CN207111000U - 一种井下增压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种井下增压装置；属石油、天然气井下作业工具技术领域。该装置包括外筒、花键外筒、柱塞外筒、钻头、动力轴、过滤筒和柱塞，花键外筒的一端螺纹安装有外筒；花键外筒的另一端螺纹安装有柱塞外筒，柱塞外筒的端头螺纹安装有钻头；外筒内活动安装有动力轴，动力轴一端端头螺纹安装有主动凸轮；主动凸轮一侧的花键外筒内通过键槽滑动安装有从动凸轮柱，主动凸轮与从动凸轮柱接触连接；柱塞外筒装有过滤筒；过滤筒与从动凸轮柱之间通过中间接头相互螺纹连接。该装置结构简单、安装方便，解决了现有井下增压装置结构复杂、制造难度大、寿命短，且存在有害冲击的问题。有效提高了井下增压装置的整体寿命。

Description

一种井下增压装置

技术领域

本实用新型涉及一种井下增压装置；属石油、天然气井下作业工具技术领域。

背景技术

随着深井、超深井在油田所占的比例逐年增大，钻井时遇到的坚硬地层中钻井速度大幅度下降的问题日益突出，而普通钻井工具难以达到施工要求。机械钻速过低是制约钻进速度的主要原因。超高压水射流辅助破岩技术的发展为提高机械钻速提供了一个新的研究方向。上世纪中期，美国便开始研究喷射钻井技术，尝试通过提高钻头喷嘴喷射速度来提高机械钻速，并取得了相应的研究成果。超高压水射流辅助机械破岩共经历了三个发展阶段：地面全增压、地面部分增压和井下部分增压，其中地面增压的方式需改变现有设备，投入较大，系统工作不稳定，甚至存在严重的安全隐患。而井下增压的方式只需在钻头上方增设增压装置，无需变动现有设备，制造方便，因此成为当今研究的重点。

目前井下增压装置中，大部分是利用帕斯卡原理进行增压，使用水压力来推动大活塞，大活塞再推动小活塞来实现对以部分钻井液进行增压。这类增压装置增压效果良好，但存在着如下缺点：增压器流道较为复杂，给加工和安装造成了很大困难；增压装置换向机构寿命短且存在有害冲击；柱塞机构连接处存在易损件，寿命短等问题。由此，研发一种换向机构结构简单、脉冲平稳、不存在有害冲击，柱塞机构连接简单、牢固、安装方便，以提高寿命和可靠性的增压装置是我们亟待解决的任务。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种结构简单、安装方便，脉冲平稳、不存在有害冲击，可有效提高使用寿命和可靠性，以解决现有井下增压装置结构复杂、制造难度大、寿命短，且存在有害冲击问题的井下增压装置。

本实用新型的技术方案是：

一种井下增压装置，包括外筒、花键外筒、柱塞外筒、钻头、动力轴、过滤筒和柱塞，其特征在于：花键外筒的一端螺纹安装有外筒；花键外筒的另一端螺纹安装有柱塞外筒，柱塞外筒的端头螺纹安装有钻头；外筒内活动安装有动力轴，动力轴一端端头螺纹安装有主动凸轮；主动凸轮一侧的花键外筒内通过键槽滑动安装有从动凸轮柱，主动凸轮与从动凸轮柱接触连接；柱塞外筒装有过滤筒；过滤筒与从动凸轮柱之间通过中间接头相互螺纹连接；过滤筒一侧的柱塞外筒内设置有内凸台，内凸台的中心孔一端装有柱塞，柱塞的一端与过滤筒螺纹连接；内凸台的中心孔另一端螺纹安装有排液阀座；排液阀座的一端通过安装座装有连通软管，连通软管与钻头的喷嘴连通；安装座一侧的排液阀座上螺纹安装有排液堵头，排液堵头与安装座之间的排液阀座上通过排液导向柱和弹簧装有排液阀芯，排液阀芯与排液堵头接触连接。

