CN112377133A - 一种可控脉冲短节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可控脉冲短节，包括管状壳体，壳体内由上至下依次安装节流块、制动块、内管、挠轴、中空转子、动阀、过流环、定阀，制动块下端与内管一端固定连接，内管另一端的侧壁上设有若干贯通孔，且该端内管形成密封结构，并***挠轴内部，挠轴该端轴向剖面为凸形结构，使得内管下端***挠轴后一定距离，从内管侧面贯通孔流出的液体可以流入挠轴内部，随内管继续***经过凸形结构，内管侧面贯通孔被堵塞；挠轴下端和中空转子密封相连；壳体内侧上设有多个径向进液口，进液口沿壳体轴向延伸形成液流腔，液流腔连通至挠轴与壳体之间空腔处；制动块、内管、壳体形成的空间内由上至下安装弹簧、内管控制机构。本发明能提高水力振荡器的寿命。

Description

一种可控脉冲短节

技术领域

本发明属于石油天然气钻探技术领域，尤其涉及一种可控脉冲短节。

背景技术

普通定向井、大斜段井、水平井等复杂结构井在定向过程中，经常出现托压问题，使钻头施加钻压困难，易托压释放憋泵，造成工具不稳定等问题，最终导致定向段机械钻速低。

水力振荡器是目前缓解定向井定向托压最有效的方法之一。水力振荡器主要由脉冲短节和振荡短节组成。钻井液流经脉冲短节产生周期性的压力脉冲，压力脉冲作用振荡短节上，驱动振荡短节产生周期性的振动。

但是，实际作业过程中，只有滑动钻进过程中才出现托压，复合钻进不会出现托压问题。所以，只有滑动钻进时水力振荡器的振动才能起到作用，而复合钻进时不起作用。也就是说只有滑动钻进时脉冲短节处于工作状态才有意义，复合钻进时脉冲短节是在做无用功。然而，现有的水力振荡器用脉冲短节入井后，只要钻井泵处于开泵状态，一直处于工作状态，进而驱动整套水力振荡器处于持续工作状态。脉冲短节入井后持续处于工作状态，一方面增加了地面柴油或者电能的消耗，增加了钻井成本；另一方面降低了工具的使用寿命，增加了工具的成本。

因此，基于这些问题，提供一种能降低地面设备的负载，提高水力振荡器的寿命，降低钻井成本的可控脉冲短节，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能降低地面设备的负载，提高水力振荡器的寿命，降低钻井成本的可控脉冲短节。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种可控脉冲短节，包括管状壳体，所述壳体内由上至下依次安装节流块、制动块、内管、挠轴、中空转子、动阀、过流环、定阀，所述节流块固定安装在壳体内壁上，所述制动块与壳体内壁密封接触，且其下端与所述内管一端固定连接，所述内管另一端的侧壁上设有若干贯通孔，且该端内管形成密封结构，并***所述挠轴一端内部，挠轴该端轴向剖面为凸形结构，使得内管下端***挠轴后一定距离，从内管侧面贯通孔流出的液体可以流入挠轴内部，随内管继续***经过凸形结构，内管侧面贯通孔被堵塞；挠轴下端和中空转子密封相连，中空转子另一端与动阀固定连接，所述动阀通过过流环与定阀连接，且中空转子处的壳体内壁上安装定子；所述壳体内侧上设有多个径向进液口，所述进液口沿所述壳体轴向延伸形成液流腔，所述液流腔连通至挠轴与壳体之间空腔处；所述制动块、内管、壳体形成的空间内由上至下安装弹簧、内管控制机构；

当一定排量的钻井液经节流块的节流作用流经制动块时，推动制动块压缩弹簧下行，所述内管控制机构控制所述制动块及内管的下行距离：当下行距离较短时，进液口处于被制动块关闭状态，内管底端与挠轴凸型结构之间处于联通状态，钻井液流经内管，依次流经挠轴、中空转子、动阀、定阀，此时可控脉冲短节处于非工作状态；当下行距离较长时，进液口处于开启状态，内管底端与挠轴凸型结构之间处于堵塞封闭状态，钻井液进入进液口，流经液流腔进入挠轴外部环空，进入中空转子与定子环空，通过动阀上的内孔进入动阀内部，然后进入定阀，从而产生周期性的压力脉冲，此时可控脉冲短节处于工作状态。

