[发明专利]一种投球控制式水力脉冲工具及方法

说明书

本发明涉及石油、天然气开采钻井提速领域，具体涉及一种投球控制式水力脉冲工具及方法，该投球控制式水力脉冲工具，至少包括管状的壳体，壳体内通过压帽连接有水力脉冲发生装置，水力脉冲发生装置包括水力脉冲发生器和盖板，水力脉冲发生器外壁通过连接有具有圆弧外表面的盖板形成完整的圆柱体结构，所述水力脉冲发生器为管状体，管状体的圆周上均匀设置有脉冲腔，脉冲腔与盖板形成径向密封的腔体，使用该结构增强了钻头冲击力、优化井底流场、改善钻柱托压、减少不需要脉冲时的能耗、提高机械钻速。

技术领域

本发明涉及石油、天然气开采钻井提速领域，具体涉及一种投球控制式水力脉冲工具及方法。

背景技术

在水平井、大位移井、深井的开发过程中，钻柱托压、地层坚硬且研磨性强等因素是影响钻井提速的重要因素，使用常规动力钻具普遍存在机械钻速低的问题。为了提高钻探效率，脉冲空化射流钻井、旋转冲击钻井、粒子射流钻井、超高压喷射钻井、控压钻井、机械振动减阻等技术不断出现。但这些技术在现场应用中均存在一定的不足，如粒子射流钻井技术和控压钻井技术设备复杂、投资大；超高压喷射钻井技术能耗高，对泥浆泵、钻柱等要求高；旋转冲击钻井技术和脉冲射流钻井应用范围和工作稳定性均有一定局限性；目前应用较多且比较成熟的冲击振动工具，使用冲锤高频反复运动，零部件易损坏，工具的使用寿命较短；水力脉冲钻井工具多通过涡轮或者螺杆驱动动定阀来产生水力脉冲，较多的运动部件也限制了工具的使用；水力脉冲旋冲钻井技术，存在自激振荡腔产生水力脉冲幅值较小，且自激振荡喷嘴易损等问题。以上技术在应用中均存在一定的压力损耗，在无托压或托压很弱、地层对振动钻进要求不高的情况下，能耗的增加也成为一个不容忽视的问题，基于以上提出的问题。

发明内容

本发明客服了现有技术的不足，提供了一种增强钻头冲击力、优化井底流场、改善钻柱托压、减少不需要脉冲时的能耗、提高机械钻速的投球控制式水力脉冲工具，尤其是一种投球控制式水力脉冲工具及方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种投球控制式水力脉冲工具，至少包括管状的壳体，壳体内通过压帽连接有水力脉冲发生装置，水力脉冲发生装置包括水力脉冲发生器和盖板，水力脉冲发生器外壁通过连接有具有圆弧外表面的盖板形成完整的圆柱体结构，所述水力脉冲发生器为管状体，管状体的圆周上均匀设置有脉冲腔，脉冲腔与盖板形成径向密封的腔体。

所述的水力脉冲发生器为矩形结构，矩形水力脉冲发生器的四个侧边各设置有一个脉冲腔，脉冲腔由末端到前端依次连通的流入通道、混合腔以及涡流腔组成，涡流腔内具有流出口。

所述的流入通道具体包括流入通道收缩段和流入通道整流稳流段，流入通道整流稳流段的末端为主喷口，流入通道与混合腔之间通过主喷口连通，混合腔与涡流腔之间通过输出通道和导流通道连通，输出通道位于混合腔的一侧，导流通道位于涡流腔的一侧，所述涡流腔还通过反馈通道与主喷口连通。

所述的正对主喷口的混合腔内还设置有凹形分流劈，凹形分流劈将混合腔和涡流腔之间分成上下两个输出通道和导流通道，两个输出通道分别为第一输出通道和第二输出通道，两个导流通道分别为第一导流通道和第二导流通道，第一输出通道与第一导流通道连通，第二输出通道与第二导流通道连通，第一导流通道和第二导流通道的末端交叉汇合后与涡流腔连通。

所述的反馈通道设置在主喷口、输出通道的外围，且反馈通道沿涡流腔水平切线方向两侧设置有两个，分别为第一反馈通道和第二反馈通道，第一反馈通道和第二反馈通道的一端与涡流腔连通，另一端与主喷口连通。

所述的流出口为圆柱孔状结构。

所述的流入通道整流稳流段、混合腔、输出通道、导流通道、涡流腔和反馈通道的横截面均为矩形。

所述的水力脉冲发生器中心为台肩状管孔，台肩位于流入通道和流出口之间。

所述的盖板与水力脉冲发生器之间可通过螺栓、胶粘、焊接等方式连接。