CN204903128U - 钻井用射流元件检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钻井用射流元件检测装置,包括：流量计接头、上压盖、外管、外管接头、泵、数据采集器及计算机。外管内部包括从上到下排列安装的射流元件、液压缸、缸盖和定位隔套。泵的输出管路连接流量计接头入口端，流量计接头之后为顺次连接的上压盖、外管和外管接头，外管接头与泵的回流管路相连。该装置通过泵输送工作流体介质驱动外管内的射流元件工作，并通过流量计和压力传感器对处于工作状态下的射流元件内部液体参数的变化情况进行检测，再由数据采集器和计算机进行流量和压力数据的采集和存储，以供射流元件工作参数的分析、优化及改进设计使用。本测试装置相对简易，拆装方便，有利于测试过程中不同参数的射流元件的更换和安装。

Description

钻井用射流元件检测装置

技术领域：

本实用新型涉及石油钻探领域，特别是涉及一种钻井用射流元件检测装置。

背景技术：

目前井底动力装置最常用的是螺杆和涡轮，它们将输入流体的自身能量转化为机械能来驱动井底其它工具的工作。而射流元件也是一种井底动力装置，具有结构小巧、耐高背压、深井稳定性好等优点。它是一种利用液体射流的附壁切换特性来自动控制活塞、液压缸等执行机构运动的零部件，射流元件可将液体交替性地分配到液压缸的上下腔驱动活塞往复运动，从而驱动其它工具工作或产生有益效果。现在射流元件已被广泛应用到地质勘探、矿井掘进、石油钻井等领域，陆续产生了射流式液动冲击器、射流式井底增压器、射流式水力振荡器等工具，这些工具都是以射流元件为核心动力部件。

但是射流元件工作性能的优劣需要通过试验来判定，射流元件内部几何参数很多并且相互影响，调试工作较为繁琐；此外，射流元件体型较小且内部结构复杂，不利于直接用仪器进行测量，因此需要设计专用的检测装置，对射流元件正常工作中装置内液体参数的变化情况进行检测，判断射流元件的工作状况，更有利于射流元件内部几何参数的设计优化，使射流元件在井底动力工具设计领域得到更广泛的应用。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种钻井用射流元件专用的检测装置，可对处于工作状态下的射流元件内部液体参数的变化情况进行检测，检测数据可用来评价射流元件内部几何参数的合理性和工作稳定性，从而更利于射流元件内部结构参数的设计优化。

本实用新型的技术方案如下：

所述钻井用射流元件检测装置包括：流量计接头、上压盖、外管、外管接头、泵、数据采集器及计算机；所述外管内部从上到下依次装有射流元件、液压缸、缸盖和定位隔套；所述泵的输出管路与所述流量计接头的上部入口端固定连接，流量计接头下部出口端与所述上压盖顶部入口端固定连接，上压盖下部出口端插入外管顶部入口端并固定连接。

在外管内部，上压盖下部出口端紧压在射流元件上端面上，并与射流元件上端面的液体输入口对接；射流元件下端面紧压在液压缸上端面上，且射流元件下端面的两个液体输出口分别与液压缸的上腔室和下腔室连通，上腔室和下腔室之间为活塞，液压缸下端(即下腔室底部)由缸盖封盖。所述外管接头的上部入口端固定套接在外管下部外侧，下部出口端与泵的回流管路相连，定位隔套与外管的下端面齐平，且均顶在外管接头上部入口端内侧的台阶上，所述上压盖和外管接头将外管及其内部的射流元件、液压缸、缸盖和定位隔套在轴向上相互压紧，使各部件间不发生周向相对转动。在轴向上，射流元件、液压缸及缸盖的侧部表面与外管内壁间留有可供液体流通的间隙，射流元件侧部的排空孔与所述间隙相通，从所述排空孔排出的液体可通过间隙向下流动并由外管下部出口端排出。

