CN205025356U - 脉冲射流提速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种脉冲射流提速装置，该脉冲射流提速装置包括：外壳体内相邻两个通孔中孔径较大的通孔内设置中心轴的第一端连接涡轮的动力输出轴；偏心轴的第一端固定连接在中心轴的第二端；转动密封块固定连接在偏心轴的第二端；周期导流板安装在偏心轴第二端的下方、相邻两个通孔之间的台阶面上，周期导流板上设有扰流通孔，在中心轴带动偏心轴旋转时，使得扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体，在相邻两个通孔中孔径较小的通孔内设置有一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔，一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔上下设置，一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔是中心设有阶梯孔的腔体，且二者结构参数相关，用于依次放大脉冲流体的脉冲振幅。

Description

脉冲射流提速装置

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，特别涉及一种脉冲射流提速装置。

背景技术

钻井施工过程中最核心的问题是高效破碎地层岩石。脉冲射流技术是一种被现场证实的、能提高钻头破岩效率的技术。脉冲射流提速技术是将钻井液的连续流动转换成一定频率的间歇流动。脉冲射流能提高钻头水眼射流速度，提高射流打击力；而且能改变井底岩屑床的分布，提高了井底钻头部岩屑上返速度，避免了岩屑的重复破碎；还能周期性降低井底压力减小井底岩石“压持效应”。在上述三种效应的作用下，脉冲射流技术有效地提高了钻井机械钻速、保护钻头延长钻头进尺。

国内脉冲钻井技术也得到较为广泛的推广应用，取得较好的提速效果。传统的脉冲钻井技术多为脉冲钻头技术，由于钻头尺寸限制，脉冲射流在振幅和脉冲频率的调制方面存在较多限制。脉冲射流频率多为随流量变化值，且无法调节，导致脉冲射流钻井技术未能最大限度的发挥作用。随着当前井深增加，需更大限度的发挥脉冲射流的效能，使脉冲射流技术根据地层特性需求对频率和幅值进行适当的调整。现有技术中虽然提供了频率可调脉冲提速工具，现场应用效果也较好，但是脉冲射流的幅值还有待进一步提高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种脉冲射流提速装置，以提高脉冲射流的幅值，进而适应地层岩性，实现钻井提速的目的。该脉冲射流提速装置包括：外壳体，所述外壳体内设有孔径依次减小的通孔，在相邻两个通孔中孔径较大的通孔内设置有中心轴、偏心轴、转动密封块以及周期导流板，在所述相邻两个通孔中孔径较小的通孔内设置有一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔，其中，所述中心轴的第一端连接涡轮的动力输出轴；所述偏心轴的第一端固定连接在所述中心轴的第二端；所述转动密封块固定连接在所述偏心轴的第二端；所述周期导流板安装在所述偏心轴第二端的下方、所述相邻两个通孔之间的台阶面上，所述周期导流板上设置有扰流通孔，所述扰流通孔是流动钻井液的通道，所述偏心轴的数量、所述转动密封块的数量以及所述扰流通孔的数量均相同；在所述中心轴带动所述偏心轴旋转时，所述转动密封块随所述偏心轴旋转，当所述转动密封块的下表面与所述扰流通孔重合时，所述扰流通孔被密封，否则，所述扰流通孔畅通，使得所述扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体；所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔上下设置，所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔是中心设有阶梯孔的腔体，且二者结构参数相关，用于依次放大所述脉冲流体的脉冲振幅。

在一个实施例中，所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔的结构参数成比例，且所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔具有相同的固有频率。

