底部安装一个固定的导向叶轮7，将一维轴向来流导引成具有三维速度的旋转射流。这样，脉冲空化旋流发生器将进入钻头的常规连续流动调制成脉冲空化射流，在井底产生水力脉冲、空化冲蚀、局部负压、旋转射流效应，提高井底净化和辅助破岩效果。

Claims (3)

1.一种脉冲空化旋流发生器，是由上下母接头、本体、导流腔体、旋转圆盘、自激振荡腔休、导向叶轮组成，其特征在于：脉冲空旋流发生器的本体(1)上下设置有上母接头(11)和下母接头(6)；本体(1)内部安装有导流腔体(9)和自激振荡腔体(8)，导流腔体(9)位于发生器上部，导流腔体(9)上面连接弹簧挡圈(2)，内部空腔安装有旋转圆盘(10)；旋转圆盘(10)左右两端用连接螺套(5)连接固定在轴(3)上，轴(3)与滚动轴承(4)配合，滚动轴承(4)安装在导流腔体(9)上；自激振荡腔体(8)位于发生器下部，上面设置有孔与导流腔体(9)相通，下面安装有导向叶轮(7)，自激振荡腔体(8)内腔室上下安装有上喷嘴和下喷嘴。

2.根据权利要求1所述的脉冲空化旋流发生器，其特征是：在旋转圆盘(10)上排布有大小不同孔距的圆孔。

3.根据权利要求1所述的脉冲空化旋流发生器，其特征是：自激振荡腔体(8)内腔室下喷嘴与上喷嘴直径之比值为1.2；腔室长度与腔室直径之比值为0.3～0.4；腔室直径与下喷嘴直径之比值为6～8。

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