CN106121540A - 井底钻井液压力震荡调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种井底钻井液压力震荡调制器，其包括震荡母轴、逆流外壳、下接头；震荡母轴安装于逆流外壳的内部，震荡母轴的转换连接扣伸出逆流外壳底端面，震荡母轴可在逆流外壳内部转动但不可以轴向滑动；逆流外壳扶正圆面的密封槽内安装有密封总成，震荡母轴逆流腔内面与震荡母轴上部外环面间的环形平面和逆流外壳防压环面间安装有防推轴承，震荡母轴下部扶正面与逆流外壳下部支撑面下端的滑动轴承安装孔件安装滑动轴承；伸出逆流外壳地端面的转换连接扣安装下接头；逆流外壳的逆流流道靠近井眼环空端安装有逆流喷嘴。本发明可在保持动力钻具转子带动钻头高速旋转的同时，实现瞬时负压和脉冲射流冲击井底的目的。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种与动力钻具配合使用的井底钻井液压力震荡调制器，用于实现钻井施工中动力钻具带动钻头高速旋转破岩的同时，将向井底恒压喷射的钻井液调制成向环空与井底交替喷射形式从而提高钻井速度的目标。
背景技术
研究及现场实践表明，油气钻井过程中，在井底产生瞬时负压和脉冲冲击可以减小岩屑的压持效应，提高破岩和清岩效率。研究还表明，清岩效率及提速效果随着钻井液负压脉冲幅值的增加而增加。为此，国内外研制了多种脉冲射流工具用于产生井底瞬时负压和脉冲冲击。然而，这些工具难以满足动力钻具钻井的需要，因为钻井过程尤其是钻定向井过程中，动力钻具与钻头间不已连接过长的井下工具，这就要求用于定向井钻井的钻井液压力震荡调制工具需要具有以下特征：(1)安装于钻头与动力钻具之间，其长度不宜过长；(2)工具工作不能影响随钻测量工具的使用；(3)工具使用寿命不能太短，至少与动力钻具及钻头寿命相近；(4)工具出现事故时，不能引起井下事故；(5)工具的使用不能为动力钻具转动提供负担。国内外已经设计出的脉冲射流工具有的结构复杂、工作寿命短，难以满足现场需要；有的尺寸过大，不能与动力钻钻具匹配，有的不能与随钻测量仪器并用，这些因素导致上述种类的钻井液压力震荡调制工具一直未能应用于定向井提速领域。因此，研发直接连接与钻头与动力钻具之间的、与随钻测量仪器兼容的长寿命、小尺寸钻井液压力震荡调制器对深井硬地层定向井钻井提速非常有意义，对加快油气资源开发进度、降低钻井成本及风险具有重要作用。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种与动力钻具配合使用的井底钻井液压力震荡调制器，用于实现动力钻具钻井工况下将向井底恒压喷射的钻井液调制成向环空与井底交替喷射形式从而提高定向井钻井速度的目标。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
井底钻井液压力震荡调制器，包括震荡母轴、逆流外壳、下接头。所述的震荡母轴安装于逆流外壳的内部，震荡母轴的转换连接扣伸出逆流外壳底端面，震荡母轴可在逆流外壳内部转动，但不可以轴向滑动；逆流外壳扶正圆面的密封槽内安装有密封总成，震荡母轴逆流腔内面与震荡母轴上部外环面间的环形平面和逆流外壳防压环面间安装有防推轴承，震荡母轴下部扶正面与逆流外壳下部支撑面下端的滑动轴承安装孔件安装滑动轴承；伸出逆流外壳地端面的转换连接扣安装下接头；逆流外壳的逆流流道靠近井眼环空端安装有逆流喷嘴。
相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：
1、井底钻井液压力震荡调制器可在保持动力钻具转子带动钻头高速旋转的同时，实现瞬时负压和脉冲冲击发生的目的；
2、井底钻井液压力震荡调制器结构简单、长度极短，使用时不影响动力钻具及随钻测量工具的工作，有益于长时间工作，有利于运输使用；