进一步的，所述内管控制机构包括上固定环、旋转环、下固定环，所述上固定环下部沿边缘按一定角度设置多组重复第一波浪形斜面，旋转环上部沿边缘按一定角度设置多组重复与第一波浪形斜面匹配的第二波浪形斜面，旋转环下部沿边缘按一定角度设置多组重复斜梯形插块，下固定环上部沿边缘按一定角度设置多组深度不同的斜梯形槽口，且深槽口和浅槽口间隔排列；

所述上固定环、下固定环被固定在所述壳体内壁上，所述旋转环通过轴承安装在内管上，且位于上固定环、下固定环之间；所述上固定环上的第一波浪形斜面与所述旋转环上的第二波浪形斜面协调作用，使得旋转环下行时插块间隔***下固定环上的深槽口或浅槽口，从而实现控制所述内管的下行距离。

进一步的，所述节流块上部为带孔圆环结构，圆环结构之下连接锥形圆柱体。

进一步的，所述壳体内壁设置凹槽，所述节流块通过上垫片及卡环被固定安装于凹槽内，且卡环为开口环。

进一步的，所述制动块为贯通结构，且其上部内壁形成锥形结构。

进一步的，所述内管为圆柱形管状结构，所述内管上的贯通孔两侧的外壁上分别布置密封圈。

进一步的，所述内管控制机构下方的内管与壳体之间安装密封活塞。

进一步的，所述定阀在所述壳体内壁上密封固定。

进一步的，所述壳体包括依次固定连接形成管状结构的上接头、中接头、下接头。

本发明的优点和积极效果是：

本发明的可控脉冲短节，当需要脉冲短节工作时，通过地面控制钻井液排量实现脉冲短节的开启，使其产生压力脉冲，驱动整套水力振荡器处于工作状态，解决定向托压问题；当不需要脉冲短节工作时，通过地面控制钻井液排量实现脉冲短节的处于休眠状态，使其不再产生压力脉冲，进而整套水力振荡器处于非工作状态。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的可控脉冲短节的结构剖面图；

图2为本发明实施例提供的可控脉冲短节的内管控制机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的可控脉冲短节的节流块的结构示意图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1-3来具体说明本发明。

如图1-3所示，本实施例提供的一种可控脉冲短节，包括管状壳体，所述壳体内由上至下依次安装节流块4、制动块5、内管6、挠轴14、中空转子16、动阀18、过流环19、定阀20，所述节流块4固定安装在壳体内壁上，所述制动块5与壳体内壁密封接触，且其下端与所述内管6一端固定连接，所述内管另一端的侧壁上设有若干贯通孔601，且该端内管形成密封结构，并***所述挠轴14一端内部，挠轴14该端轴向剖面为凸形结构，使得内管6下端***挠轴14后一定距离，从内管6侧面贯通孔601流出的液体可以流入挠轴14内部，随内管6继续***经过凸形结构，内管6侧面贯通孔被堵塞；挠轴14下端和中空转子16通过密封圈25密封相连，中空转子16另一端与动阀18固定连接，所述动阀18通过过流环19与定阀20连接，其中，过流环19通过热装的方式装配在动阀18上，然后过流环19的下端面与定阀20的上端面贴合在一起，且中空转子16处的壳体内壁上安装定子17；所述壳体内侧上设有多个径向进液口101，所述进液口101沿所述壳体轴向延伸形成液流腔102，所述液流腔102连通至挠轴14与壳体之间空腔处；所述制动块5、内管6、壳体形成的空间内由上至下安装弹簧7、内管控制机构；

当一定排量的钻井液经节流块4的节流作用流经制动块5时，推动制动块5压缩弹簧7下行，所述内管控制机构控制所述制动块5及内管6的下行距离：当下行距离较短时，进液口101处于被制动块5关闭状态，内管6底端与挠轴14凸型结构之间处于联通状态，钻井液流经内管6，依次流经挠轴14、中空转子16、动阀18、定阀20，此时可控脉冲短节处于非工作状态；当下行距离较长时，进液口101处于开启状态，内管6底端与挠轴14凸型结构之间处于堵塞封闭状态，钻井液进入进液口101，流经液流腔102进入挠轴14外部环空，进入中空转子16与定子17环空，通过动阀18上的内孔进入动阀内部，然后进入定阀20，从而产生周期性的压力脉冲，此时可控脉冲短节处于工作状态。