在一个实施例中，所述周期导流板的中心处设有安全通孔，该安全通孔是流动钻井液的通道。

在一个实施例中，所述安全通孔的直径是10毫米至30毫米。

在一个实施例中，所述外壳体为圆柱体，所述外壳体内孔径大的一端与钻井管柱连接，所述外壳体的另一端与钻头连接。

在本实用新型实施例中，通过涡轮的动力输出轴带动中心轴旋转，进而中心轴带动偏心轴和转动密封块旋转，使得扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体；通过调整涡轮动力输出轴的转速可以实现调整脉冲流体的频率，通过一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔依次提高脉冲流体的脉冲振幅，可大大提高脉冲射流的幅值，进而可以根据地层特性，调整脉冲流体的频率和脉冲振幅，达到提高破岩效率和钻井速度的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种脉冲射流提速装置的剖面示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种周期导流板的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种扰流通孔被密封的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种扰流通孔畅通的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种单级脉冲谐振腔和双级脉冲谐振腔对脉冲幅值放大的效果对比图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型实施例中，提供了一种脉冲射流提速装置，如图1所示，该脉冲射流提速装置包括：外壳体1，所述外壳体1内设有孔径依次减小的通孔，在相邻两个通孔中孔径较大的通孔内设置有中心轴2、偏心轴3、转动密封块4以及周期导流板5，在所述相邻两个通孔中孔径较小的通孔内设置有一级脉冲谐振腔7和二级脉冲谐振腔8，其中，

所述中心轴2的第一端连接涡轮的动力输出轴；

所述偏心轴3的第一端固定连接在所述中心轴2的第二端；

所述转动密封块4固定连接在所述偏心轴3的第二端；

所述周期导流板5安装在所述偏心轴3第二端的下方、所述相邻两个通孔之间的台阶面上，如图2所示，所述周期导流板5上设置有扰流通孔201，所述扰流通孔是流动钻井液的通道，所述偏心轴3的数量、所述转动密封块4的数量以及所述扰流通孔201的数量均相同；在所述中心轴带动所述偏心轴旋转时，所述转动密封块随所述偏心轴旋转，当所述转动密封块的下表面与所述扰流通孔重合时，如图3所示，所述扰流通孔被密封，否则，如图4所示，所述扰流通孔畅通，使得所述扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体；

所述一级脉冲谐振腔7和所述二级脉冲谐振腔8上下设置，所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔是中心设有阶梯孔的腔体，且二者参数相关，用于依次放大所述脉冲流体的脉冲振幅。

由图1所示可知，在本实用新型实施例中，通过涡轮的动力输出轴带动中心轴旋转，进而中心轴带动偏心轴和转动密封块旋转，使得扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体；通过调整涡轮动力输出轴的转速可以实现调整脉冲流体的频率，通过一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔依次提高脉冲流体的脉冲振幅，可大大提高脉冲射流的幅值，进而可以根据地层特性，调整脉冲流体的频率和脉冲振幅，达到提高破岩效率和钻井速度的目的。

具体实施时，上述外壳体1为圆柱体，外壳体1内部从上至下设有孔径依次减小的通孔，形成阶梯孔，所述外壳体内孔径大的一端通过螺纹与钻井管柱连接，所述外壳体的另一端通过螺纹与钻头连接，通孔的形状可以为圆形或多边形，具体的，多边形孔可以为正六边形或正八边形。外壳体内部通孔从上至下分别安装了动力***、脉冲调制***和双级谐振脉冲放大***，其中，动力***由上述中心轴2构成，脉冲调制***由上述偏心轴3、转动密封块4以及周期导流板5构成，双级谐振脉冲放大***由上述一级脉冲谐振腔7和二级脉冲谐振腔8构成。

具体实施时，为了进一步提高脉冲射流提速装置的应用安全性，在本实施例中，如图2所示，上述周期导流板5的中心处设有安全通孔6，该安全通孔6是流动钻井液的通道，该安全通孔6一直保持畅通，在转动密封块4与扰流通孔201形成周期性密封出现问题时，例如，转动密封块4被卡住并与扰流通孔201处于密封位置时，钻井液仍能通过安全通孔6向下流动，这就避免了钻井液流道被完全切断导致地表泵压升高或憋泵现象的发生，提高了脉冲射流提速装置工作的安全性。具体的，安全通孔6的直径可以是10毫米至30毫米，安全通孔6的形状为圆形或多边形，周期导流板5的形状可以是多边形，其边数及边长与上述外壳体1内通孔的边数及边长相等。

具体实施时，上述扰流通孔201以周期导流板5的中心对称分布，例如，如图2所示，扰流通孔201中心与周期导流孔板5中心的距离为e，扰流通孔201的直径小于e，扰流通孔201的数量可以是1至10个，扰流通孔201的形状可以是圆形或多边形。

