射吸球阀式脉冲振动钻井工具.pdf

射吸球阀式脉冲振动钻井工具
                           技术领域

    本实用新型属于石油、天然气钻井的配套装置。

                           技术背景

    实践表明，对钻头施加适当的周期性冲击作用力和井底流场适当的脉动，都有助于提高深部地层和坚硬地层的钻进效率。依据实践认识，国内外学者、工程师开发了多种脉冲钻井工具和冲击钻井工具，但目前所开发的工具不同程度地存在寿命短、受钻井液性能和井深影响较大、冲击振动参数不合理、对钻头等配套工具的性能要求较高等不足，这些不足制约了脉冲钻井技术和冲击钻井技术的发展。

                           发明内容

    本实用新型的目的是提供一种射吸球阀式脉冲振动钻井工具，用于解决现有技术手段寿命短、受钻井液性能和井深的影响较大、冲击振动参数不合理、难以有效提高深部地层和坚硬地层钻井速度等问题，其原理是通过水力振荡元件的调制和吸射阀球周期性阻断钻井液的通道，使得钻井液产生水力脉动，该水力脉动通过能量转换机构作用于钻头，使钻头产生振动，同时钻井液的水力脉动向下传播至井底，使井底流场也产生脉动，钻头的振动和井底流场的水力脉动的综合作用，使得钻头与井底附近岩石的受力状况显著改善，有效提高钻头的破岩钻进效率。

    本实用新型是这样来实现的，它由钻头驱动联接短节、联接套、阀球、水力振荡器、壳体及钻柱联接短节等组成，钻头驱动联接短节两端加工有内外螺纹，下端与钻头相联，壳体下端的配合通孔和钻头驱动联接短节中部的配合段加工成多边形，联接套的下端加工有内螺纹，与钻头驱动联接短节相联，在联接套中部，螺纹上端，加工有锥形阀座，在锥形阀座的表面加工有导流槽，联接套地上端腔体呈圆柱状，钻头驱动联接短节由壳体下端配装入壳体下端的配合通孔，将阀球装入联接套中部锥形阀座上端的腔体内，联接套的上端与水力振荡器相接，水力振荡器轴心的上端、下端和中部分别加工有钻井液入口、出口和水力振荡腔，壳体的上端通过钻柱联接短节与钻柱相联，钻柱联接短节的下端面与水力振荡器的上端面相接，水力振荡器、联接套和壳体采用密封配合连接，钻井液经钻柱联接短节进入水力振荡器，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，由水力振荡器的出口喷出形成脉冲射流，该脉冲射流作用于阀球上，通过联接套和钻头驱动联接短节对钻头形成周期性的冲击作用力，同时由水力振荡器调制形成的钻井液水力脉动经钻头驱动联接短节和钻头向下传播至井底，使得井底流场产生脉动，在靠近水力振荡器出口的区域、阀球的上端，由于射流的卷吸作用，形成了一个低压区，作用于阀球，在阀球的上下端形成一个指向钻柱的压力差，使得阀球上行，直至与水力振荡器的出口碰接，将钻井液流道瞬时关闭，高速钻井液因阻断产生正水击，在水力振荡器内形成很大的水击压力，该水击压力作用于阀球上端，推压阀球迅速下行，冲击联接套中部的锥形阀座，所形成的冲击作用力通过联接套和钻头驱动联接短节下传至钻头，同时水击压力经钻头驱动联接短节和钻头向下传播至井底，使得井底流场产生脉动，如此周而复始，水力振荡器调制生成的水力脉动和吸射阀球周期性阻断钻井液道产生水击压力综合作用，对钻头形成周期性的冲击作用力，使钻头产生纵向振动，同时钻井液的水力脉动也向下传播至井底，钻头的振动和井底流场的水力脉动的综合作用，使得钻头与井底附近岩石的受力状况显著改善，有效提高钻头的破岩钻进效率，钻头振动及井底流场脉动的频率、峰值和幅值，通过调整阀球、联接套和水力振荡器的尺寸等来获得。

    本实用新型创造性地综合水力脉冲和冲击钻井两类技术的优势，将调制生成的周期性冲击作用力，转换为钻头的纵向振动和井底流场的脉动，通过改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率，本实用新型具有结构简单、使用操作方便、安全可靠、压耗低、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具结构等特点，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。

                           附图说明

    图1射吸球阀式脉冲振动钻井工具

    1.钻头驱动联接短节；2.联接套；3.阀球；4.水力振荡器；5.壳体；6.钻柱联接短节；7.锥形阀座；8.导流槽

                           具体实施方式

    现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。

    当采用本实用新型进行钻井施工时，钻头驱动联接短节两端加工有内外螺纹，下端与钻头相联，壳体下端的配合通孔和钻头驱动联接短节中部的配合段加工成多边形，联接套的下端加工有内螺纹，与钻头驱动联接短节相联，在联接套中部，螺纹上端，加工有锥形阀座，在锥形阀座的表面加工有导流槽，联接套的上端腔体呈圆柱状，钻头驱动联接短节由壳体下端配装入壳体下端的配合通孔，将阀球装入联接套中部锥形阀座上端的腔体内，联接套的上端与水力振荡器相接，水力振荡器轴心的上端、下端和中部分别加工有钻井液入口、出口和水力振荡腔，壳体的上端通过钻柱联接短节与钻柱相联，钻柱联接短节的下端面与水力振荡器的上端面相接，水力振荡器、联接套和壳体采用密封配合连接。

    当采用本实用新型进行钻井施工时，钻井液经钻柱联接短节进入水力振荡器，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，由水力振荡器的出口喷出形成脉冲射流，该脉冲射流作用于阀球上，通过联接套和钻头驱动联接短节对钻头形成周期性的冲击作用力，同时由水力振荡器调制形成的钻井液水力脉动经钻头驱动联接短节和钻头向下传播至井底，使得井底流场产生脉动，在靠近水力振荡器出口的区域、阀球的上端，由于射流的卷吸作用，形成了一个低压区，作用于阀球，在阀球的上下端形成一个指向钻柱的压力差，使得阀球上行，直至与水力振荡器的出口碰接，将钻井液流道瞬时关闭，高速钻井液因阻断产生正水击，在水力振荡器内形成很大的水击压力，该水击压力作用于阀球上端，推压阀球迅速下行，冲击联接套中部的锥形阀座，所形成的冲击作用力通过联接套和钻头驱动联接短节下传至钻头，同时水击压力经钻头驱动联接短节和钻头向下传播至井底，使得井底流场产生脉动，如此周而复始，水力振荡器调制生成的水力脉动和吸射阀球周期性阻断钻井液道产生水击压力综合作用，对钻头形成周期性的冲击作用力，使钻头产生纵向振动，同时钻井液的水力脉动也向下传播至井底，钻头的振动和井底流场的水力脉动的综合作用，使得钻头与井底附近岩石的受力状况显著改善，有效提高钻头的破岩钻进效率，钻头振动及井底流场脉动的频率、峰值和幅值，通过调整阀球、联接套和水力振荡器的尺寸等来获得。