3、井底钻井液压力震荡调制器使用过程不改变钻井工艺、不改变钻井参数，冲击幅值极易调节；
4、井底钻井液压力震荡调制器使得井底流场产生变化，其有益作用是可以减小岩屑的压持效应，提高破岩和清岩效率，可提高定向效率。
5、井底钻井液压力震荡调制器与动力钻具配合应用范围广，可应用于直井、定向井、水平井等，且可应用于不同钻井方式，如平衡压力钻井、欠平衡钻井及空气钻井等。
6、井底钻井液压力震荡调制器制作成本低，与动力钻具配合使用大幅度降低钻井成本，提高钻井效率，拓宽动力钻具的应用范围。
附图说明
图1是井底钻井液压力震荡调制器整体结构图；
图2是井底钻井液压力震荡调制器A-A剖面图；
图3是井底钻井液压力震荡调制器B-B剖面图；
图中：1、逆流外壳，2、震荡母轴，3、防推轴承，4、下接头，5、滑动轴承，6、逆流喷嘴，7、密封总成，8、钻井液逆流腔体，9、钻井液顺流腔体，101、逆流外壳扶正圆面，102、逆流流道，103、逆流外壳防压环面，104、分流腔面，105、正流调制槽，201、芯轴传动面，202、逆流分流孔，203、震荡母轴逆流调制槽，204、正流过流孔，205、正流回流孔。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，井底钻井液压力震荡调制器，包括逆流外壳1，震荡母轴2，下接头4；逆流外壳1与动力钻具定子相连，震荡母轴2上部与动力钻具转子相连，下部与下接头4相连，震荡母轴2与下接头4的连接体随着动力钻具转子一起相对于逆流外壳1与动力钻具定子连接体旋转。
所述的逆流外壳1外部为一等直径圆柱面，内部从上到下依次为动力钻具定子连接扣，逆流外壳扶正圆面101，逆流外壳防压环面103，分流腔面104，逆流外壳下部支撑面；动力钻具定子连接扣用于实现井底钻井液压力震荡调制器与动力钻具定子的连接；逆流外壳扶正圆面101为逆流外壳1与震荡母轴2提供上部扶正；逆流外壳防压环面103为防推轴承3提供下支撑，并实现逆流外壳1与震荡母轴2的轴向限位；分流腔面104直径小于逆流外壳扶正圆面101，为钻井液的流动调制提供外腔面；逆流外壳下部支撑面直径小于分流腔面104，为逆流外壳1与震荡母轴2提供下部扶正；逆流外壳下部支撑面上端为正流调制槽105，下端为滑动轴承安装孔；如图2所示，正流调制槽105结构类似于短尺寸内花键，用于为钻井液脉动顺流提供通道；滑动轴承安装孔的内径略大于滑动轴承5外径，与滑动轴承5外径可实现间隙配合；逆流外壳扶正圆面101中部开有密封槽；分流腔面104中部开有与井眼环空连接的逆流流道102。
所述的震荡母轴2外部从上向下依次为：震荡母轴上部外环面，逆流腔内面，分流支撑面，下部扶正面，转换连接扣；震荡母轴上部外环面直径略小于逆流外壳扶正圆面101，震荡母轴外环面与逆流外壳扶正圆面101配合实现震荡母轴2与逆流外壳1间的扶正；分流支撑面下端为圆柱面，上端为震荡母轴逆流调制槽203，其结构类似于短尺寸外花键结构，下端圆柱面直径与震荡母轴逆流调制槽203外径相等，该直径略小于分流腔面104，分流支撑面与分流腔面104配合，实现钻井液逆流过程的调制；震荡母轴逆流调制槽203用于为钻井液脉动逆流提供通道，分流支撑面下端圆柱面用于分隔逆向流动钻井液与顺向流动钻井液；逆流腔内面位于分流支撑面与震荡母轴上部外环面之间，其直径小于分流支撑面与震荡母轴上部外环面直径，用于为钻井液的逆向流动提供内腔面；下部扶正面为圆柱面，其直径小于分流支撑面直径，用于实现逆流外壳1与震荡母轴2下部扶正；转换连接扣位于震荡母轴2最底端，其结构为钻具连接扣，用于连接下接头4；震荡母轴2内部从上向下依次为：传扭结构，钻井液总流道，顺向钻井液流道；传扭结构与动力钻具转子输出扭矩端外部结构相匹配，用于与动力钻具转子连接后实现扭矩的传递；钻井液总流道为圆形孔道，钻井液总流道与钻井液逆流腔体8间开有逆流分流孔202，钻井液总流道与钻井液顺流腔体9间开有正流过流孔204，钻井液总流道用于将动力钻具传输来的钻井液传给逆流分流孔202、正流过流孔204；顺向钻井液流道亦为圆形孔道，钻井液顺流腔体9与顺向钻井液流道间开有正流回流孔205，顺向钻井液流道用于将正流回流孔205分流来的顺向钻井液下传；钻井液总流道与顺向钻井液流道中间不连通。