流量计接头处的管路上装有流量计，以测定流经其内部的工作流体的流量数据；上压盖和外管接头，以及液压缸内上、下腔室入口端处的管路上分别装有压力传感器，以测定的工作流体在上述4处管路上形成的压力，上述4处管路(上压盖、外管接头以及液压缸上、下腔室的入口端)的压力分别对应检测装置的入口压力、出口压力以及内部液压缸的上腔压力和下腔压力。所述流量计和压力传感器通过数据线与数据采集器相连，数据采集器通过数据线与计算机相连，流量计测定的流量数据以及上述各处管路上的压力传感器测定的压力数据通过数据采集器和计算机进行采集和存储。

所述液压缸内部：顶部为左右隔开的上腔通道和下腔通道，分别作为上腔室和下腔室的入口通道；中部和下部分别为被活塞隔开的上腔室和下腔室，上腔通道与上腔室连通，下腔通道由液压缸顶部向侧下部延伸至与下腔室连通，下腔通道一侧的液压缸侧壁上具有纵向的条形敞口，敞口四周与外管内壁间的接触面上设有至少两道密封圈，从而使敞口外侧的外管内壁成为下腔通道的一部分。射流元件下端面的两个液体输出口分别与液压缸上端面的上、下腔通道的入口对接。

为了实现射流元件、液压缸、缸盖、定位隔套和外管之间更好的周向固定，确保部件之间不发生周向上的相对转动，所述液压缸上端面外围设有至少两个位置圆周对称的凸台，所述凸台卡在射流元件底部外周以阻止射流元件相对于液压缸发生周向转动；所述缸盖与液压缸间通过圆柱销周向定位固定；此外，缸盖顶部外周设有径向凸台，所述径向凸台插入定位隔套上端面与之相配合的凹槽中，以达到缸盖和定位隔套间的周向定位固定；定位隔套外周同样设有径向凸台，定位隔套上的径向凸台插入外管底部内侧与之相配合的凹槽中，以达到定位隔套和外管间的周向定位固定。

所述缸盖与液压缸间采用如下周向定位固定方式：缸盖的盖底和液压缸下端面的接触面上均设有位置对应的圆柱销孔，孔内插入圆柱销。

为了保证上压盖和外管间连接牢固且方便拆装，上压盖下部出口端和外管顶部入口端可通过锁紧螺母进行固定连接,具体如下：上压盖底部设有环形凸台，环形凸台的底面压在外管顶部入口端的端面上，上压盖位于环形凸台以下的部分伸入外管顶部入口端，环形凸台与外管顶部入口端的外径相同，所述锁紧螺母紧套在环形凸台外部并与环形凸台下方的外管通过螺纹相连接。

为了能够调节活塞上下运行的距离、调节工作频率，从而满足不同的测定需要，可在活塞上端面设置锥形孔，孔内以锥面连接固定的方式装入调节锥杆。

为了确保装置具有良好的密封性，上压盖底部外周面与外管顶部内周面间的接触面上设有至少两道密封圈；上压盖下端面与射流元件上端面间的接触面上设有至少一道密封圈；液压缸上端面的上、下腔室(上、下腔通道)的入口四周分别设有至少一道密封圈；外管上部外周面与锁紧螺母侧部内周面的接触面上设有至少一道密封圈；外管下部外周面与外管接头内周面间的接触面上设有至少一道密封圈。

所述泵为水泵、泥浆泵等能够输送液体或使液体增压的设备。

所述泵的输出管路末端连接上接头，回流管路末端连接下接头；上接头与流量计接头的上部入口端、下接头与外管接头的下部出口端、流量计接头与上压盖以及外管接头与外管间均通过螺纹固定连接。此外，各管路上流量计和压力传感器的连接方式均为螺纹连接。具体地，流量计接头、上压盖和外管接头表面均设有与其内部管路连通的径向螺纹通孔，流量计接头通过其表面的径向螺纹通孔接入流量计，上压盖和外管接头分别通过各自表面的径向螺纹通孔接入压力传感器。外管表面分别设有与液压缸上腔室入口端(上腔通道)和下腔室入口端(下腔通道)连通的径向螺纹通孔，外管表面的所述螺纹通孔分别接入压力传感器。

