CN210768599U - 一种钻井用水力脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钻井用水力脉冲发生器，包括：外壳组件，其壳壁上开设有通孔；转阀，同轴设置于外壳组件中，转阀的外壁与外壳组件的内壁相对转动密封，转阀的阀壁上开设阀孔和进液孔，阀孔随着转阀的转动间歇地与通孔对应连通，进液孔连通外壳组件的流道和转阀的中心通道；动力件，设置于外壳组件中，动力件的动力输出端与转阀连接，用于驱动转阀相对外壳组件转动。与现有的通过阀周期性地增加发生器的内部压力来产生水力脉冲相比，本水力脉冲发生器通过转阀的转动实现了外壳组件的内外周期性连通，进而实现了外壳组件内部流体压力的周期性降低和回升，产生水力脉冲，不会出现机泵管汇无法承受的高压，能够应用在不能承受高泵压的机泵管汇中。

Description

一种钻井用水力脉冲发生器

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，特别涉及一种钻井用水力脉冲发生器。

背景技术

石油天然气钻探中，随着油田勘探开发进程的不断深入，定向井、水平井、大位移井所占的比例越来越大。目前，在水平井与大位移井的钻井过程中，钻具与井壁之间的摩擦阻力通常较大，使得钻井过程中钻头托压现象严重，钻头牙齿无法吃入地层进行有效破岩，进而造成钻井钻速低、钻井周期长、钻井成本高，制约了水平井和大位移井的发展，使用水力脉冲发生器是应对此类问题的办法。

常规的传统水力脉冲发生器是在工具原有压力值的基础上增加一个压耗(创造压力波峰)，做法是在工具内部安装阀，阀的运动可改变工具内部流道过流面积，过流面积变小时，阀上游压力变大；过流面积变大时，阀上游压力回复常压，随着阀周期性的改变过流面积，产生水力脉冲。这种传统水力脉冲发生器能够使钻井循环压耗增加4～5MPa，但在机泵管汇条件差的井队，由于难以提供高泵压，将无法使用传统水力脉冲发生器。

综上所述，如何解决传统水力脉冲发生器无法应用在不能承受高泵压的机泵管汇中的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种钻井用水力脉冲发生器，以应用在不能承受高泵压的机泵管汇中。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种钻井用水力脉冲发生器，包括：

外壳组件，所述外壳组件的壳壁上开设有通孔；

转阀，同轴设置于所述外壳组件中，所述转阀的外壁与所述外壳组件的内壁相对转动密封，所述转阀的阀壁上开设阀孔和进液孔，所述阀孔随着所述转阀的转动间歇地与所述通孔对应连通，所述进液孔连通所述外壳组件的流道和所述转阀的中心通道；

动力件，设置于所述外壳组件中，所述动力件的动力输出端与所述转阀连接，用于驱动所述转阀相对所述外壳组件转动。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述外壳组件包括：

缸体，所述动力件设置于所述缸体中；

下接头，密封连接于所述缸体的下端，所述下接头和所述缸体内形成所述流道，所述通孔开设于所述下接头的壳壁上，所述转阀与所述下接头相对转动密封。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述外壳组件还包括内衬耐磨套，所述内衬耐磨套密封套设于所述下接头内，所述内衬耐磨套的套壁上开设有与所述通孔对应连通的开孔，所述转阀的外壁与所述内衬耐磨套的内壁转动密封，所述转阀通过台阶与所述内衬耐磨套的上端轴向止推配合。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述内衬耐磨套的上端外凸沿与所述下接头的上端轴向止推配合，且所述内衬耐磨套的上端外凸沿与所述下接头的上端之间设置有轴向减震垫。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述通孔中设置有喷嘴。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述喷嘴为散射喷嘴。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述进液孔的轴线由上至下倾斜靠近所述中心通道的轴线。

优选地，在上述的钻井用水力脉冲发生器中，所述通孔和所述阀孔的轴线均沿所述外壳组件的径向设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的钻井用水力脉冲发生器，外壳组件的壳壁上开设有通孔，转阀同轴设置于外壳组件中，且转阀的外壁与外壳组件的内壁相对转动密封，转阀的阀壁上开设有阀孔和进液孔，阀孔随着转阀的转动间歇地与通孔对应连通，进液孔连通外壳组件的流道和转阀的中心通道；动力件设置于外壳组件中，动力件的动力输出端与转阀连接，用于驱动转阀相对外壳组件转动。

