CN208734277U - 一种脉冲钻井设备及脉冲钻井用射流发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲钻井设备及脉冲钻井用射流发生器。其中，该脉冲钻井用射流发生器，包括壳体、密封圈和脉冲振荡腔体。所述壳体的上端设有用于同石油钻头端部配合的台阶外凸台，所述壳体的下端能够安装于所述石油钻头内腔；所述壳体内部为中心通孔。所述密封圈安装在所述外凸台下端面的密封槽内。本实用新型将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，并获得较高的瞬时射流冲击力；另一方面，不改变钻头上端钻具组合及整个钻井管柱的力学性能，不增加钻头与螺杆间距离从而影响螺杆钻具、MWD及其他仪器安装使用。此外，本实用新型还公开了一种应用上述射流发生器的脉冲钻井设备。

Description

一种脉冲钻井设备及脉冲钻井用射流发生器

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种用于脉冲钻井的射流发生装置。

背景技术

随着国内外油气勘探向着深部地层发展，随井深增加沿程水力损失也随之增大，在地面动力设备不变的条件下，水力破岩、清岩的能力也随之减弱，造成深井钻井速度下降。

水力脉冲式钻井是利用特定的工具，将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，充分利用水锤效应，一方面获得较动力源高得多的瞬时射流冲击力，使井底获得更高的破岩能量进而有利于提高机械钻速；另一方面增加井底射流压力不均匀性，产生的脉动性负压力场降低岩屑压持效应，获得更高效的净化效果。因此，脉冲射流钻井这种能提高钻进效率的工艺在石油地质勘探及煤矿业的开发中发挥了巨大作用。

由于石油勘探钻井的特殊性，现有的脉冲发生装置按安装方式分主要有两种类型，一类为脉冲射流喷嘴，安装于常规钻头喷嘴处；另一类为脉冲射流短节，安装于距离钻头一定位置的钻杆处。一方面，脉冲喷嘴瞬时脉冲冲击力小，无法获得更有效的水力破岩、清岩能力；另一方面，脉冲短节功率虽强但改变了整个钻井管柱的力学性能，无法同螺杆钻具、MWD及其他仪器共用。因此，设计出一种集两者优点于一体的脉冲发生装置很有必要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于脉冲钻井的射流发生器，具有更强的脉冲射流冲击力，同时不影响螺杆钻具、MWD及其他仪器使用，使得该项技术具有更广泛的推广应用价值。

本实用新型还提供了一种应用上述射流发生器的脉冲钻井设备。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种脉冲钻井用射流发生器，包括壳体、密封圈和脉冲振荡腔体；

所述壳体的上端设有用于同石油钻头端部配合的台阶外凸台，所述壳体的下端能够安装于所述石油钻头内腔；所述壳体内部为中心通孔；

所述密封圈安装在所述外凸台下端面的密封槽内；

所述脉冲振荡腔体同轴套设于所述壳体内部。

优选的，所述脉冲振荡腔体内腔上部为脉冲入口，中部为扩径的振荡段，所述振荡段下端设有收缩凸台，所述内腔下部为脉冲出口。

优选的，所述收缩凸台的锥度范围为100°～120°。

优选的，所述振荡段的长径比范围为0.6～1.0。

优选的，所述脉冲出口与所述脉冲入口直径比值范围为1.1～1.4。

优选的，还包括底座，所述底座螺纹连接于所述壳体下端，所述底座的上端面与所述脉冲振荡腔体接触。

一种脉冲钻井设备，包括石油钻头和上述的脉冲钻井用射流发生器，所述壳体的上端外凸台与所述石油钻头端部接触配合，所述壳体的下端安装于所述石油钻头内腔。

优选的，还包括连接于所述石油钻头端部的钻柱，所述钻柱的内腔具有用于同所述外凸台配合的轴向限位侧壁。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的脉冲钻井用射流发生器装置，壳体内部设有中心通孔，由上到下同轴套设有脉冲振荡腔体、底座；壳体外凸台下端面设有密封圈并安装有优选的密封圈，并与所述石油钻头密封接触；当所述的装置套设于石油钻头内腔并与钻具相连接后，一方面，所述的脉冲钻井用射流发生器充分利用水锤效应，将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，并获得较常规脉冲喷嘴高得多的瞬时射流冲击力；另一方面，所述的脉冲钻井用射流发生器安置于钻头内腔，与脉冲短节相比，不改变钻头上端钻具组合及整个钻井管柱的力学性能，不增加钻头与螺杆间距离从而影响螺杆钻具、MWD及其他仪器安装使用，在定向钻井等高精度轨迹控制时显得更有意义。