所述的排液阀芯与安装座之间设置有流道。

所述的内凸台中心孔内的柱塞上螺纹安装有进液阀座，进液阀座内孔前端装有进液堵头，进液堵头与进液阀座之间通过进液导向柱和弹簧安装有进液阀芯；进液阀芯与进液阀座内孔端口接触连接。

所述的进液堵头上设置有流道。所述的内凸台中心孔内的柱塞上通过压紧螺母安装有密封件。

所述的花键外筒内壁上设置有凸台，凸台一侧的从动凸轮柱上装有复位弹簧。

所述的动力轴和主动凸轮上分别设置有中心孔。

所述的从动凸轮柱上设置有中心孔，中心孔一端的从动凸轮柱圆周上径向均布有过流孔，过流孔与中心孔连通。

所述的中间接头由上接头和下接头构成，上接头上设置有卡槽，下接头上设置有卡头上接头和下接头之间通过卡槽和卡头的配合相互卡接。

所述的上接头和下接头上轴向对称状设置有液流孔。

所述的过滤筒上套装有筛网。

所述的内凸台圆周上设置有内凸台液流孔。

本实用新型的有益效果是：

该井下增压装置结构简单、安装方便，相对现有的拨叉式、销轴式井下增压装置产生的脉冲更稳定。该井下增压装置的从动凸轮柱采用花键与花键外筒连接，使从动凸轮柱与花键外筒转速相同，从而使其与主动凸轮存在固定的转速差，以保证主动凸轮与从动凸轮柱存在相对转动，从而避免了因两者相对静止而发生的不能增压的情况。该井下增压装置使用复位弹簧对从动凸轮柱进行复位，避免了主动凸轮空载运行以及主动凸轮和从动凸轮柱卡住的情况。并且过滤筒与从动凸轮柱之间通过中间接头相互螺纹连接，其连接可靠、安装简便，解决了现有井下增压装置结构复杂、制造难度大、寿命短，且存在有害冲击的问题。有效提高了井下增压装置的整体寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中的A处放大示意图；

图3为图1中的B处放大示意图；

图4为图1中的C处放大示意图；

图5为本实用新型的上接头的结构示意图；

图6为本实用新型的下接头的结构示意图。

图中：1、外筒，2、花键外筒，3、柱塞外筒，4、钻头，5、动力轴，6、过滤筒，7、柱塞，8、主动凸轮，9、从动凸轮柱，10、过流孔，11、复位弹簧，12、筛网，13、上接头，14、下接头，15、卡槽，16、卡头，17、液流孔，18、内凸台，19、排液阀座，20、安装座，21、连通软管，22、喷嘴，23、内凸台液流孔，24、排液堵头，25、弹簧，26、排液阀芯，27、进液阀座，28、进液堵头，29、进液阀芯，30、压紧螺母，31、密封件。

具体实施方式

该井下增压装置包括外筒1、花键外筒2、柱塞外筒3、钻头4、动力轴5、过滤筒6和柱塞7。花键外筒2的一端螺纹安装有外筒1；花键外筒2的另一端螺纹安装有柱塞外筒3，柱塞外筒3的端头螺纹安装有钻头4；外筒1内活动安装有动力轴5，动力轴5一端端头螺纹安装有主动凸轮8；动力轴5和主动凸轮8上分别设置有中心孔，用于钻进液的流过。主动凸轮8一侧的花键外筒2内通过键槽滑动安装有从动凸轮柱9，花键外筒2内壁上设置有凸台，凸台一侧的从动凸轮柱9上装有复位弹簧11，以在工作中推动从动凸轮柱9复位；从动凸轮柱9上设置有中心孔，中心孔一端的从动凸轮柱9圆周上径向均布有过流孔10，过流孔10与从动凸轮柱9的中心孔连通；主动凸轮8与从动凸轮柱9之间接触连接。该井下增压装置的从动凸轮柱9所设花键与花键外筒2所设花键槽相配合，使得从动凸轮柱9具有与钻柱相同的转速，从而与主动凸轮8形成稳定的转速差，以保证主动凸轮8与从动凸轮柱9存在相对转动，从而避免了因两者相对静止而发生的不能增压的情况。

