CN210049827U - 高频脉冲多级液力加压工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于油田现场钻探施工设备技术领域，尤其是涉及一种高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于包括依次由上接头、一级活塞缸、二级活塞缸、三级活塞缸和活塞限位套螺纹连接的工具主体，设置在此工具主体下部的下接头，设置在此下接头内部的喷嘴，设置在由上接头和一级活塞缸组成的腔体内的脉冲振荡腔，一级活塞，二级活塞，三级活塞。本实用新型集中了振动减阻和水力加压技术的优点，能够依靠液压脉冲振动腔及工具节流作用，将钻井液部分能量转化为为轴向脉冲推力，由刚性加压变为液力柔性加压，减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石相互作用引起的钻压波动，降低摩阻，缓解托压，保证钻头工具面稳定，减少钻具疲劳失效。

Description

高频脉冲多级液力加压工具

技术领域

本实用新型属于油田现场钻探施工设备技术领域，尤其是涉及一种高频脉冲多级液力加压工具。

背景技术

复杂结构井深层钻井施工中，随着钻井深度的不断增加，钻井摩阻不断增大，导致滑动钻进过程中出现严重的托压现象，工具面无法摆正，定向困难，需频繁上提下放活动钻具，动力钻具定点循环，也大大增加了井下复杂情况发生的几率，从而导致频繁起下钻且平均机械钻速不高。目前，解决上述问题主要通过短起下、控制井眼轨迹、加强井眼净化、提高泥浆润滑性能、优化钻具组合、采用振动工具减阻和水力加压等方法来缓解滑动钻进托压问题，且多采用单一方法，应用效果有限，甚至无效果，严重影响了钻井施工效率。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高频脉冲多级液力加压工具，为钻头施加稳定高频低幅脉冲钻压，有效缓解托压现象，稳定工具面，从而提高钻井效率。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

本实用新型的一种高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于包括依次由上接头、一级活塞缸、二级活塞缸、三级活塞缸和活塞限位套螺纹连接的工具主体，设置在此工具主体下部的下接头，设置在此下接头内部的喷嘴，设置在由所述上接头和一级活塞缸组成的腔体内的脉冲振荡腔，设置在由所述一级活塞缸和二级活塞缸组成的腔体内的一级活塞，设置在由所述二级活塞缸和三级活塞缸组成的腔体内的二级活塞，设置在由所述三级活塞缸和活塞限位套组成的腔体内的三级活塞。

所述的下接头与所述的三级活塞螺纹连接，所述的喷嘴设置在由所述下接头与所述三级活塞组成的腔体内。

所述的一级活塞缸、二级活塞缸、三级活塞缸和活塞限位套均设有阻尼孔。

所述的脉冲振荡腔与由所述上接头和一级活塞缸组成的腔体之间通过密封圈Ⅰ密封。

所述的脉冲振荡腔为常规反馈脉冲振荡腔或双稳脉冲振荡腔。

所述的常规反馈脉冲振荡腔包括上流道，与此上流道相连接的反馈振荡腔，与此反馈振荡腔相连接的下流道。

所述的双稳脉冲振荡腔包括左流道和右流道，上回压腔和下回压腔，喇叭形进液口，设置在所述上回压腔和下回压腔之间的液流回路。

所述的一级活塞与由所述一级活塞缸和二级活塞缸组成的腔体之间通过密封圈Ⅱ和密封圈Ⅲ密封，所述的二级活塞与由所述二级活塞缸和三级活塞缸组成的腔体之间通过密封圈Ⅱ和密封圈Ⅲ密封，所述的三级活塞与由所述三级活塞缸和活塞限位套组成的腔体通过密封圈Ⅱ密封。

所述的三级活塞长度＞二级活塞长度＞一级活塞长度，所述的三级活塞缸长度＞二级活塞缸长度＞一级活塞缸长度。

所述的三级活塞和所述的活塞限位套之间为花键连接。

本实用新型的优点：

本实用新型的高频脉冲多级液力加压工具，集中了振动减阻和水力加压技术的优点，结构简单，制作容易，使用检修方便，能够依靠液压脉冲振动腔及工具节流作用，将钻井液部分能量转化为为轴向脉冲推力，由刚性加压变为液力柔性加压，减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石相互作用引起的钻压波动，从而给钻头施加较为恒定的脉冲钻压，使钻头保持在高频低幅脉冲振荡加压状态，降低摩阻，缓解托压，解决由于钻头加不上压而无进尺或钻速慢问题，保证钻头工具面稳定，提高钻井效率，延长钻头寿命，减少钻具疲劳失效。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型图1的A-A视图。