具体实施时，在中心轴2带动偏心轴3旋转，转动密封块4随偏心轴3旋转的过程中，转动密封块4的下表面与周期导流板5上的扰流通孔201位置重合形成密封，如图3所示，通过扰流通孔201的钻井液流道被瞬间阻断，部分钻井液仍能通过安全通孔6向下流动；转动密封块4未旋转到与扰流通孔201重合的位置，如图4所示，扰流通孔201畅通处于最大流动截面状态，循环钻井液能顺利通过扰流通孔201和安全通孔6，随着中心轴2的旋转，转动密封块4又将转动到图3所示的位置，钻井液流道被阻断。

具体实施时，一级脉冲谐振腔7和二级脉冲谐振腔8的主要作用是对脉冲流体进行再次诱导脉冲，形成共振、增大流体的脉冲增幅。一级谐振脉冲腔7和二级谐振脉冲腔8的中心均设有阶梯孔，孔为圆形或多边形，孔直接或当量直径从上至下依次减小。一级谐振脉冲腔7和二级谐振脉冲腔8为柱状多边体或圆形，与外壳体下部通孔配合。为了有效提高脉冲流体的脉冲增幅，本申请发明人发现，一级谐振脉冲腔7与二级谐振脉冲腔8的结构参数相关，且具有相同的固有频率时，如图5所示，虚线曲线是经单级脉冲谐振腔放大后的脉冲增幅，实线曲线是经双级脉冲谐振腔放大后的脉冲增幅，与仅采用单级脉冲谐振腔相比，工具压降几乎不增加的情况下，两级脉冲谐振腔对脉冲射流的脉冲幅值放大效果可提高30％-50％，具有双级脉冲谐振腔的脉冲提速装置可以提速效果更为明显，脉冲幅值的增加能有效地提高钻头破岩效率和钻头进尺。

在本实用新型实施例中，通过涡轮的动力输出轴带动中心轴旋转，进而中心轴带动偏心轴和转动密封块旋转，使得扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体；通过调整涡轮动力输出轴的转速可以实现调整脉冲流体的频率，通过一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔依次提高脉冲流体的脉冲振幅，可大大提高脉冲射流的幅值，进而可以根据地层特性，调整脉冲流体的频率和脉冲振幅，达到提高破岩效率和钻井速度的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种脉冲射流提速装置，其特征在于，包括：外壳体，所述外壳体内设有孔径依次减小的通孔，在相邻两个通孔中孔径较大的通孔内设置有中心轴、偏心轴、转动密封块以及周期导流板，在所述相邻两个通孔中孔径较小的通孔内设置有一级脉冲谐振腔和二级脉冲谐振腔，其中，

所述中心轴的第一端连接涡轮的动力输出轴；

所述偏心轴的第一端固定连接在所述中心轴的第二端；

所述转动密封块固定连接在所述偏心轴的第二端；

所述周期导流板安装在所述偏心轴第二端的下方、所述相邻两个通孔之间的台阶面上，所述周期导流板上设置有扰流通孔，所述扰流通孔是流动钻井液的通道，所述偏心轴的数量、所述转动密封块的数量以及所述扰流通孔的数量均相同；在所述中心轴带动所述偏心轴旋转时，所述转动密封块随所述偏心轴旋转，当所述转动密封块的下表面与所述扰流通孔重合时，所述扰流通孔被密封，否则，所述扰流通孔畅通，使得所述扰流通孔周期性地畅通或被密封，产生脉冲流体；

所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔上下设置，所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔是中心设有阶梯孔的腔体，且二者结构参数相关，用于依次放大所述脉冲流体的脉冲振幅。

2.如权利要求1所述的脉冲射流提速装置，其特征在于，所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔的结构参数成比例，且所述一级脉冲谐振腔和所述二级脉冲谐振腔具有相同的固有频率。

3.如权利要求1所述的脉冲射流提速装置，其特征在于，所述周期导流板的中心处设有安全通孔，该安全通孔是流动钻井液的通道。

4.如权利要求3所述的脉冲射流提速装置，其特征在于，所述安全通孔的直径是10毫米至30毫米。

5.如权利要求1至4中任一项所述的脉冲射流提速装置，其特征在于，所述外壳体为圆柱体，所述外壳体内孔径大的一端与钻井管柱连接，所述外壳体的另一端与钻头连接。