所述钻井用射流元件检测装置通过泵输送工作流体介质驱动外管内的射流元件工作，并通过流量计和压力传感器对处于工作状态下的射流元件内部液体参数的变化情况进行检测，再由数据采集器和计算机进行流量和压力数据的采集和存储，以供射流元件工作参数的分析、优化及改进设计使用。本测试装置结构及部件组成相对简易，拆装方便，有利于测试过程中不同参数的射流元件的更换和安装。

附图说明：

图1是本实用新型钻井用射流元件检测装置的整体结构示意图；

图2是周向定位前，射流元件4、液压缸6、缸盖9、圆柱销10以及定位隔套11的相对位置示意图；

图3是周向定位前，外管5、缸盖9以及定位隔套11的相对位置示意图；

图4是射流元件4和液压缸6周向定位后的相对位置示意图；

图5是液压缸6、缸盖9和定位隔套11周向定位后的相对位置示意图；

图6是外管5、缸盖9和定位隔套11周向定位后的相对位置示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行具体描述。如图1所示，本实用新型所述钻井用射流元件检测装置包括：流量计接头1、上压盖2、外管5、外管接头12、泵13、数据采集器16及计算机17；所述外管5内部从上到下依次装有射流元件4、液压缸6、缸盖9和定位隔套11；所述泵13的输出管路与流量计接头1的上部入口端固定连接，流量计接头1下部出口端与所述上压盖2顶部入口端固定连接，上压盖2下部出口端插入外管5顶部入口端并固定连接。

在外管5内部，上压盖2下部出口端紧压在射流元件4上端面上，并与射流元件4上端面的液体输入口41对接；射流元件4下端面紧压在液压缸6上端面上，且射流元件4下端面的两个液体输出口42分别与液压缸6的上腔室63和下腔室64连通。在液压缸6内部：顶部为左右隔开的上腔通道61和下腔通道62，分别作为上腔室63和下腔室64的入口通道；中下部为内腔，内腔中设有可上下运行的活塞8，将内腔分隔为上腔室63和下腔室64，上腔通道61与上腔室63连通，下腔通道62由液压缸6顶部向侧下部延伸至与下腔室64连通，下腔通道62一侧的液压缸6侧壁上具有纵向的条形敞口，敞口四周与外管5内壁间的接触面上设有两道密封圈18，从而使敞口外侧的外管5内壁成为下腔通道62的一部分。射流元件4下端面的两个液体输出口42分别与液压缸上端面的上腔通道61和下腔通道62的入口对接。

液压缸6下端由缸盖9封盖，缸盖9的盖底中央部分伸入液压缸6下端，构成下腔室64的底部。所述外管接头12的上部入口端固定套接在外管5下部外侧，下部出口端与泵13的回流管路相连，定位隔套11与外管5的下端面齐平，且均顶在外管接头12上部入口端内侧的台阶上，所述上压盖2和外管接头12将外管5及其内部的射流元件4、液压缸6、缸盖9和定位隔套11在轴向上相互压紧，使各部件间不发生周向相对转动。在轴向上，射流元件4、液压缸6及缸盖9的侧部表面与外管5内壁间留有可供液体流通的间隙，射流元件4侧部的排空孔43与所述间隙相通，从所述排空孔排出的液体可通过间隙向下流动并由外管5下部出口端排出。

流量计接头1处的管路上装有流量计14，以测定流经其内部的工作流体的流量数据；上压盖2和外管接头12处的管路上，以及液压缸6内上腔通道61和下腔通道62上分别装有压力传感器15，以测定的工作流体在上压盖2、外管接头12、上腔通道61以及下腔通道62处形成的压力，上述4处管路的压力依次对应检测装置的入口压力、出口压力以及内部液压缸的上腔压力和下腔压力。所述流量计14和压力传感器15通过数据线与数据采集器16相连，数据采集器16通过数据线与计算机17相连，流量计14测定的流量数据以及各处管路上的压力传感器15测定的压力数据通过数据采集器16和计算机17进行采集和存储。

