[发明专利]一种钻柱振动与水力脉冲耦合井下钻井工具

说明书

本发明公开了一种钻柱振动与水力脉冲耦合井下钻井工具，包括上接头、外筒、锁紧螺母、芯轴和下接头，外筒与芯轴之间采取滑键配合方式，在外筒与芯轴之间设置蝶形弹簧，在芯轴的上端设置有增压分流结构，增压分流结构上的主流孔道与芯轴中心的流体通道连通，在主流孔道的周边设置有分流孔道，所述外筒的上部、增压分流孔道和芯轴的上部形成环形增压腔，分流孔道与环形增压腔连通，环形增压腔通过射流孔道连通主流孔道，当外筒与芯轴产生相对运动时，可改变环形增压腔的大小，并使得射流孔道周期性开闭。本发明通过水力脉冲射流与钻柱振动产生的交变载荷耦合，将井底岩石有效剥离井底，同时脉冲射流提高岩屑的清洗能力，从而提高钻进速度。

技术领域

本发明涉及一种钻柱振动与水力脉冲射流耦合井下冲击式钻井工具，属于石油钻井工具设计技术领域。

背景技术

提高深井超深井的钻井速度，对于深部地层油气资源的勘探和开发至关重要，在常规作业过程中，主要依靠钻头的切削挤压以及钻头的纵向振动来提高破岩效率。研制井下增压泵，设计水力脉冲工具以及旋冲钻具等方式能够有效的利用钻井液能量来提高钻速。研究表明，利用井下增压装置将井底钻井液压力提高到100MPa左右时，可以实现超高压射流或者辅助破岩的目的，但这种增压工具寿命问题一直无法得到有效的解决。水力脉冲工具可通过改变流道的横截面积来调制脉冲射流以提高钻速。但大多数情况下由于岩屑不能及时冲离井底而造成重复破碎，甚至会造成钻头泥包，导致钻井速度下降。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种钻柱振动与水力脉冲耦合井下钻井工具，该钻井工具可实现钻柱振动能量与脉冲射流的耦合，能够将井底岩屑有效剥离井底，提高岩屑的清洗能力，提高机械钻速。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种钻柱振动与水力脉冲耦合井下钻井工具，包括上接头、外筒、锁紧螺母、芯轴和下接头，上接头与外筒的上端螺纹连接，芯轴安装在外筒的内部，外筒与芯轴之间采取滑键配合方式，在外筒与芯轴之间形成有环形空腔，在环形空腔内设置蓄能复位元件，外筒的下端与锁紧螺母螺纹连接，芯轴的下端与下接头连接，在芯轴的上端设置有增压分流结构，在增压分流结构上设置有主流孔道，主流孔道与芯轴中心的流体通道连通，在主流孔道的周边设置有分流孔道，所述外筒的上部、增压分流孔道和芯轴的上部共同形成环形增压腔，分流孔道与环形增压腔连通，所述增压分流结构上还设置有射流孔道，环形增压腔通过射流孔道连通主流孔道，当外筒与芯轴产生相对运动时，可改变环形增压腔的大小，并使得射流孔道周期性开闭。

优选的，滑键设置在芯轴上，在外筒的内侧竖向设置有与滑键相配合的滑键槽，芯轴可相对于外筒上下移动、外筒可带动芯轴转动。

优选的，所述滑键的上端形成芯轴上台阶面，下端形成芯轴下台阶面，所述滑键槽的顶端形成外筒上台阶面，所述蓄能复位元件连接在芯轴上台阶面与外筒上台阶面之间，所述芯轴下台阶面与锁紧螺母相互配合。

优选的，在外筒上端与芯轴上端之间设置有滑动密封件。

优选的，所述蓄能复位元件为蝶形弹簧、液压弹簧或普通弹簧。

优选的，所述增压分流结构固定在上接头与外筒之间。

本发明的有益技术效果是：

本发明将常规钻井中连续喷射的钻井液调制为脉冲射流，可提高水力能量利用效率，并与钻柱振动相耦合，能够将井底岩屑有效剥离井底，提高岩屑的清洗能力，提高机械钻速，降低钻井成本，提高钻井工程经济效益。而且本发明整体结构简单，易于装配，具有良好的稳定性和可靠性；实现了钻柱振动能量的转移，并对其进行有效利用，减小了钻柱振动产生的危害，可有效延长钻具的使用寿命，降低钻具的使用成本，降低钻进过程的风险。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构原理示意图。