本实用新型与现有的脉冲设备相比，具有射流冲击力大、不影响其他钻井设备安装使用、结构简单、通用性强等优点，集脉冲喷嘴与脉冲短节优点于一体。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的脉冲钻井用射流发生器的内部结构组成示意图；

图2为本实用新型实施例提供的脉冲钻井用射流发生器的安放位置结构示意图。

其中，1为壳体，2为密封圈，3为脉冲振荡腔体，4为底座，5为钻柱，6为脉冲钻井用射流发生器，7为石油钻头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的脉冲钻井用射流发生器，包括壳体1、密封圈2和脉冲振荡腔体3，其结构可以参照图1所示；

其中，壳体1的上端设有用于同石油钻头7端部配合的台阶外凸台，壳体1的下端能够安装于石油钻头7内腔；壳体1内部为中心通孔；

密封圈2安装在外凸台下端面的密封槽内；

脉冲振荡腔体3同轴套设于壳体1内部。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的脉冲钻井用射流发生器装置，其套设安置于石油钻头7内腔，与脉冲短节相比，不改变钻头上端钻具组合及整个钻井管柱的力学性能，不增加钻头与螺杆间距离从而影响螺杆钻具、MWD及其他仪器安装使用，在定向钻井等高精度轨迹控制时显得更有意义。

作为优选，脉冲振荡腔体3内腔上部为脉冲入口，中部为扩径(直径大于脉冲入口)的振荡段，振荡段下端设有收缩凸台，下部为脉冲出口，其结构可以参照图1所示。如此设计，更充分利用水锤效应，将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，并获得较常规脉冲喷嘴高得多的瞬时射流冲击力，使井底获得更高的破岩能量进而有利于提高机械钻速，增加井底射流压力不均匀性，产生的脉动性负压力场降低岩屑压持效应，获得更高效的净化效果。

在本实施例中，收缩凸台的锥度范围为100°～120°，上方为锥面小端；振荡段的长径比范围为0.6～1.0，脉冲出口与脉冲入口直径比值范围为1.1～1.4。通过优选的长径比、出入口直径比等参数，以确保更的大瞬时脉冲冲击力，从而获得更有效的水力破岩、清岩能力

本实用新型实施例提供的脉冲钻井用射流发生器，还包括底座4，该底座4螺纹连接于壳体1下端，底座4的上端面与脉冲振荡腔体3无缝接触以限制其轴向移动。在这里，脉冲振荡腔体3的上端面与壳体1上端凸台下端面相抵以限制其轴向移动。当然，脉冲振荡腔体3的固定及轴向限位方式并不仅仅局限于此，在此不再赘述。

本实用新型实施例还提供了一种脉冲钻井设备，包括石油钻头7及如上述的脉冲钻井用射流发生器6，壳体1的上端外凸台与石油钻头7端部接触配合，壳体1的下端安装于石油钻头7内腔，其结构可以参照图2所示。本实用新型与现有的脉冲设备相比，具有射流冲击力大、不影响其他钻井设备安装使用、结构简单、通用性强等优点，集脉冲喷嘴与脉冲短节优点于一体。

本实用新型实施例提供的脉冲钻井设备，还包括连接于石油钻头7端部的钻柱5，该钻柱5的内腔具有用于同外凸台配合的轴向限位侧壁，其结构可以参照图2所示，轴向限位侧壁能够采用截面渐缩的形式，具体为锥面或弧面。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

请参考图1-图2，本实用新型实施例提供了一种脉冲钻井用射流发生器，包括壳体1、脉冲振荡腔体3、底座4和密封圈2；

其中，壳体外形呈圆柱状、方形及其他各种形状，不局限于其中一种形状；上端设有台阶状凸台，凸台下端面设有密封槽；壳体内腔为中心通孔，壳体下端内周向设有与底座相连接的螺纹；壳体同轴悬挂于钻头7内腔，在射流冲击压力和上端钻杆压持作用下可限制其轴向移动，同时优选的密封装置可保证其端面密封能力，壳体内部自上而下依次同轴套设有的脉冲振荡腔体、底座；