工作时，外壳组件位于转阀上方的流道内的流体经过转阀的进液孔进入转阀的中心通道，并从中心通道下方流出至外壳组件的位于转阀下方的流道内，通过动力件驱动转阀相对外壳组件转动，当转阀转动到阀孔与外壳组件的通孔对应连通时，外壳组件的内部和外部连通，由于外壳组件的外部井眼环空压力小于内部的流体压力，因此，使得外壳组件的内部流体压力下降至与外部流体相同的压力，而当转阀转动到阀孔不与通孔连通时，外壳组件的内部和外部不连通，因此，外壳组件的内部流体回升至原来的压力，随着转阀不停的转动，实现了外壳组件的内外周期性连通，进而实现了外壳组件内部流体压力的周期性降低和回升，产生了水力脉冲。与现有的通过阀周期性地增加发生器的内部压力来产生水力脉冲相比，本申请中的水力脉冲发生器通过转阀的转动，周期性地降低发生器的内部压力来产生水力脉冲，从而不会出现机泵管汇无法承受的高压，能够应用在不能承受高泵压的机泵管汇中。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种钻井用水力脉冲发生器处于内外连通状态时的结构示意图；

图2为图1中的局部放大示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种钻井用水力脉冲发生器处于内外断开状态时的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种钻井用水力脉冲发生器的转阀的结构示意图。

其中，1为动力件、11为动力输出端、2为转阀、21为进液孔、22为中心通道、23为阀孔、3为外壳组件、31为缸体、311为流道、32为内衬耐磨套、33为轴向减震垫、34为下接头、341为通孔、35为喷嘴。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种钻井用水力脉冲发生器，能够应用在不能承受高泵压的机泵管汇中。

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。

请参考图1-图4，本实用新型实施例提供了一种钻井用水力脉冲发生器，以下简称水力脉冲发生器，其包括外壳组件3、转阀2和动力件1，其中，外壳组件3的内部具有流道311，外壳组件3的壳壁上开设有连通内外的通孔341；转阀2同轴设置于外壳组件3中，转阀2的外壁与外壳组件3的内壁相对转动密封，即转阀2的外壁与外壳组件3的内壁贴紧，并能够相对转动，且将流道311分为上下两部分，转阀2的阀壁上开设阀孔23和进液孔21，阀孔23随着转阀2的转动间歇地与通孔341对应连通，即只有阀孔23与通孔341对应连通时，外壳组件3的内部才能与外部连通，进液孔21连通外壳组件3的流道311和转阀2的中心通道22；动力件1设置于外壳组件3中，动力件1的动力输出端11与转阀2连接，用于驱动转阀2相对外壳组件3转动。

该水力脉冲发生器的工作原理是：工作时，外壳组件3位于转阀2上方的流道311内的流体经过转阀2的进液孔21进入转阀2的中心通道22，并从中心通道22下方流出至外壳组件3的位于转阀2下方的流道311内，钻井液通过流道311并驱动动力件1，通过动力件1的动力输出端11驱动转阀2相对外壳组件3转动，当转阀2转动到阀孔23与外壳组件3的通孔341对应连通时，如图1和图2所示，外壳组件3的内部和外部连通，由于外壳组件3的外部井眼环空压力小于外壳组件3内部的流体压力，因此，使得外壳组件3的内部流体压力下降至与外部流体相同的压力，而当转阀2转动到阀孔23不与通孔341连通时，如图3所示，外壳组件3的内部和外部不连通，因此，外壳组件3的内部流体回升至原来的压力，随着转阀2不停的转动，实现了外壳组件3的内外周期性连通，进而实现了外壳组件3内部流体压力的周期性降低和回升，产生了水力脉冲。

为了便于理解，传统水力脉冲发生器的内外压力表现如下：正常钻进条件下，设钻具内部压力为P1，井眼环空压力为P2。传统水力脉冲发生器在内部增加阀，阀的运动可实现水力脉冲发生器内部截流从而改变过流面积大小，过流面积变小时，阀上游压力变大，设压力变大幅度为ΔP1；过流面积变大时，阀上游压力回复常态压力P1。压力脉冲由此产生。压力脉冲的产生是通过增加压力波峰来实现，故整体衡量传统水力脉冲发生器使钻具内部最大压力由P1变为(P1+ΔP1)，最小压力值仍为P1，增加了压力消耗。

而本实用新型中的水力脉冲发生器的内外压力表现如下：正常钻进条件下，设钻具内部压力为P1，井眼环空压力为P2。水力脉冲发生器内部与井眼环空通过转阀周期性相连接，在石油钻井正常钻井液钻进状态下，井眼环空内压力P2小于钻具内压力P1。设定P1-P2＝ΔP2，因此，此压差ΔP2将为本水力脉冲发生器的压差来源，当转阀2转动使得外壳组件3内部与井眼环空连通时，外壳组件3内压力泄压至P2；当转阀2转动使得外壳组件3内部与井眼环空断开连通时，外壳组件3内压力恢复至常压P1。因此得出本水力脉冲发生器的内部最小压力由P1变为(P1-ΔP2)，最大压力值仍为P1，故整体衡量本水力脉冲发生器降低了压力消耗。

