[发明专利]井下压力脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下压力脉冲发生工具，特别是用于油气钻井、非开挖钻井等领域中深井、超深井、定向钻井用井下压力脉冲工具。

背景技术

压力脉冲发生器不但可以产生压力脉冲波作用于孔底有利于清除井底岩屑，形成井底瞬时负压，提高钻进速度，而且可以作用于振动伸缩短节，形成轴向振动从而降低钻柱与孔壁间摩阻，减小的托压、黏卡问题，提高钻进效率。

现有的井底压力脉冲发生工具普遍存在结构复杂、复杂条件适应性差、寿命低、振动频率与脉冲压力可调性差的问题，没有得到大规模应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、使用寿命长、压力、频率调节方便的井下压力脉冲发生器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

井下压力脉冲发生器，是由上接头通过螺纹与外管连接，外管通过螺纹与下接头连接，外管内部上接头与下接头之间为压力脉冲发生元件；压力脉冲发生元件上端与上接头接触并用密封圈密封，压力脉冲发生元件下端与下接头接触并压紧；所述压力脉冲发生元件由底板和盖板扣合并通过螺栓紧固连接，压力脉冲发生元件包括一个喷嘴结构射流振荡器入口，位于压力脉冲发生元件中心顶部，射流振荡器入口左侧设有一个射流振荡器左控制道，右侧设有一个射流振荡器右控制道，信号道设置在底板外弧面上，射流振荡器右控制道通过右控制道通道与信号道连通，射流振荡器左控制道通过左控制道通道与信号道连通，射流振荡器入口下方设有一个平附壁面和一个凹附壁面，两个附壁面下方为涡流腔，在涡流腔圆弧轮廓中心设有涡流腔出口。

优选地，该压力脉冲发生器使用的流体介质为钻井泥浆、气体或泡沫。

优选地，底板与盖板之间结合面通过精密加工至表面粗糙度0.8μm以下。

优选地，底板和盖板整体采用钨钴类硬质合金材料加工制造。

优选地，信号道设置在底板外弧面上，其长度按需要可自由调整，结构形式不限于图中的S型结构。

改变射流振荡器入口处喷嘴宽度以及信号道长度来改变系统振荡频率和压力降。

工作原理：流体介质通过上接头中心通道进入射流振荡器入口，通过喷嘴加速后随机偏向一侧附壁面，由于射流振荡器信号道内部流体作用于控制道使射流无法稳定附壁与一侧而形成射流自激振荡，当流体介质附壁于平附壁面，以接近径向的方向进入到涡流腔，并从涡流腔出口进入到排空道再进入到下接头中心通道时，涡流腔节流作用较小，流体阻力较低，系统压力降较低，当流体介质附壁于凹附壁面，以接近切向的方向进入到涡流腔，并从涡流腔出口进入到排空道再进入到下接头中心通道时，涡流腔节流作用较大，流体阻力较高，系统压力降较高，由于射流振荡器的自激振荡特性，使这两个过程周期性交替出现，从而导致周期性压力波动，形成压力脉冲。

本发明结构简单、紧凑、主要零件只有一个，无任何运动零部件、复杂条件适应性好；可以通过改变射流振荡器入口处喷嘴宽度以及信号道长度来改变系统振荡频率和压力降；采用硬质合金坚硬材料加工制造耐冲蚀性能好。

附图说明

图1为井下压力脉冲发生器结构图；

图2为图1中A—A剖面图；

图3为底板外弧面结构图。

1上接头，2外管，3射流振荡器，4下接头，5底板，6盖板。

Ⅰ—上接头中心流体通道；Ⅱ—射流振荡器入口；Ⅲ—射流振荡器右控制道；Ⅳ—射流振荡器左控制道；Ⅴ—平附壁面；Ⅵ—凹附壁面；Ⅶ—涡流腔；Ⅷ—下接头中心通道；Ⅸ—涡流腔出口；Ⅹ—底板外弧面；Ⅺ—排空道；Ⅻ—信号道； XⅢ—左控制道通道；XⅣ—右控制道通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1中，上接头1通过螺纹与外管2连接，上接头1内部中部设有上接头中心通道Ⅰ；外管2通过螺纹与下接头4连接，下接头4内部设有下接头中心通道Ⅷ；外管2内部上接头1与下接头4之间为压力脉冲发生元件3；压力脉冲发生元件3上端与上接头1接触并用密封圈密封，压力脉冲发生元件3下端与下接头4接触并压紧；压力脉冲发生元件3与外管2是过盈配合，压力脉冲发生元件3由底板5和盖板6扣合并通过螺栓紧固连接，压力脉冲发生元件3 包括一个射流振荡器入口Ⅱ，一个射流振荡器右控制道Ⅲ，一个右控制道通道X Ⅳ，一个射流振荡器左控制道Ⅳ，一个左控制道通道XⅢ，一个信号道Ⅻ，一个平附壁面Ⅴ，一个凹附壁面Ⅵ，一个涡流腔Ⅶ以及一个涡流腔出口Ⅸ；其中，射流振荡器入口Ⅱ与上接头中心通道Ⅰ连通，射流振荡器右控制道Ⅲ通过右控制道通道XⅣ与信号道Ⅻ连通，射流振荡器左控制道Ⅳ通过左控制道通道XⅢ与信号道Ⅻ连通；信号道Ⅻ设置在底板5的底板外弧面Ⅹ上；外管2与盖板6之间构成排空道Ⅺ，涡流腔出口Ⅸ将涡流腔Ⅶ与排空道Ⅺ连通；排空道Ⅺ与下接头中心通道Ⅷ连通。