柱塞外筒3内装有过滤筒6；过滤筒6上套装有筛网12。以在工作中过滤钻进液。过滤筒6与从动凸轮柱9之间通过中间接头相互螺纹连接。

中间接头由上接头13和下接头14构成，上接头13上设置有卡槽15，下接头14上设置有卡头16上接头13和下接头14之间通过卡槽15和卡头16的配合相互卡接。上接头13和下接头14上轴向对称状设置有液流孔17。

过滤筒6一侧的柱塞外筒3内设置有内凸台18，内凸台18圆周上设置有内凸台液流孔23。内凸台18的中心孔内一端装有柱塞7，柱塞7的一端延伸至内凸台18的中心孔外端并与过滤筒6螺纹连接；内凸台18中心孔内的柱塞7上通过压紧螺母30安装有密封件31。

内凸台18的中心孔另一端螺纹安装有排液阀座19；排液阀座19的一端通过安装座20装有连通软管21，连通软管21与钻头4的喷嘴22连通。

安装座20一侧的排液阀座19上螺纹安装有排液堵头24，排液堵头24与安装座20之间的排液阀座19上通过排液导向柱和弹簧25装有排液阀芯26，排液阀芯26与排液堵头24的内孔端口接触连接；排液阀芯26与安装座20之间设置有流道。

内凸台18中心孔内的柱塞7中心孔端口螺纹安装有进液阀座27，进液阀座27内孔前端装有进液堵头28，进液堵头28上设置有流道。进液堵头28与进液阀座27之间通过弹簧25安装有进液阀芯29；进液阀芯29与进液阀座27内孔端口接触连接。

该井下增压装置工作时，动力轴5与上端的螺杆马达连接并带动主动凸轮8旋转；由于主动凸轮8与从动凸轮柱9之间接触连接。主动凸轮8转动过程中，当主动凸轮8端面轮廓线波峰由从动凸轮柱9端面轮廓线波谷旋转至波峰时，从动凸轮柱9被迫沿轴向下运动，从而通过中间接头带动过滤筒6和柱塞7轴向下运动；此时的进液阀芯29关闭，排液阀芯26开启，进液阀座27与排液阀座19之间的腔室内的钻井液在柱塞7的挤压下产生高压，高压钻井液经连通软管21和喷嘴22喷出，从而辅助钻头破岩。

当主动凸轮8端面轮廓线波峰由从动凸轮柱9端面轮廓线波峰旋转至波谷时，从动凸轮柱9在复位弹簧11的推动下沿轴向向上运动，从而通过中间接头带动过滤筒6和柱塞7轴向上运动；由此实现从动凸轮柱9、中间连接头、过滤筒6和柱塞7的轴向往复运动；柱塞7轴向上运动时进液阀芯29开启，排液阀芯26关闭，柱塞7腔体内吸入常压钻井液，如此，一个增压周期完成，为下一次增压周期做准备。

具体为：

主动凸轮8转动过程中压迫从动凸轮柱9轴向下运动，从而通过中间接头带动过滤筒6和柱塞7轴向下运动；这一过程中，钻井液由动力轴5、主动凸轮8、从动凸轮柱9的中心孔流入，经从动凸轮柱9的过流孔10流出，然后经中间接头的液流孔17进入至柱塞外筒3内。

柱塞外筒3内的钻井液一部分通过柱塞外筒3的内凸台18上的内凸台液流孔23直接作用在钻头4上；用于清除岩屑。另一部分的钻井液经筛网12过滤后进入滤筒6。这一过程中，当柱塞7向上运行时，在钻井液的压力作用下，以及柱塞7向上的运行力作用下，滤筒6内的钻井液通过柱塞7的中心孔和进液阀座27的内孔压迫进液阀芯29，迫使进液阀芯29与进液阀座27内孔端口脱离接触，钻井液由进液阀芯29与进液阀座27内孔端口之间的缝隙和进液堵头28上的流道；进入至柱塞7端头与排液阀座19之间的腔室内。

