[发明专利]一种液力脉动冲击钻井装置有效

专利信息
申请号: 201810804677.9 申请日: 2018-07-20
公开(公告)号: CN108979520B 公开(公告)日: 2019-12-24
发明(设计)人: 汤历平;郭宝林;祝效华 申请(专利权)人: 西南石油大学
主分类号: E21B1/00 分类号: E21B1/00;E21B4/02
代理公司: 51229 成都正华专利代理事务所(普通合伙) 代理人: 李蕊;李林合
地址: 610500 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 转筒 芯轴 转动 涡轮转子 动阀 静阀 弧形流道 径向扇形 脉动冲击 涡轮定子 压力振荡 钻井装置 对齐 支撑套 钻井液 错开 壳体 流体 通孔 种液 冲击钻井装置 上端筒体 压力脉动 岩石破碎 涡轮级 下端筒 支撑帽 上端 空腔 拉杆 内腔 轴承
【说明书】:

发明公开了一种液力脉动冲击钻井装置,主要由基座、静阀、动阀、壳体、芯轴、转筒、涡轮定子、涡轮转子、拉杆、支撑帽、支撑套和轴承组成,当钻井液流入所述冲击钻井装置时,钻井液经支撑套进入由涡轮定子和涡轮转子组成的涡轮级,并流入转筒与壳体间形成的空腔,涡轮转子带动转筒转动,使得转筒下端筒体的径向扇形通孔与基座上端筒体的径向扇形通孔周期性地对齐或错开,因此进入基座上端内腔的流体存在压力脉动;当所述转筒转动时,转筒还带动芯轴转动,由于动阀固定于芯轴上而静阀固定于基座上,因此芯轴的转动将使静阀的弧形流道与动阀的弧形流道周期性地对齐或错开,使得本身存在压力振荡的流体再次产生压力振荡,用于加速岩石破碎。

技术领域

本发明涉及一种钻井装置,特别是一种用于产生液力脉冲从而提高钻井效率的装置,属于机械工程或钻井工程技术领域。

背景技术

油气资源是经过数亿年的时间而形成的,在此过程中地层不断变化,使得地下的油气资源深浅不一。当前油气资源开采工艺相对成熟,与其配套的装备也在不断进步。然而,深层油气资源的高效开采仍是当前钻井工业面临的重大难题。对于深部地层或研磨性地层,由于岩石强度和硬度随井深的增加而增大,可钻性差,机械钻速普遍较低。因此,如何提高深部地层的钻井效率一直是研究人员和现场工程师们急需解决的问题。

针对深部地层钻具失效快和钻井效率低等问题,钻井现场普遍采用冲击破岩的方式。近年来,先后出现了液动冲击器、空气锤、扭转冲击器、水力振荡器、高压水射流等利用冲击脉冲辅助钻井的装备。其中高压水射流破岩是指在钻头利用钻压和扭矩的基础上,再辅以钻井流体的周期性压力脉冲,加速岩石的裂纹扩展或损伤演化。现有众多关于液力脉冲钻井方面的装置,然而均是产生一次脉动冲击。如果在钻井流体冲击岩石之前,钻井流体存在多次压力脉动,而且这些压力脉动存在一定规律,或者这些压力脉动在叠加后具有更好的冲击效果,那么便可更好地提高钻井效率。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述难点,特提出一种液力脉动冲击钻井装置,用于提高深部地层的钻井效率。

为达到上述目的,本发明解决此技术问题采用的技术方案是:

一种液力脉动冲击钻井装置,主要由基座、静阀、动阀、壳体、芯轴、转筒、涡轮定子、涡轮转子、拉杆、支撑帽、支撑套和轴承组成,其特征在于:所述基座与壳体、支撑套与壳体、支撑帽与拉杆、拉杆与转筒、芯轴与转筒、动阀与芯轴、静阀与基座均通过螺纹连接;所述基座设有中空流道,基座的下端设有母扣用于与下部钻具连接,基座上端的筒体设有径向扇形通孔;所述静阀固定于基座内壁,静阀的中心设有沿轴线方向的通孔,通孔旁设有弧形流道;所述动阀的中心设有螺栓孔用于与芯轴下端的螺纹配合,螺栓孔旁设有弧形流道;所述壳体的内壁设有台阶用于支撑涡轮定子,所述涡轮定子通过支撑套压紧固定于壳体上;所述拉杆、支撑帽、支撑套一起组成本冲击钻井装置的防掉单元;所述涡轮转子通过拉杆压紧固定于转筒的上端;所述转筒下端的筒体设有径向扇形通孔;所述转筒的下端与基座间设有轴承用于扶正转筒;所述基座上端筒体的径向扇形通孔与转筒下端筒体的径向扇形通孔位于同一轴向高度,二者可连通;所述静阀的弧形流道与动阀的弧形流道可重合;当钻井液流入所述冲击钻井装置时,钻井液经支撑套进入由涡轮定子和涡轮转子组成的涡轮级,并流入转筒与壳体间形成的空腔,涡轮转子带动转筒转动,使得转筒下端筒体的径向扇形通孔与基座上端筒体的径向扇形通孔周期性地对齐或错开,因此进入基座上端内腔的流体存在压力脉动;当所述转筒转动时,转筒还带动芯轴转动,由于动阀固定于芯轴上而静阀固定于基座上,因此芯轴的转动将使静阀的弧形流道与动阀的弧形流道周期性地对齐或错开,使得本身存在压力振荡的流体再次产生压力振荡,用于加速岩石破碎。

所述的一种液力脉动冲击钻井装置,其特征在于上部钻具传至本冲击钻井装置的钻压与扭矩均通过壳体以及基座承担,其它零件不承受钻压和扭矩。

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