为了实现射流元件4、液压缸6、缸盖9、定位隔套11和外管5之间更好的周向固定，确保部件之间不发生周向上的相对转动，所述液压缸6上端面外围设有至少两个位置圆周对称的凸台，所述凸台卡在射流元件4底部外周，阻止射流元件4相对于液压缸6发生周向转动(图2、4所示)；所述缸盖9与液压缸6间通过圆柱销10周向定位固定(图1、2所示)；此外，缸盖9顶部外周设有径向凸台91，径向凸台91插入定位隔套11上端面与之相配合的凹槽中，以达到缸盖9和定位隔套11间的周向定位固定，定位隔套11外周同样设有径向凸台111，径向凸台111插入外管5底部内侧与之相配合的凹槽中，以达到定位隔套11和外管5间的周向定位固定(图2、3、5、6所示)。

所述缸盖9与液压缸6间采用如下周向定位固定方式：缸盖9的盖底和液压缸6下端面的接触面上均设有位置对应的圆柱销孔，孔内插入圆柱销10。(图1、2所示)。

上压盖2下部出口端和外管5顶部入口端通过锁紧螺母3固定连接,具体如图1所示：上压盖2底部设有环形凸台，环形凸台的底面压在外管5顶部入口端的端面上，上压盖2位于环形凸台以下的部分伸入外管5顶部入口端，环形凸台与外管5顶部入口端的外径相同，锁紧螺母3紧套在环形凸台外部并与环形凸台下方的外管5通过螺纹相连接。具体地，上压盖2位于环形凸台以上的部分从锁紧螺母3顶部的中心孔穿过，锁紧螺母3紧套在环形凸台的上端面和侧表面上，同时锁紧螺母3的侧部内周面与环形凸台下方的外管5顶部外周面间通过螺纹相连接。由此保证了上压盖2和外管5间的牢固连接，且拆装更方便。

如图1所示，为了便于调节活塞8上下运行的距离、调节工作频率，从而满足不同的测定需要，活塞8上端面设有锥形孔，孔内以锥面连接固定的方式装入调节锥杆7。

如图1所示，为了保证所述钻井用射流元件检测装置具有良好的密封性，上压盖2底部外周面与外管5顶部内周面间的接触面上设有至少两道密封圈18；上压盖2下端面与射流元件4上端面间的接触面上设有至少一道密封圈18；液压缸6上端面的上腔通道61和下腔通道62的入口四周分别设有至少一道密封圈18；外管5上部外周面与锁紧螺母3侧部内周面的接触面上设有至少一道密封圈18；外管5下部外周面与外管接头12内周面间的接触面上设有至少一道密封圈18。

所述泵13为水泵、泥浆泵等能够输送液体或使液体增压的设备。

所述泵13的输出管路末端连接上接头131，泵13的回流管路末端连接下接头132；上接头131与流量计接头1的上部入口端、下接头132与外管接头12的下部出口端、流量计接头1与上压盖2以及外管接头12与外管5间均通过螺纹固定连接。此外，各管路上流量计14和压力传感器15的连接方式均为螺纹连接，具体地，流量计接头1、上压盖2和外管接头12表面均设有与其内部管路连通的径向螺纹通孔，流量计接头1通过其表面的径向螺纹通孔接入流量计14，上压盖2和外管接头12分别通过各自表面的径向螺纹通孔接入压力传感器15。外管5表面分别设有与液压缸6的上腔通道61和下腔通道62连通的径向螺纹通孔(其中与上腔通道61连通的螺纹通孔贯穿外管5和液压缸6的侧壁)，并分别接入压力传感器15。

