CN204827232U - 一种钻井用水力脉冲装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钻井用水力脉冲装置，连接于钻杆与钻头之间，包括与钻杆连接的钻杆接头，与钻头连接的钻头接头，以及连接在钻杆接头与钻头接头之间的壳体，从钻杆接头的连接端至钻头接头连接端的壳体内依次设置有第一节流部、第一水力振荡部、第二节流部、第二水力振荡部和驱动杆部，驱动杆部与钻头接头连接；钻杆接头、第一节流部、第一水力振荡部、第二节流部、第二水力振荡部、驱动杆部和钻头接头分别内设有流道并依次连接。本实用新型的水力脉冲装置，设置有两级振荡室，将水力能量的脉动效应转换为周期性冲击作用力，使钻头产生纵向机械振动，改善井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率。
Description
技术领域
本实用新型属于钻探设备技术领域，具体涉及一种钻井用水力脉冲装置。
背景技术
随着石油勘探与开发的发展，大斜井、大位移井及水平井占总钻井工作量的比例越来越高。但是，由于该类井的井斜、位移较大，岩屑携带困难，特别是在井斜角大于45°的大井斜定向井中，岩屑的沉降、运移与直井、小位移定向井相比发生了根本的变化，岩屑有向井壁径向沉降的趋势。在一定条件下就会形成岩屑床，成形的岩屑床增加了环空中钻井液的固相含量，减小了环空间隙，容易引起憋泵、卡钻等情况发生，甚至钻进困难。因此，及时有效地清除岩屑是保障钻井作业安全、减少岩石重复破碎、提高机械钻速的有效途径。
同时，随着钻井深度的逐渐增加，在上覆岩层和井眼内液柱压力的作用下，钻头破岩钻进效率逐渐降低。因此如何有效提高深井钻进效率是当前钻井工程中迫切需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对上述现有技术钻井过程中存在的问题，提供一种钻井用水力脉冲装置，安装在钻头与钻杆之间，内置两级振荡腔，形成的脉冲射流能够对钻头形成周期性的冲击，有助于提高钻头的破岩效率。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种钻井用水力脉冲装置，连接于钻杆与钻头之间，包括与钻杆连接的钻杆接头，与钻头连接的钻头接头，以及连接在钻杆接头与钻头接头之间的壳体，从钻杆接头的连接端至钻头接头连接端的壳体内依次设置有第一节流部、第一水力振荡部、第二节流部、第二水力振荡部和驱动杆部，驱动杆部与钻头接头连接；钻杆接头、第一节流部、第一水力振荡部、第二节流部、第二水力振荡部、驱动杆部和钻头接头分别内设有流道并依次连接。
优选地，所述的第一节流部设置为第一节流头，第一节流头中间为截面积逐渐减小的喇叭状流道；
所述的第一水力振荡部设置为连接在第一节流部与第二节流部之间的套管，套管的内腔截面积均大于第一节流部的流道出口的截面积与第二节流部的流道入口的截面积，套管的内腔分别与第一节流部的连接端、第二节流部的连接端合围形成水力振荡室。
优选地，所述的第二节流部设置为第二节流头，第二节流头中间为截面积小于第一水力振荡部的流道；
所述的第二水力振荡部设置为连接在第二节流部与驱动杆部之间的缸套，缸套的内腔截面积均大于第二节流部的流道出口的截面积与驱动杆部的流道入口的截面积，缸套的内腔分别与第二节流部的连接端、驱动杆部的连接端合围形成水力振荡室。
优选地，所述的第二节流头的流道入口一端采用锥体状凸出结构。
优选地，所述的第二水力振荡部中，驱动杆部的流道入口嵌套有冲蚀帽，冲蚀帽的流道入口嵌套有衬套。
优选地，所述的冲蚀帽和衬套的流道入口一端采用锥体状凸出结构。
优选地，所述的钻杆接头与壳体之间采用锥螺纹连接，驱动杆部设置为中段设置有横截面为多边形的多方驱动杆，多方驱动杆一端位于壳体内，与壳体之间形成限位台阶式连接，另一端与钻头接头之间采用锥螺纹连接；壳体上设置有与多方驱动杆的多边形段相配合的多边形孔。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的一种钻井用水力脉冲装置，连接在钻井的钻头与钻杆之间，内置有第一节流部、第一水力振荡部、第二节流部、第二水力振荡部，钻井液通过节流部产生激动压力，然后在水力振荡部形成自激振荡，钻井液通过两级的振荡腔后，形成更强的脉冲射流，给钻头提供脉动的钻压，将水力能量的脉动效应转换为作用于钻头的周期性冲击作用力，使钻头产生纵向机械振动，改善井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率。