当柱塞7向下运行时，柱塞7端头与排液阀座19之间腔室内的钻井液配合进液阀芯29上的弹簧25，反向压迫进液阀芯29，使进液阀芯29与进液阀座27内孔端口紧密接触，形成密封。随着柱塞7的向下运行，柱塞7端头对腔室内的钻井液形成挤压，由此使腔室内的钻井液产生高压，高压钻井液通过排液堵头24的内孔压迫排液阀芯26，迫使排液阀芯26与排液堵头24的密封状态解除，高压钻井液由排液阀芯26与排液堵头24之间的缝隙经连通软管21和喷嘴22喷出，从而辅助钻头4破岩。如此循环，从而使高压钻井液周期性的由喷嘴22喷出。

该井下增压装置连接可靠、安装简便，解决了现有井下增压装置结构复杂、制造难度大、寿命短，且存在有害冲击的问题。有效提高了井下增压装置的整体寿命。

Claims (10)

1.一种井下增压装置，包括外筒（1）、花键外筒（2）、柱塞外筒（3）、钻头（4）、动力轴（5）、过滤筒（6）和柱塞（7），其特征在于：花键外筒（2）的一端螺纹安装有外筒（1）；花键外筒（2）的另一端螺纹安装有柱塞外筒（3），柱塞外筒（3）的端头螺纹安装有钻头（4）；外筒（1）内活动安装有动力轴（5），动力轴（5）一端端头螺纹安装有主动凸轮（8）；主动凸轮（8）一侧的花键外筒（2）内通过键槽滑动安装有从动凸轮柱（9），主动凸轮（8）与从动凸轮柱（9）接触连接；柱塞外筒（3）内装有过滤筒（6）；过滤筒（6）与从动凸轮柱（9）之间通过中间接头相互螺纹连接；过滤筒（6）一侧的柱塞外筒（3）内设置有内凸台（18），内凸台（18）的中心孔内一端装有柱塞（7），柱塞（7）的一端与过滤筒（6）螺纹连接；内凸台（18）的中心孔另一端螺纹安装有排液阀座（19）；排液阀座（19）的一端通过安装座（20）装有连通软管（21），连通软管（21）与钻头（4）的喷嘴（22）连通；安装座（20）一侧的排液阀座（19）上螺纹安装有排液堵头（24），排液堵头（24）与安装座（20）之间的排液阀座（19）上通过排液导向柱和弹簧（25）装有排液阀芯（26），排液阀芯（26）与排液堵头（24）接触连接。

2.根据权利要求1所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的排液阀芯（26）与安装座（20）之间设置有流道。

3.根据权利要求1所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的内凸台（18）中心孔内的柱塞（7）上螺纹安装有进液阀座（27），进液阀座（27）内孔前端装有进液堵头（28），进液堵头（28）与进液阀座（27）之间通过进液导向柱和弹簧（25）安装有进液阀芯（29）；进液阀芯（29）与进液阀座（27）内孔端口接触连接；所述的内凸台（18）圆周上设置有内凸台液流孔（23）。

4.根据权利要求3所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的进液堵头（28）上设置有流道；内凸台（18）中心孔内的柱塞（7）上通过压紧螺母（30）安装有密封件（31）。

5.根据权利要求1所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的花键外筒（2）内壁上设置有凸台，凸台一侧的从动凸轮柱（9）上装有复位弹簧（11）。

6.根据权利要求1所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的动力轴（5）和主动凸轮（8）上分别设置有中心孔。

7.根据权利要求1或5所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的从动凸轮柱（9）上设置有中心孔，中心孔一端的从动凸轮柱（9）圆周上径向均布有过流孔（10），过流孔（10）与中心孔连通。

8.根据权利要求1所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的中间接头由上接头（13）和下接头（14）构成，上接头（13）上设置有卡槽（15），下接头（14）上设置有卡头（16）；上接头（13）和下接头（14）之间通过卡槽（15）和卡头（16）的配合相互卡接。

9.根据权利要求8所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的上接头（13）和下接头（14）上轴向对称状设置有液流孔（17）。

10.根据权利要求1所述的一种井下增压装置，其特征在于：所述的过滤筒（6）上套装有筛网（12）。