在进行射流元件检测前，先进行所述钻井用射流元件检测装置的安装，包括如下步骤：(1)将液压缸6、外管5以及上压盖2上各处密封圈18安装到位；(2)将调节锥杆7插入活塞8上端面的锥形孔并压紧、定位；(3)将活塞8装入液压缸6内腔中，用缸盖9将液压缸6下端封盖并通过圆柱销10将二者周向定位；(4)将定位隔套11套装到缸盖9顶部，使缸盖9顶部的径向凸台插入到定位隔套11上端面与之相配合的凹槽中；(5)将液压缸6、缸盖9以及定位隔套11装入外管5中，安装过程中调节液压缸6相对于外管5的周向位置，使外管5和液压缸6在上腔通道61一侧用于安装压力传感器15的螺纹孔对齐，形成与上腔通道61连通的螺纹通孔，同时外管5在下腔通道62一侧用于安装压力传感器15的螺纹通孔与下腔通道62连通，上述位置调整好后，将定位隔套11外周的径向凸台插入外管5底部内侧与之相配合的凹槽中，再将外管接头12和外管5下部螺纹连接并拧紧；(6)将射流元件4从外管5顶部入口端装入，使射流元件4下端面紧靠液压缸上端面，且液压缸6上端面外围的凸台卡在射流元件4底部外周，再将上压盖2底部从外管5顶部入口端插入并与射流元件4上端面的液体输入口41对接；(7)将锁紧螺母3从上压盖2顶部套入并通过螺纹与外管5相连接，再将流量计接头1通过螺纹与上压盖2相连接；(8)将泵13的输出管路上接头131通过螺纹与流量计接头1入口端连接，回流管路的下接头132通过螺纹与外管接头12出口端连接；将流量计14从流量计接头1上的径向螺纹通孔接入，再通过外管5和液压缸6在上腔通道61一侧的径向螺纹通孔接入压力传感器15，同样地，外管5的下腔通道62一侧、上压盖2以及外管接头12上均通过径向螺纹通孔接入压力传感器15，流量计14以及与各管路相连的压力传感器15通过数据线与数据采集器16连接，将数据采集器16通过数据线与计算机17连接。

进行检测时，先开启泵13，将工作流体通过输出管路输入到测试装置中，在测试装置中，工作流体依次通过流量计接头1和上压盖2，由液体输入口41进入射流元件4，驱动射流元件4工作，处于工作状态的射流元件4(通过两个液体输出口42以及液压缸6内与之连接的上腔通道61和下腔通道62)周期性地将工作流体分配至液压缸6的上腔室63和下腔室64中，推动活塞8上下往复运动，处于运动状态的活塞8又将上腔室63和下腔室64中的工作流体通过相同的路径周期性地反向排回到射流元件4中，即上腔通道61和下腔通道62中工作流体的进入和排出交替循环进行。射流元件4、液压缸6及缸盖9的侧表面与外管5内壁间留有可供液体流通的间隙，排回射流元件4的工作流体通过排空孔43进入间隙，再由间隙进入外管接头12，最后通过回流管路流回泵13。在工作流体的循环过程中，开启数据采集器16和计算机17，对来自流量计14以及各处管路上压力传感器15所测定的流量数据及压力数据进行采集和存储，所述数据的采集和存储技术为本领域内常用的现有技术，也可以采用市售的数据采集设备和软件，例如采用北京天宇华测科技有限公司的BHDC型数据采集器及专用采集存储软件。

所述钻井用射流元件检测装置结构及部件组成相对简易，拆装方便，有利于测试过程中不同参数的射流元件的更换和安装，当射流元件4的内部结构参数需要调整或更换其他参数的射流元件时，仅需关闭数据采集器16和泵13，依次卸下流量计接头1(包括卸下其上的流量计14和压力传感器15)、锁紧螺母3和上压盖2，取出射流元件4进行参数调整后再装入原位置，或直接在原位置更换其他参数的射流元件。射流元件4归位后，将上压盖2装入外管5，并通过锁紧螺母3固定连接，最后将流量计接头1安装到位，即完成了检测装置的重新组装。

上述具体实施方式仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构及连接设置等都可以有所变化，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种钻井用射流元件检测装置，其特征在于包括：流量计接头(1)、上压盖(2)、外管(5)、外管接头(12)、泵(13)、数据采集器(16)及计算机(17)；所述外管(5)内部从上到下依次装有射流元件(4)、液压缸(6)、缸盖(9)和定位隔套(11)；泵(13)的输出管路与流量计接头(1)上部入口端固定连接，流量计接头(1)下部出口端与上压盖(2)顶部入口端固定连接，上压盖(2)下部出口端插入外管(5)顶部入口端并固定连接；