附图说明
图1是本实用新型的水力脉冲装置全剖视图。
图2是图1的A-A断面图。
图中标记：11-第一节流部，12-第一水力振荡部，13-第二节流部，14-第二水力振荡部，15-驱动杆部，20-钻杆接头，21-壳体，22-第一节流头，23-套管，24-第二节流头，25-缸套，26-衬套，27-冲蚀帽，28-多方驱动杆，29-钻头接头。
具体实施方式
参照图1，图2，本实用新型的一种钻井用水力脉冲装置，连接于钻杆与钻头之间，包括与钻杆连接的钻杆接头20，与钻头连接的钻头接头29，以及连接在钻杆接头20与钻头接头29之间的壳体21，从钻杆接头20的连接端至钻头接头29连接端的壳体21内依次设置有第一节流部11、第一水力振荡部12、第二节流部13、第二水力振荡部14和驱动杆部15，驱动杆部15与钻头接头29连接；钻杆接头20、第一节流部11、第一水力振荡部12、第二节流部13、第二水力振荡部14、驱动杆部15和钻头接头29分别内设有流道并依次连接。
第一节流部11设置为第一节流头22，第一节流头22中间为截面积逐渐减小的喇叭状流道。第一水力振荡部12设置为连接在第一节流部11与第二节流部13之间的套管23，套管23的内腔截面积均大于第一节流部11的流道出口的截面积与第二节流部13的流道入口的截面积，套管23的内腔分别与第一节流部11的连接端、第二节流部13的连接端合围形成水力振荡室。
第二节流部13设置为第二节流头24，第二节流头24中间为截面积小于第一水力振荡部12的流道。第二水力振荡部14设置为连接在第二节流部13与驱动杆部15之间的缸套25，缸套25的内腔截面积均大于第二节流部13的流道出口的截面积与驱动杆部15的流道入口的截面积，缸套25的内腔分别与第二节流部13的连接端、驱动杆部15的连接端合围形成水力振荡室。
由于钻井液在第二水力振荡部14中形成自激振荡，驱动杆部15受到钻井液周期性的冲击力冲击，长时间使用驱动杆部15的端部冲蚀较为严重，因此在驱动杆部15的流道入口嵌套有冲蚀帽27，冲蚀帽27的流道入口嵌套有衬套26，冲蚀帽27、衬套26选用耐冲蚀性能好的材料，更换方便，且能提高整个装置的使用寿命。第二节流头24处于第一水力振荡部12的末端，因此也受到钻井液的冲击，所以第二节流头24也选用耐冲蚀性能较好的材料制成，提高整个装置的使用寿命。
第二节流头24的流道入口一端采用锥体状凸出结构。同时冲蚀帽27和衬套26的流道入口一端也采用锥体状凸出结构。这样钻井液在水力振荡室的末端，与锥状凸出结构的端面发生碰撞并向上反馈激动压力，形成反馈压力振荡，加强钻井液的反馈效果。
钻杆接头20与壳体21之间采用锥螺纹连接，驱动杆部15设置为中段设置有横截面为多边形的多方驱动杆28，多方驱动杆28一端位于壳体21内，与壳体21之间形成限位台阶式连接，另一端与钻头接头29之间采用锥螺纹连接；壳体21上设置有与多方驱动杆28的多边形段相配合的多边形孔。通过具有多边形段的多方驱动杆28，在钻井液的轴向振荡所形成的对钻头的冲击力时，能够通过多边形结构传递扭矩。参照图2，本实用新型的多方驱动杆28的多边形段优选为八边形结构，壳体21上的多边形孔也设置成对应的八边形孔。
本实用新型的自激振荡原理：
钻井液通过上部的钻杆接头20流经第一节流头22时，由于流道面积的减小，使得流经第一节流头22的钻井液产生激动压力，并形成逐渐变大的涡环结构，进入水力振荡室后，与第二节流头24发生碰撞并向上反馈激动压力，形成反馈压力振荡，根据瞬态流理论，如果压力激动的频率与振荡腔的固有频率匹配，反馈的振荡压力就能得到放大，从而在振荡腔内产生流体共振，形成射流进入下一级振荡室，再次经过一系列的自激振荡过程形成更强的脉冲射流。
本实用新型的水力脉冲装置工作过程：