图3为本实用新型常规反馈脉冲振荡腔的结构示意图。

图4为本实用新型双稳脉冲振荡腔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-4所示，本实用新型的一种高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于包括依次由上接头1、一级活塞缸2、二级活塞缸8、三级活塞缸10和活塞限位套12螺纹连接的工具主体，设置在此工具主体下部的下接头13，设置在此下接头13内部的喷嘴14，设置在由所述上接头1和一级活塞缸2组成的腔体内的脉冲振荡腔3，设置在由所述一级活塞缸2和二级活塞缸8组成的腔体内的一级活塞5，设置在由所述二级活塞缸8和三级活塞缸10组成的腔体内的二级活塞9，设置在由所述三级活塞缸10和活塞限位套12组成的腔体内的三级活塞11。

所述的下接头13与所述的三级活塞11螺纹连接，所述的喷嘴14设置在由所述下接头13与所述三级活塞11组成的腔体内。

所述的一级活塞缸2、二级活塞缸8、三级活塞缸10和活塞限位套12均设有阻尼孔，钻井液通过钻柱进入工具内部，由于下方钻具产生的压降，在活塞上方形成高压区，活塞下方通过阻尼孔与环空相通，形成低压区，在活塞上下端面产生压力差，上端面推力大于下端面推力，从而推动活塞向下运动，达到加压的目的。

所述的脉冲振荡腔3与由所述上接头1和一级活塞缸2组成的腔体之间通过密封圈Ⅰ4密封。

所述的脉冲振荡腔3为常规反馈脉冲振荡腔或双稳脉冲振荡腔。

所述的常规反馈脉冲振荡腔包括上流道15，与此上流道15相连接的反馈振荡腔16，与此反馈振荡腔16相连接的下流道17。

所述的双稳脉冲振荡腔包括左流道23和右流道22，上回压腔19和下回压腔21，喇叭形进液口18，设置在所述上回压腔19和下回压腔21之间的液流回路20。

钻井液通过脉冲振荡腔3后可以形成脉冲射流。如图3和图4所示，脉冲振荡腔3主要有两种形式，一种是用耐冲蚀碳化钨或工具钢制成的常规反馈脉冲振荡腔，它由直径较小的上流道15和下流道17以及直径较大的中间流道即反馈脉冲振荡腔16组成，当流体以一定速度通过时，在中间大直径处发生反馈脉冲振荡，流体以一定速度喷射出后形成高频低幅脉冲振荡射流；另一种是由喇叭形进液口18、上回压腔19、液流回路20、下回压腔21、右流道22、左流道23组成的双稳脉冲振荡腔，它是依靠流体附壁效应的双稳脉冲射流元件，左右流道交替喷射，形成高频低幅脉冲振荡射流。

所述的一级活塞5与由所述一级活塞缸2和二级活塞缸8组成的腔体之间通过密封圈Ⅱ6和密封圈Ⅲ7密封，所述的二级活塞9与由所述二级活塞缸8和三级活塞缸10组成的腔体之间通过密封圈Ⅱ6和密封圈Ⅲ7密封，所述的三级活塞11与由所述三级活塞缸10和活塞限位套12组成的腔体通过密封圈Ⅱ6密封。

所述的三级活塞11长度＞二级活塞9长度＞一级活塞5长度，所述的三级活塞缸10长度＞二级活塞缸8长度＞一级活塞缸2长度。三个级别活塞及活塞缸长度不同，一级活塞及活塞缸最短，三级活塞及活塞缸最长，活塞运动行程由短到长依次分为小行程、中行程、大行程。在液压作用下，小行程段内，三个级别活塞一齐给钻头施加钻压，施加钻压最大，因此小行程即大钻压行程；当所有活塞行程超过小行程段后，进入中行程段，一级活塞5停止工作，二级活塞9、三级活塞11继续为钻头提供钻压，同理，当两级活塞行程超过中行程段后，进入大行程段，二级活塞9停止工作，只有三级活塞11继续为钻头提供钻压，施加钻压最小，直至大行程段结束，大行程即小钻压行程。

所述的三级活塞11和所述的活塞限位套12之间为花键连接。三级活塞11与活塞限位套12之间形成花键副，用于传递扭矩，保证二者之间只能进行轴向相对运动，而无法相对转动。

本实用新型钻井液流经脉冲振荡腔3会产生高频低幅脉冲振荡射流，作用在活塞上，形成轴向向下的高频低幅脉冲钻压。工具产生的钻压可以通过调整喷嘴14尺寸、泵入排量及利用多行程结构来进行调节，调整喷嘴14尺寸和泵入排量均可直接调整压差作用力，多行程结构则利用限位结构刚性调整输出的轴向推力。