对比传统水力脉冲发生器造成的最大压力值(最大压耗)由P1变为(P1+ΔP1)，本水力脉冲发生器最大压力值由P1(最大压耗)变为(P1-ΔP2)，相减得出(ΔP1+ΔP2)为采用本水力脉冲发生器可对现有钻井钻进时压耗的降低值，这将大大缓解对钻井现场机泵的压力。

与现有的通过阀周期性地增加发生器的内部压力来产生水力脉冲相比，本申请中的水力脉冲发生器通过转阀2的转动，周期性地降低发生器的内部压力来产生水力脉冲，从而不会出现机泵管汇无法承受的高压，能够应用在不能承受高泵压的机泵管汇中。

如图1-图3所示，在本实施例中，外壳组件3包括缸体31和下接头34，其中，缸体31为套筒结构，动力件1设置于缸体31中；下接头34密封连接于缸体31的下端，下接头34和缸体31内形成流道311，通孔341开设于下接头34的壳壁上，转阀2与下接头34相对转动密封。如此设置，方便外壳组件3的加工和组装，方便内部零件的安装。

进一步地，在本实施例中，外壳组件3还包括内衬耐磨套32，内衬耐磨套32密封套设于下接头34内，内衬耐磨套32与下接头34不相对转动，内衬耐磨套32的套壁上开设有与通孔341对应连通的开孔，转阀2的外壁与内衬耐磨套32的内壁转动密封，即转阀2的外壁与内衬耐磨套32的内壁贴紧密封并可相对转动，转阀2通过上端的台阶与内衬耐磨套32的上端轴向止推配合，防止转阀2沿轴向向下移动。如此设置，通过内衬耐磨套32提高外壳组件3的耐磨性能，提高使用寿命。当然，也可以不设置内衬耐磨套32，或者直接将下接头34的内壁设置成耐磨层。

在本实施例中，内衬耐磨套32的上端外凸沿与下接头34的上端轴向止推配合，且内衬耐磨套32的上端外凸沿与下接头34的上端之间设置有轴向减震垫33。内衬耐磨套32与下接头34之间只有轴向自由度，内衬耐磨套32与下接头34之间通过轴向减震垫33起到减震延长寿命的作用。轴向减震垫优选为金属减震垫。

进一步地，在本实施例中，通孔341中设置有喷嘴35，通过喷嘴35实现外壳组件3中的液体喷出，避免井眼环空中的流体返回到外壳组件3的内部，并通过喷出的流体推开外壳组件3的外壁，减少外壳组件3的外壁与井眼内壁接触，从而更有力钻井。

作为优化，喷嘴35为散射喷嘴，提高喷出的流体的范围，更好地将外壳组件3推开。

如图1-图3所示，在本实施例中，进液孔21的轴线由上至下倾斜靠近中心通道22的轴线，以减小流体进入中心通道22中的阻力。当然，进液孔21的轴线也可以沿转阀2的径向。

在本实施例中，通孔341和阀孔23的轴线均沿外壳组件3的径向设置，方便通孔341和阀孔23的对应连通。

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)

1.一种钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，包括：

外壳组件，所述外壳组件的壳壁上开设有通孔；

转阀，同轴设置于所述外壳组件中，所述转阀的外壁与所述外壳组件的内壁相对转动密封，所述转阀的阀壁上开设阀孔和进液孔，所述阀孔随着所述转阀的转动间歇地与所述通孔对应连通，所述进液孔连通所述外壳组件的流道和所述转阀的中心通道；

动力件，设置于所述外壳组件中，所述动力件的动力输出端与所述转阀连接，用于驱动所述转阀相对所述外壳组件转动。

2.根据权利要求1所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述外壳组件包括：

缸体，所述动力件设置于所述缸体中；

下接头，密封连接于所述缸体的下端，所述下接头和所述缸体内形成所述流道，所述通孔开设于所述下接头的壳壁上，所述转阀与所述下接头相对转动密封。

3.根据权利要求2所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述外壳组件还包括内衬耐磨套，所述内衬耐磨套密封套设于所述下接头内，所述内衬耐磨套的套壁上开设有与所述通孔对应连通的开孔，所述转阀的外壁与所述内衬耐磨套的内壁转动密封，所述转阀通过台阶与所述内衬耐磨套的上端轴向止推配合。

4.根据权利要求3所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述内衬耐磨套的上端外凸沿与所述下接头的上端轴向止推配合，且所述内衬耐磨套的上端外凸沿与所述下接头的上端之间设置有轴向减震垫。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述通孔中设置有喷嘴。

6.根据权利要求5所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述喷嘴为散射喷嘴。

7.根据权利要求1-4任一项所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述进液孔的轴线由上至下倾斜靠近所述中心通道的轴线。

8.根据权利要求1-4任一项所述的钻井用水力脉冲发生器，其特征在于，所述通孔和所述阀孔的轴线均沿所述外壳组件的径向设置。

Images