在外管(5)内部，上压盖(2)下部出口端紧压在射流元件(4)上端面上，并与射流元件(4)上端面的液体输入口(41)对接；射流元件(4)下端面紧压在液压缸(6)上端面上且射流元件(4)下端面的两个液体输出口(42)分别与液压缸(6)的上腔室(63)和下腔室(64)连通，上腔室(63)和下腔室(64)之间为活塞(8)，液压缸(6)下端由缸盖(9)封盖；

外管接头(12)上部入口端固定套接在外管(5)下部外侧，下部出口端与泵(13)的回流管路相连；定位隔套(11)与外管(5)的下端面齐平，均顶在外管接头(12)上部入口端内侧的台阶上；在轴向上，射流元件(4)、液压缸(6)及缸盖(9)的侧部表面与外管(5)内壁间留有可供液体流通的间隙，射流元件(4)侧部的排空孔与所述间隙相通；

流量计接头(1)处的管路上装有流量计(14)；上压盖(2)和外管接头(12)，以及液压缸(6)内上腔室(63)和下腔室(64)入口端处的管路上分别装有压力传感器(15)；流量计(14)和压力传感器(15)通过数据线与数据采集器(16)连接，数据采集器(16)通过数据线与计算机(17)连接。

2.根据权利要求1所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：液压缸(6)上端面外围设有至少两个位置圆周对称的凸台，所述凸台卡在射流元件(4)的底部外周以阻止射流元件(4)相对于液压缸(6)发生周向转动；缸盖(9)与液压缸(6)通过圆柱销(10)周向定位固定；缸盖(9)顶部外周设有径向凸台(91)，径向凸台(91)插入定位隔套(11)上端面与之相配合的凹槽中；定位隔套(11)外周设有径向凸台(111)，径向凸台(111)插入外管(5)底部内侧与之相配合的凹槽中。

3.根据权利要求2所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：缸盖(9)和液压缸(6)通过圆柱销(10)的周向定位固定方式为：缸盖(9)的盖底和液压缸(6)下端面的接触面上均设有位置对应的圆柱销孔，孔内插入圆柱销(10)。

4.根据权利要求1或2所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：上压盖(2)下部出口端和外管(5)顶部入口端通过锁紧螺母(3)固定连接，方式如下：上压盖(2)底部设有环形凸台，环形凸台的底面压在外管(5)顶部入口端的端面上，上压盖(2)位于环形凸台以下的部分伸入外管(5)顶部，环形凸台与外管(5)顶部入口端的外径相同，锁紧螺母(3)紧套在环形凸台外部并与环形凸台下方的外管(5)通过螺纹相连接。

5.根据权利要求1或2所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：活塞(8)上端面设有锥形孔，孔内以锥面连接固定的方式装入调节锥杆(7)。

6.根据权利要求4所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：上压盖(2)底部外周面与外管(5)顶部内周面间的接触面上设有至少两道密封圈(18)；上压盖(2)下端面与射流元件(4)上端面间的接触面上设有至少一道密封圈(18)；液压缸上端面的上腔室(63)和下腔室(64)入口四周分别设有至少一道密封圈(18)；外管(5)上部外周面与锁紧螺母(3)侧部内周面的接触面上设有至少一道密封圈(18)；外管(5)下部外周面与外管接头(12)内周面间的接触面上设有至少一道密封圈(18)。

7.根据权利要求1或2所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：所述泵(13)的输出管路末端连接上接头(131)，回流管路末端连接下接头(132)；上接头(131)与流量计接头(1)的上部入口端、下接头(132)与外管接头(12)的下部出口端、流量计接头(1)与上压盖(2)以及外管接头(12)与外管(5)间均通过螺纹固定连接。

8.根据权利要求7所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：流量计接头(1)通过其表面的径向螺纹通孔接入流量计(14)；上压盖和外管接头分别通过各自表面的径向螺纹通孔接入压力传感器(15)；外管(5)表面分别设有与液压缸上腔室(63)入口端和下腔室(64)入口端连通的径向螺纹通孔，并分别接入压力传感器(15)。

9.根据权利要求3所述的钻井用射流元件检测装置，其特征在于：所述泵(13)为水泵或泥浆泵。