具体的，如图2所示，所述内管控制机构包括上固定环8、旋转环9、下固定环12，所述上固定环8下部沿边缘按一定角度设置多组重复第一波浪形斜面801，旋转环9上部沿边缘按一定角度设置多组重复与第一波浪形斜面匹配的第二波浪形斜面901，旋转环9下部沿边缘按一定角度设置多组重复斜梯形插块902，下固定环12上部沿边缘按一定角度设置多组深度不同的斜梯形槽口，且深槽口1201和浅槽口1202间隔排列；

其中，所述上固定环8、下固定环12通过紧定螺钉29、通过紧定螺钉28被固定在所述壳体内壁上，所述旋转环9通过轴承10安装在内管6上，且位于上固定环8、下固定环12之间，具体的：旋转环9内侧上部内径大、下部内径小形成凸台，内管6外壁上也形成匹配的凸台，旋转环9与内管6通过凸台匹配处安装轴承10，轴承10下部通过开口环11将旋转环9、轴承10固定于内管6外侧，使旋转环9可以周向旋转；所述上固定环8上的第一波浪形斜面与所述旋转环9上的第二波浪形斜面协调作用，使得旋转环9下行时插块间隔***下固定环12上的深槽口或浅槽口，从而实现控制所述内管6的下行距离。

如图3所示，所述节流块4上部为带孔圆环结构，圆环结构之下连接锥形圆柱体，所述制动块5上部内壁锥形结构处因过流截面积变小，钻井液排量提高后，制动块5上部所受向下液压力增大，推动制动块5向下运动，节流块4下部锥形圆柱体安放在制动块5上部内侧，导致过流截面积变化大，放大了排量改变时制动块5上部所受液压力；所述节流块4下部锥形圆柱体外径大小应根据压缩弹簧7的弹力进行调节；所述壳体内壁设置凹槽，所述节流块4通过上垫片3及卡环2被固定安装于凹槽内，且卡环2为开口环；在节流块4下侧，沿壳体内壁向下布置制动块5，且所述制动块5为贯通结构，且其上部内壁形成锥形结构，制动块5与壳体内壁之间设置密封圈30，实现密封。

更进一步的，可以考虑，所述内管6为圆柱形管状结构，所述内管6上的贯通孔601两侧的外壁上分别布置密封圈26、27，通过密封圈实现内管与挠轴14内壁的密封接触。

此外，为了防止工具内外部钻井液在紧定螺钉28、紧定螺钉29处连通，可以考虑所述内管控制机构下方的内管与壳体之间安装密封活塞13，同时，制动块5与壳体之间设置密封圈30。

为了降低制造成本，可以考虑，所述壳体包括依次固定连接形成管状结构的上接头1、中接头15、下接头22，所述定阀20通过中接头15、下接头22连接处形成的凸台结构实现固定，如图1所示，在本实施例中，定阀20与下接头22之间安装垫片21，并通过密封圈24、23实现与中接头15、下接头22的密封。

需要说明的是，中空转子16为常规内部贯通的螺杆钻具转子，中空转子16下端通过螺纹连接动阀18，定子17、动阀18、过流环19、定阀20均可采用现有产品，具体结构不再赘述。

作为举例，在本实施例中，当使用该脉冲短节时：

开启钻井泵，当一定排量的钻井液通过上接头1，流经制动块5时，因内部节流块4的节流作用，制动块5上部产生向下液压推力，推动制动块5压缩弹簧7下行，进而推动内管6和旋转环9下行，此时旋转环9的插块对准下固定环12的浅槽口1202，下行距离短，进液口101处于关闭状态、内管6底端与挠轴14凸型结构之间处于联通状态，钻井液全部流经内管6，依次流经挠轴14、中空转子16、动阀18、定阀20、下接头22，最后进入钻具内水眼中，此时整个可控脉冲短节处于非工作状态；