所述的下接头4外部为一圆柱面，该圆柱面直径与逆流外壳1外径相等；下接头4内部从上到下依次为：震荡母轴连接扣，钻井液顺流孔，钻头连接扣；震荡母轴连接扣与震荡母轴2转换连接扣螺纹连接，用于实现下接头4与震荡母轴2的连接；钻井液顺流孔为圆形孔，用于将震荡母轴分流下来的顺向钻井液传输到钻头内；钻头连接扣用于连接下部钻头。
所述的震荡母轴2安装于逆流外壳1的内部，震荡母轴2的转换连接扣伸出逆流外壳1地端面，震荡母轴2可在逆流外壳1内部转动，但不可以轴向滑动；逆流外壳扶正圆面101的密封槽内安装有密封总成7，震荡母轴2逆流腔内面与震荡母轴上部外环面间的环形平面和逆流外壳防压环面103间安装有防推轴承3，震荡母轴2下部扶正面与逆流外壳下部支撑面下端的滑动轴承安装孔件安装滑动轴承5；伸出逆流外壳1地端面的转换连接扣安装下接头4；逆流外壳1的逆流流道102靠近井眼环空端安装有逆流喷嘴6。
井底钻井液压力震荡调制器工作原理：
井底钻井液压力震荡调制器的钻头连接扣通过螺纹连接钻头，逆流外壳1的动力钻具定子连接扣通过螺纹连接动力钻具的外壳(转子)，震荡母轴2传扭结构与动力钻具转子传动接头通过传扭结构连接；当动力钻具开始工作时，动力钻具转子带震荡母轴2与下接头4的连接体相对于逆流外壳1产生旋转，该旋转使得震荡母轴2的震荡母轴逆流调制槽203相对于逆流流道102相对运动，正流回流孔205与正流调制槽105相对运动；当震荡母轴逆流调制槽203与逆流流道102位置重合时，正流回流孔205与正流调制槽105完全错开或者错开一定角度，此时全部或者部分钻井液经逆流分流孔202、钻井液逆流腔体8、逆流流道102、逆流喷嘴6流出，喷向井眼环空；随着动力钻具转子带震荡母轴2与下接头4连接体相对于逆流外壳1旋转继续，正流回流孔205与正流调制槽105位置重合，而震荡母轴逆流调制槽203与逆流流道102完全错开或者错开一定角度，此时全部或者部分钻井液经正流过流孔204、钻井液顺流腔体9、逆流流道102、逆流喷嘴6流出，正流调制槽105，正流回流孔205流入震荡母轴2的顺向钻井液流道，最终流入钻头喷出；随着旋转过程的不断继续，流向井底钻头的钻井液和经逆流喷嘴6喷向井眼环空的钻井液交替，从而实现了井底钻井液压力震荡调制提高钻井速度的目的。
Claims (5)
1.一种井底钻井液压力震荡调制器，包括震荡母轴、逆流外壳、下接头；其特征在于：所述的震荡母轴安装于逆流外壳的内部，震荡母轴的转换连接扣伸出逆流外壳底端面，震荡母轴可在逆流外壳内部转动，但不可以轴向滑动；逆流外壳扶正圆面的密封槽内安装有密封总成，震荡母轴逆流腔内面与震荡母轴上部外环面间的环形平面和逆流外壳防压环面间安装有防推轴承，震荡母轴下部扶正面与逆流外壳下部支撑面下端的滑动轴承安装孔件安装滑动轴承；伸出逆流外壳地端面的转换连接扣安装下接头；逆流外壳的逆流流道靠近井眼环空端安装有逆流喷嘴。
2.根据权利要求1所述的井底钻井液压力震荡调制器，其特征在于：所述的逆流外壳外部为等直径圆柱面，内部从上到下依次为动力钻具定子连接扣、逆流外壳扶正圆面、逆流外壳防压环面、分流腔面、逆流外壳下部支撑面；逆流外壳扶正圆面为逆流外壳与震荡母轴提供上部扶正；逆流外壳防压环面为防推轴承提供下支撑，并实现逆流外壳与震荡母轴的轴向限位；分流腔面直径小于逆流外壳扶正圆面，逆流外壳下部支撑面直径小于分流腔面，为逆流外壳与震荡母轴提供下部扶正；逆流外壳下部支撑面上端为正流调制槽，下端为滑动轴承安装孔；正流调制槽结构为短尺寸内花键，用于为钻井液脉动顺流提供通道；滑动轴承安装孔的内径大于滑动轴承外径，与滑动轴承外径可实现间隙配合；逆流外壳扶正圆面中部开有密封槽；分流腔面中部开有与井眼环空连接的逆流流道。
