CN203188909U - 一种提高钻井速度的水力脉冲工具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水力射流钻井装置中的一种提高钻井速度的水力脉冲工具，包括管状本体，本体内腔入口端设有导流段，导流段出口端的本体内腔依次设有引流体、叶轮座、振荡喷嘴和谐振喷嘴，谐振喷嘴的出口端通过卡簧固定，所述叶轮座内偏心设有叶轮，引流体内腔设有将腔内流体引向叶轮一侧外缘的引流壁，所述振荡喷嘴出口端设有径向圆滑收缩的喷口，所述谐振喷嘴中心设有与喷口连通的谐振腔室，所述谐振腔室内径大于喷口内径并与本体的出口连通。本实用新型可实现将常规连续液流调制成振动脉冲流冲击井底，改善井底流场，提高钻井效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水力射流钻井工具，特别涉及一种提高钻井速度的水力脉冲工具。
背景技术
随着油田钻井勘探的深度越来越深，沿程水力损耗增大，井底钻头可用水马力下降，水力破岩、清岩的能力也随之减弱，造成深井钻井速度下降，因此，如何有效地提高机械钻速成为亟待解决的问题。目前采用较多的是水力脉冲复合钻井技术，与钻头配套一冲脉射流提速工具，一定程度的提高了破岩效率，但由于钻井速度提高后，破岩产生的岩屑量增多，正常状态的连续射流已无法及时清除井底的岩屑，岩屑在井底遭受反复切削，降低了钻头寿命，导致复合钻井技术难以发挥最佳的钻速效果。
另外，现有技术中的水力脉冲提速工具还存在以下问题：
（1）为提高脉冲提速工具内部零件耐磨性，提速工具内部零件整体采用硬质合金材料，制造成本过高；
（2）脉冲提速工具内部零件经常因岩屑泥砂等颗粒而卡死，不便于内部零件的拆装；
（3）脉冲提速工具内的叶轮处于本体正中间，流液压降比较大，不利于岩屑上返。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种提高钻井速度的水力脉冲工具，通过在工具内腔设置偏心叶轮，使常规连续液流流经叶轮后调制成振动脉冲流冲击井底，改善井底流场，提高钻井效率。
本实用新型的目的是这样实现的，一种提高钻井速度的水力脉冲工具，包括管状本体，本体内腔入口端设有导流段，导流段出口端的本体内腔依次设有引流体、叶轮座、振荡喷嘴和谐振喷嘴，谐振喷嘴的出口端通过卡簧固定，所述叶轮座内偏心设有叶轮，引流体内腔设有将腔内流体引向叶轮一侧外缘的引流壁，所述振荡喷嘴出口端设有径向圆滑收缩的喷口，所述谐振喷嘴中心设有与喷口连通的谐振腔室，所述谐振腔室内径大于喷口内径并与本体的出口连通。
本实用新型使用中，安装于钻头或钻铤的上部，钻井过程中钻具内一定流速的钻井液经过引流壁的引流作用产生切向力使叶轮高速旋转，偏心设置的叶轮在转动过程中高频改变钻井液通过叶轮座流道的面积，从而改变钻井液流速和压力而产生脉冲射流进入振荡喷嘴的振荡腔室内，钻井液脉冲信号传递到振荡喷嘴后被振荡腔室进一步放大，使流体产生谐振，再通过振荡喷嘴的收缩喷口进入谐振喷嘴，在谐振喷嘴的放大腔体内产生压力波动，这种压力波动反射回振荡腔室形成反馈压力振荡，当振荡频率与谐振腔的频率相一致时，反馈压力振荡得以放大，从而产生流体声谐共振，在流体出口端产生强烈的脉动涡环流，以波动压力的方式冲击井底，改善井底流场，将井底岩屑彻底冲返清除出来，从而提高钻井效率。
为提高脉冲工具内部零件的耐磨性能并降低耐磨件的材料成本，所述引流壁上嵌装有引流套，所述振荡喷嘴的内腔嵌装有内套。
为防止泥砂等颗粒卡死脉冲工具内各部件的连接面，与本体内腔配合套装的引流体、叶轮座和振荡喷嘴的外壁间分别设有若干密封元件。
为便于叶轮的安装，所述叶轮中心设有中心孔，中心孔内两侧设有用于与叶轮座转动连接的销轴，销轴之间设有两颗滚珠，销轴与叶轮座配合连接的销孔间设有密封圈。
为便于工具与其它件的连接，所述本体入口端外壁设有外螺纹，本体出口端内壁设有内螺纹。
附图说明
图1为本实用新型的提高钻井速度的水力脉冲工具的主视图。
图2为图1在A-A处的剖视图。
其中，1 本体；2密封元件；3引流套；4引流体；5叶轮座；6叶轮；7内套；8振荡喷嘴；9谐振喷嘴；10卡簧；11销轴；12滚珠；13密封圈。