钻井液经连接在钻杆接头20端部的钻杆流入钻杆接头20，然后再流入第一节流头22，通过第一节流头22后产生激动压力，进入第一水力振荡部12，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，流入第二节流头24，在第二节流头24进一步产生激动压力，进入第二水力振荡部14，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，形成强度更高的脉冲射流，产生的脉冲射流一方面增大了喷嘴射流的轴心瞬时冲击压力，使井底获得更高的能量；另一方面，在第二水力振荡部14内通过对衬套26、冲蚀帽27和多方驱动杆28的冲击力，给钻头提供脉动的钻压，将水力能量的脉动效应转换为作用于钻头的周期性冲击作用力，使钻头产生纵向机械振动，改善井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率。
同时，钻井液在分别进入第一水力振荡部12和第二水力振荡部14中时，由于流道面积的突然变化，钻井液的流速会有所增加，同时钻井液内部会形成暂时的负压区，可能会使得溶于钻井液中的过饱和气体逸出形成气泡，当压强增大后，气泡就会塌缩、爆裂，产生冲击波，形成高速射流，能够加强振荡腔中脉冲射流的形成和钻头的振动。
Claims (7)
1.一种钻井用水力脉冲装置，连接于钻杆与钻头之间，其特征在于，包括与钻杆连接的钻杆接头(20)，与钻头连接的钻头接头(29)，以及连接在钻杆接头(20)与钻头接头(29)之间的壳体(21)，从钻杆接头(20)的连接端至钻头接头(29)连接端的壳体(21)内依次设置有第一节流部(11)、第一水力振荡部(12)、第二节流部(13)、第二水力振荡部(14)和驱动杆部(15)，驱动杆部(15)与钻头接头(29)连接；钻杆接头(20)、第一节流部(11)、第一水力振荡部(12)、第二节流部(13)、第二水力振荡部(14)、驱动杆部(15)和钻头接头(29)分别内设有流道并依次连接。
2.根据权利要求1所述的钻井用水力脉冲装置，其特征在于，所述的第一节流部(11)设置为第一节流头(22)，第一节流头(22)中间为截面积逐渐减小的喇叭状流道；
所述的第一水力振荡部(12)设置为连接在第一节流部(11)与第二节流部(13)之间的套管(23)，套管(23)的内腔截面积均大于第一节流部(11)的流道出口的截面积与第二节流部(13)的流道入口的截面积，套管(23)的内腔分别与第一节流部(11)的连接端、第二节流部(13)的连接端合围形成水力振荡室。
3.根据权利要求1所述的钻井用水力脉冲装置，其特征在于，所述的第二节流部(13)设置为第二节流头(24)，第二节流头(24)中间为截面积小于第一水力振荡部(12)的流道；
所述的第二水力振荡部(14)设置为连接在第二节流部(13)与驱动杆部(15)之间的缸套(25)，缸套(25)的内腔截面积均大于第二节流部(13)的流道出口的截面积与驱动杆部(15)的流道入口的截面积，缸套(25)的内腔分别与第二节流部(13)的连接端、驱动杆部(15)的连接端合围形成水力振荡室。
4.根据权利要求3所述的钻井用水力脉冲装置，其特征在于，所述的第二节流头(24)的流道入口一端采用锥体状凸出结构。
5.根据权利要求1所述的钻井用水力脉冲装置，其特征在于，所述的第二水力振荡部(14)中，驱动杆部(15)的流道入口嵌套有冲蚀帽(27)，冲蚀帽(27)的流道入口嵌套有衬套(26)。
6.根据权利要求5所述的钻井用水力脉冲装置，其特征在于，所述的冲蚀帽(27)和衬套(26)的流道入口一端采用锥体状凸出结构。
7.根据权利要求1所述的钻井用水力脉冲装置，其特征在于，所述的钻杆接头(20)与壳体(21)之间采用锥螺纹连接，驱动杆部(15)设置为中段设置有横截面为多边形的多方驱动杆(28)，多方驱动杆(28)一端位于壳体(21)内，与壳体(21)之间形成限位台阶式连接，另一端与钻头接头(29)之间采用锥螺纹连接；壳体(21)上设置有与多方驱动杆(28)的多边形段相配合的多边形孔。
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| CN (1) | CN204827232U (zh) |
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