3.根据权利要求1-2所述的井底钻井液压力震荡调制器，其特征在于：所述的震荡母轴外部从上向下依次为：震荡母轴上部外环面、逆流腔内面、分流支撑面、下部扶正面、转换连接扣；震荡母轴上部外环面直径小于逆流外壳扶正圆面，震荡母轴外环面与逆流外壳扶正圆面配合实现震荡母轴与逆流外壳间的扶正；分流支撑面下端为圆柱面，上端为震荡母轴逆流调制槽，其结构为短尺寸外花键结构，下端圆柱面直径与震荡母轴逆流调制槽外径相等，该直径略小于分流腔面，分流支撑面与分流腔面配合，实现钻井液逆流过程的调制；震荡母轴逆流调制槽用于为钻井液脉动逆流提供通道，分流支撑面下端圆柱面用于分隔逆向流动钻井液与顺向流动钻井液；逆流腔内面位于分流支撑面与震荡母轴上部外环面之间，其直径小于分流支撑面与震荡母轴上部外环面直径，用于为钻井液的逆向流动提供内腔面；下部扶正面为圆柱面，其直径小于分流支撑面直径，用于实现逆流外壳与震荡母轴下部扶正；转换连接扣位于震荡母轴最底端，其结构为钻具连接扣，用于连接下接头；震荡母轴内部从上向下依次为：传扭结构，钻井液总流道，顺向钻井液流道；传扭结构与动力钻具转子输出扭矩端外部结构相匹配，用于与动力钻具转子连接后实现扭矩的传递；钻井液总流道为圆形孔道，钻井液总流道与钻井液逆流腔体间开有逆流分流孔，钻井液总流道与钻井液顺流腔体间开有正流过流孔，钻井液总流道用于将动力钻具传输来的钻井液传给逆流分流孔、正流过流孔；顺向钻井液流道亦为圆形孔道，钻井液顺流腔体与顺向钻井液流道间开有正流回流孔，顺向钻井液流道用于将正流回流孔分流来的顺向钻井液下传；钻井液总流道与顺向钻井液流道中间不连通。
4.根据权利要求1-3所述的井底钻井液压力震荡调制器，其特征在于：所述的下接头外部为圆柱面，该圆柱面直径与逆流外壳外径相等；下接头内部从上到下依次为：震荡母轴连接扣，钻井液顺流孔，钻头连接扣；震荡母轴连接扣与震荡母轴转换连接扣螺纹连接，用于实现下接头与震荡母轴的连接；钻井液顺流孔为圆形孔，用于将震荡母轴分流下来的顺向钻井液传输到钻头内；钻头连接扣用于连接下部钻头。
5.根据权利要求1-4所述的井底钻井液压力震荡调制器，其特征在于：所述的震荡母轴安装于逆流外壳的内部，震荡母轴的转换连接扣伸出逆流外壳地端面，震荡母轴可在逆流外壳内部转动，但不可以轴向滑动；逆流外壳扶正圆面的密封槽内安装有密封总成，震荡母轴逆流腔内面与震荡母轴上部外环面间的环形平面和逆流外壳防压环面间安装有防推轴承，震荡母轴下部扶正面与逆流外壳下部支撑面下端的滑动轴承安装孔件安装滑动轴承；伸出逆流外壳地端面的转换连接扣安装下接头；逆流外壳的逆流流道靠近井眼环空端安装有逆流喷嘴。
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Application publication date: 20161116 Assignee: Dongying Qingze Petroleum Equipment Co., Ltd. Assignor: China Petroleum University (East China) Contract record no.: 2019370000024 Denomination of invention: Well bottom drilling fluid pressure oscillation regulator Granted publication date: 20180417 License type: Common License Record date: 20190328 |
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