具体实施方式
如图1、图2所示为本实用新型的提高钻井速度的水力脉冲工具，包括管状本体1，本体1内腔入口端设有导流段，导流段出口端的本体1内腔依次设有引流体4、叶轮座5、振荡喷嘴8和谐振喷嘴9，谐振喷嘴9的出口端通过卡簧10固定，叶轮座5内偏心设有叶轮6，引流体4内腔设有将腔内流体引向叶轮6一侧外缘的引流壁，振荡喷嘴8出口端设有径向圆滑收缩的喷口，谐振喷嘴9中心设有与喷口连通的谐振腔室，谐振腔室内径大于喷口内径并与本体1的出口连通；为提高脉冲工具内部零件的耐磨性能并降低耐磨件的材料成本，引流壁上嵌装有引流套3，振荡喷嘴8的内腔嵌装有内套7；为防止泥砂等颗粒卡死脉冲工具内各部件的连接面，与本体1内腔配合套装的引流体3、叶轮座5和振荡喷嘴8的外壁间分别设有若干密封元件2；为便于叶轮6的安装，叶轮6中心设有中心孔，中心孔内两侧设有用于与叶轮座5转动连接销轴11，销轴11之间设有两颗滚珠12，销轴11与叶轮座5配合连接的销孔间设有密封圈13；为便于工具与其它件的连接，本体1入口端外壁设有外螺纹，本体1出口端内壁设有内螺纹。
本实用新型使用时，安装于钻头或钻铤的上部，钻切过程中钻具内一定流速的钻井液经过引流套2的引流作用产生切向力使叶轮6高速旋转，偏心设置的叶轮6在转动过程中高频改变钻井液通过叶轮座5流道的面积，从而改变钻井液流速和压力而产生脉冲射流进入振荡喷嘴8的振荡腔室内，钻井液脉冲信号传递到振荡喷嘴8后被振荡腔室进一步放大，使流体产生谐振，再通过振荡喷嘴8的收缩喷口进入谐振喷嘴9，在谐振喷嘴9的放大腔体内产生压力波动，这种压力波动反射回振荡腔室形成反馈压力振荡，当振荡频率与谐振腔的频率相一致时，反馈压力振荡得以放大，从而产生流体声谐共振，在流体出口端产生强烈的脉动涡环流，以波动压力的方式冲击井底，改善井底流场，将井底岩屑彻底冲刷清除出来，从而提高钻井效率。另外本实用新型的结构，在引流体4内嵌装引流套3，振荡喷嘴8内嵌装内套7，制造中，为提高引流套3和振荡喷嘴8的耐磨性能，引流套3和内套7采用硬质合金耐磨材料，既可以增加引流套3和内套7的耐磨性能，延长使用寿命，而且相比整件零件使用硬质合金材料成本大大降低。当引流套3和内套7使用一段时间磨损后可以拆换，而不需要将整体的引流体3和振荡喷嘴8更换；同时，因本体1与各零件的配合面间设有若干密封元件2，可以防止脉冲工具工作时，岩屑或泥砂等颗粒进入配合连接面而卡死配合面，导致无法从本体内拆御各零件。因此采用本实用新型的结构，可以实现彻底清除井底钻磨岩屑，提高钻屑效率，并且装拆方便，制造成本低。
本实用新型并不局限于上述实施例，凡是在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型保护的范围内。
Claims (5)
1.一种提高钻井速度的水力脉冲工具，包括管状本体，本体内腔入口端设有导流段，导流段出口端的本体内腔依次设有引流体、叶轮座、振荡喷嘴和谐振喷嘴，谐振喷嘴的出口端通过卡簧固定，其特征在于，所述叶轮座内偏心设有叶轮，引流体内腔设有将腔内流体引向叶轮一侧外缘的引流壁，所述振荡喷嘴出口端设有径向圆滑收缩的喷口，所述谐振喷嘴中心设有与喷口连通的谐振腔室，所述谐振腔室内径大于喷口内径并与本体的出口连通。
2.根据权利要求1所述的提高钻井速度的水力脉冲工具，其特征在于，所述引流壁上嵌装有引流套，所述振荡喷嘴的内腔嵌装有内套。
3.根据权利要求1或2所述的提高钻井速度的水力脉冲工具，其特征在于，与本体内腔配合套装的引流体、叶轮座和振荡喷嘴的外壁间分别设有若干密封元件。
4.根据权利要求3所述的提高钻井速度的水力脉冲工具，其特征在于，所述叶轮中心设有中心孔，中心孔内两侧设有用于与叶轮座转动连接的销轴，销轴之间设有两颗滚珠，销轴与叶轮座配合连接的销孔间设有密封圈。
5.根据权利要求3所述的提高钻井速度的水力脉冲工具，其特征在于，所述本体入口端外壁设有外螺纹，本体出口端内壁设有内螺纹。
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2013
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