停钻井泵，在弹簧7作用下，制动块5恢复原位，旋转环9转动一定角度；

再次开启钻井泵，当一定排量的钻井液通过上接头1，流经制动块5时，在制动块5上产生一定的向下推力，推动制动块5压缩弹簧7下行，进而推动内管6和旋转环9下行，此时旋转环9的插块对准下固定环12的深槽口1201，下行距离长，此时进液口101处于开启状态、内管6底端与挠轴14凸型结构之间处于堵塞封闭状态，钻井液进入进液口101，流经液流腔102进入挠轴14外部环空，进入中空转子16与定子17环空，通过动阀18上的内孔进入动阀内部，然后进入定阀20；这种状态下，钻井液驱动中空转子16转动，带动动阀18转动，使得动阀18与定阀20之间的截流面积产生周期性的变化，进而产生周期性的压力脉冲，此时整个可控脉冲短节处于工作状态。

需要说明的是，对于本发明的可控脉冲短节，为了实现该工具的密封性能，可根据实际需求在不同的结构部件之间增加密封结构，这属于本领域技术人员均能想到的公知常识，在此不再赘述。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种可控脉冲短节，其特征在于：包括管状壳体，所述壳体内由上至下依次安装节流块、制动块、内管、挠轴、中空转子、动阀、过流环、定阀，所述节流块固定安装在壳体内壁上，所述制动块与壳体内壁密封接触，且其下端与所述内管一端固定连接，所述内管另一端的侧壁上设有若干贯通孔，且该端内管形成密封结构，并***所述挠轴一端内部，挠轴该端轴向剖面为凸形结构，使得内管下端***挠轴后一定距离，从内管侧面贯通孔流出的液体可以流入挠轴内部，随内管继续***经过凸形结构，内管侧面贯通孔被堵塞；挠轴下端和中空转子密封相连，中空转子另一端与动阀固定连接，所述动阀通过过流环与定阀连接，且中空转子处的壳体内壁上安装定子；所述壳体内侧上设有多个径向进液口，所述进液口沿所述壳体轴向延伸形成液流腔，所述液流腔连通至挠轴与壳体之间空腔处；所述制动块、内管、壳体形成的空间内由上至下安装弹簧、内管控制机构；

当一定排量的钻井液经节流块的节流作用流经制动块时，推动制动块压缩弹簧下行，所述内管控制机构控制所述制动块及内管的下行距离：当下行距离较短时，进液口处于被制动块关闭状态，内管底端与挠轴凸型结构之间处于联通状态，钻井液流经内管，依次流经挠轴、中空转子、动阀、定阀，此时可控脉冲短节处于非工作状态；当下行距离较长时，进液口处于开启状态，内管底端与挠轴凸型结构之间处于堵塞封闭状态，钻井液进入进液口，流经液流腔进入挠轴外部环空，进入中空转子与定子环空，通过动阀上的内孔进入动阀内部，然后进入定阀，从而产生周期性的压力脉冲，此时可控脉冲短节处于工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述内管控制机构包括上固定环、旋转环、下固定环，所述上固定环下部沿边缘按一定角度设置多组重复第一波浪形斜面，旋转环上部沿边缘按一定角度设置多组重复与第一波浪形斜面匹配的第二波浪形斜面，旋转环下部沿边缘按一定角度设置多组重复斜梯形插块，下固定环上部沿边缘按一定角度设置多组深度不同的斜梯形槽口，且深槽口和浅槽口间隔排列；

所述上固定环、下固定环被固定在所述壳体内壁上，所述旋转环通过轴承安装在内管上，且位于上固定环、下固定环之间；所述上固定环上的第一波浪形斜面与所述旋转环上的第二波浪形斜面协调作用，使得旋转环下行时插块间隔***下固定环上的深槽口或浅槽口，从而实现控制所述内管的下行距离。

3.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述节流块上部为带孔圆环结构，圆环结构之下连接锥形圆柱体。

4.根据权利要求3所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述壳体内壁设置凹槽，所述节流块通过上垫片及卡环被固定安装于凹槽内，且卡环为开口环。

5.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述制动块为贯通结构，且其上部内壁形成锥形结构。

6.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述内管为圆柱形管状结构，所述内管上的贯通孔两侧的外壁上分别布置密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述内管控制机构下方的内管与壳体之间安装密封活塞。

8.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述定阀在所述壳体内壁上密封固定。

9.根据权利要求1所述的一种可控脉冲短节，其特征在于：所述壳体包括依次固定连接形成管状结构的上接头、中接头、下接头。

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