实施例

本实用新型在使用时可直接连接在钻头上方，也可安装在螺杆钻具或钻铤上方，一般距离钻头应不超过三根钻铤的长度，具体位置可根据实际工况而定。

工具连接好后，利用钻杆带入井下至钻头距离井底较近位置，缓慢下放，使钻头接触井底，此时，各级活塞均处于行程终点处，即活塞为全部伸出状态。继续下放工具至各级活塞处于各级行程的起点，即活塞全部缩回到主体内部。循环钻井液，钻井液流经加压工具及下部钻具，在工具内形成高频低幅脉冲振荡压降，该压降作用在活塞端面上，形成高频低幅脉冲振荡推力，推动活塞下行，为钻头施加高频低幅脉冲钻压，直至一个工具行程全部结束为止。一个工具行程包括大、中、小三个钻压行程，在大钻压行程内，三个级别活塞一齐给钻头施加钻压；在中钻压行程内，二级活塞9、三级活塞11为钻头提供钻压；在小钻压行程内，只有三级活塞11继续为钻头提供钻压，小钻压行程结束后，整个工具行程结束。钻完一个工具行程后，指重表悬重增加，泵压显示下降，下放钻柱送钻，开始第二个工具行程。如此反复，实现自动送钻。在工具行程内，工具以上钻柱处于“悬浮”状态，当上部钻具出现托压释放时，产生的瞬间冲击力被工具吸收，不会传递到钻头上，从而不会出现工具面失稳现象，且不易损坏钻头及其它钻具。

工具产生的钻压可以通过如下方式调节：入井前调整喷嘴14尺寸，入井后改变泵入排量及使用多行程结构。调整喷嘴14尺寸和改变泵入排量均可直接调整压差作用力，多行程结构则利用限位装置刚性调整输出的轴向推力。

本实用新型的高频脉冲多级液力加压工具，集中了振动减阻和水力加压技术的优点，结构简单，制作容易，使用检修方便，能够依靠液压脉冲振动腔及工具节流作用，将钻井液部分能量转化为为轴向脉冲推力，由刚性加压变为液力柔性加压，减少因钻柱耦合振动及钻头与岩石相互作用引起的钻压波动，从而给钻头施加较为恒定的脉冲钻压，使钻头保持在高频低幅脉冲振荡加压状态，降低摩阻，缓解托压，解决由于钻头加不上压而无进尺或钻速慢问题，保证钻头工具面稳定，提高钻井效率，延长钻头寿命，减少钻具疲劳失效。

Claims (7)

1.一种高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于包括依次由上接头、一级活塞缸、二级活塞缸、三级活塞缸和活塞限位套螺纹连接的工具主体，设置在此工具主体下部的下接头，设置在此下接头内部的喷嘴，设置在由所述上接头和一级活塞缸组成的腔体内的脉冲振荡腔，设置在由所述一级活塞缸和二级活塞缸组成的腔体内的一级活塞，设置在由所述二级活塞缸和三级活塞缸组成的腔体内的二级活塞，设置在由所述三级活塞缸和活塞限位套组成的腔体内的三级活塞，

所述的下接头与所述的三级活塞螺纹连接，所述的喷嘴设置在由所述下接头与所述三级活塞组成的腔体内，

所述的一级活塞缸、二级活塞缸、三级活塞缸和活塞限位套均设有阻尼孔，

所述的脉冲振荡腔与由所述上接头和一级活塞缸组成的腔体之间通过密封圈Ⅰ密封。

2.根据权利要求1所述的高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于所述的脉冲振荡腔为反馈脉冲振荡腔或双稳脉冲振荡腔。

3.根据权利要求2所述的高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于所述的反馈脉冲振荡腔包括上流道，与此上流道相连接的反馈振荡腔，与此反馈振荡腔相连接的下流道。

4.根据权利要求2所述的高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于所述的双稳脉冲振荡腔包括左流道和右流道，上回压腔和下回压腔，喇叭形进液口，设置在所述上回压腔和下回压腔之间的液流回路。

5.根据权利要求1所述的高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于所述的一级活塞与由所述一级活塞缸和二级活塞缸组成的腔体之间通过密封圈Ⅱ和密封圈Ⅲ密封，所述的二级活塞与由所述二级活塞缸和三级活塞缸组成的腔体之间通过密封圈Ⅱ和密封圈Ⅲ密封，所述的三级活塞与由所述三级活塞缸和活塞限位套组成的腔体通过密封圈Ⅱ密封。

6.根据权利要求1所述的高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于所述的三级活塞长度＞二级活塞长度＞一级活塞长度，所述的三级活塞缸长度＞二级活塞缸长度＞一级活塞缸长度。

7.根据权利要求1所述的高频脉冲多级液力加压工具，其特征在于所述的三级活塞和所述的活塞限位套之间为花键连接。

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