脉冲振荡腔体外形呈圆柱状，同轴套设于壳体内部，其内腔上部为脉冲入口，中部扩径段为振荡段，振荡段下端设有优化的锥度范围为100°～120°的收缩凸台，内腔下部为脉冲出口；优选的，脉冲振荡腔体振荡段长度与直径比值即长径比范围为0.6～1.0，脉冲出口与脉冲入口直径比值即出入口直径比范围为1.1～1.4；

底座呈圆筒状，同轴螺纹连接于壳体下端，且所述底座上端面与所述脉冲振荡腔体下端面无缝接触并限制其轴向移动；

密封圈为O型、Y型及其他各种满足密封功能的密封圈，套设于所述壳体密封槽内并与所述石油钻头密封接触。

上述脉冲钻井用射流发生器的工作原理和工作过程如下：整个脉冲射流发生器套设于石油钻头内腔与其他石油管线连接时，一方面，在脉冲振荡腔体的振荡段，通过优选的长径比、出入口直径比，更充分利用水锤效应，将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，并获得较常规脉冲喷嘴高得多的瞬时射流冲击力，使井底获得更高的破岩能量进而有利于提高机械钻速，增加井底射流压力不均匀性，产生的脉动性负压力场降低岩屑压持效应，获得更高效的净化效果；另一方面，该装置安装于钻头内腔，与脉冲短节相比，不改变整个钻井管柱的力学性能，不影响螺杆钻具、MWD及其他仪器安装使用，在定向钻井等高精度轨迹控制时显得更有意义，同时由于安装位置改变带来的大尺寸及射流冲击能力的提高，较常规脉冲喷嘴获得更高效的水力破岩、清岩能力。

当然，本实用新型所描述的结构及安装位置不局限于一种，只要能够提高脉冲射流能力的同时不改变钻柱力学性能即可。

综上所述，本实用新型实施例公开了一种脉冲钻井用射流发生器，根据实际采用的API钻具尺寸和脉冲振荡腔体流场数值模拟分析结果，所述的脉冲射流发生器振荡腔体长径比0.6～1.0，出入口直径比为1.1～1.4；当所述的装置套设于石油钻头内腔并与钻具相连接后，一方面，所述的脉冲钻井用射流发生器充分利用水锤效应，将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，并获得较常规脉冲喷嘴高得多的瞬时射流冲击力；另一方面，所述的脉冲钻井用射流发生器安置于钻头内腔，与脉冲短节相比，不改变整个钻井管柱的力学性能，不影响螺杆钻具、MWD及其他仪器安装使用，具有更广泛的推广应用价值。本实用新型实施例还公开了一种应用上述射流发生器的脉冲钻井设备。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种脉冲钻井用射流发生器，其特征在于，包括壳体(1)、密封圈(2)和脉冲振荡腔体(3)；

所述壳体(1)的上端设有用于同石油钻头(7)端部配合的台阶外凸台，所述壳体(1)的下端能够安装于所述石油钻头(7)内腔；所述壳体(1)内部为中心通孔；

所述密封圈(2)安装在所述外凸台下端面的密封槽内；

所述脉冲振荡腔体(3)同轴套设于所述壳体(1)内部。

2.根据权利要求1所述的脉冲钻井用射流发生器，其特征在于，所述脉冲振荡腔体(3)内腔上部为脉冲入口，中部为扩径的振荡段，所述振荡段下端设有收缩凸台，所述内腔下部为脉冲出口。

3.根据权利要求2所述的脉冲钻井用射流发生器，其特征在于，所述收缩凸台的锥度范围为100°～120°。

4.根据权利要求2所述的脉冲钻井用射流发生器，其特征在于，所述振荡段的长径比范围为0.6～1.0。

5.根据权利要求2所述的脉冲钻井用射流发生器，其特征在于，所述脉冲出口与所述脉冲入口直径比值范围为1.1～1.4。

6.根据权利要求1所述的脉冲钻井用射流发生器，其特征在于，还包括底座(4)，所述底座(4)螺纹连接于所述壳体(1)下端，所述底座(4)的上端面与所述脉冲振荡腔体(3)接触。

7.一种脉冲钻井设备，其特征在于，包括石油钻头(7)及如权利要求1-6任意一项所述的脉冲钻井用射流发生器(6)，所述壳体(1)的上端外凸台与所述石油钻头(7)端部接触配合，所述壳体(1)的下端安装于所述石油钻头(7)内腔。

8.根据权利要求7所述的脉冲钻井设备，其特征在于，还包括连接于所述石油钻头(7)端部的钻柱(5)，所述钻柱(5)的内腔具有用于同所述外凸台配合的轴向限位侧壁。