CN1110374A - 井下增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下增压器。这是一种安装 于钻梃与钻头之间的机械式增压装置，它可以在不提 高地面泵压的情况下，使井底水压力提高10倍以 上。它采用容积式多缸液压增压方案，即在换向机构 的两端装有多个双作用活塞缸，活塞缸的外端是增压 柱塞缸，注塞缸和柱塞缸的液路采用并联，用一根中 心主轴将各个活塞和柱塞串联成一个整体，每个柱塞 缸上各有一个进口和一个出口，并分别装有灌注阀和 排出阀，其排出液体分别通过环形管路接到双压钻 头。换向机构由换向触发器、先导阀、主换向阀构成， 换向触发器接收中心主轴的运动反馈信号，通过先导 阀控制主换向阀，实现液路实时换向，使主轴、活塞和 柱塞作往复运动，在柱塞缸内产生高压液体，并通过 环形管路从钻头喷嘴排出，冲刺井底岩石，实现高压 水力辅助破岩，以提高钻进速度。

Description

本发明涉及一种石油钻井设备，它采用容积式多缸液压增压方案，在不提高地面泵压的条件下，可以大大地提高井底射流压力，配合钻头进行高压水力破岩，提高钻井速度。

石油钻井的速度与其钻井泵的泵压有密切的关系。目前，我国的石油钻井泵工作泵压可达18-20MPa，泵功率可达1300-1600马力，国外钻井泵的泵压可达25MPa。实践表明，进一步提高泵压，可以大大提高钻井速度，如果将钻井泵压从18-20MPa提高到30MPa钻井，则可提高钻速1倍。美国Exxon和Reed公司的地面实验表明，将钻头喷嘴压降提高到100MPa，可提高钻速5-8倍，前景非常诱人。但是从设备方面考虑，钻井泵压再大幅度提高，不仅钻井泵本身技术上存在难于克服的困难，而且泵的地面管汇和钻柱系统也承受不了，还要牵涉及到整套钻井设备传动系统的重新设计和研制问题，就目前工艺条件来看是较难实现的。

1990年美国Grace/Fowdrill公司在商业上推出了一种名为“高压喷射辅助钻井系统”，此系统经工业试验取得了提高钻速2-5倍的效果，但这套系统采用的是“地面提供超高压，全井深传输”方案，因而设备极其复杂，其中含有不少高新技术，价格极其昂贵，难于推广，就目前条件而言，我国难以工业化应用。

本发明的目的是要提供一种在不提高地面泵压的前提下可大大提高井底喷射压力的井下增压器，以提高钻井速度。

本发明的目的是这样实现的，它采用容积式多缸液压增压方案，它由多个动力活塞缸和增压柱塞缸、换向机构、环形流道及承载外壳等组成，动力活塞缸和增压柱塞缸的液路均采用并联，换向机构由换向触发器、先导阀、主换向阀三个部件组成。换向机构的两端是双作用活塞缸，活塞缸的外端是增压柱塞缸，用一根中心主轴将各活塞、柱塞串连成一个整体，使主轴、活塞、柱塞整体运动，成为该增压器的主运动件，各活塞缸的上下均有一个开口，连接各自的环形管路，柱塞缸上有两个开口，并装有单向阀，其中一个为灌注阀，另一个为排出阀。该增压器的排出液路分成两路连接到钻头上，一路为常压清洗井底，另一路为超高压破岩。

附图就是依据本发明所提出的井下增压器的结构示意图。

图中，1-增压柱塞缸，2-柱塞，3-灌注阀，4-活塞，5-环形流道，6-中心主轴，7-换向机构，8-环形流道，9-活塞，10-灌注阀，11-排出阀，12-排出阀，13-进液管路，14-高压排出管路，15-常压排出管路，16-柱塞，17-柱塞缸，18-高压出液口，19-常压出液口，20-承载外壳。

下面结合附图及实施例详细描述依据本发明所提出的井下增压器的具体结构。

附图公开了一种具有两个双作用动力活塞缸两个增压柱塞缸的井下增压器。

这是一种安装于钻铤与钻头之间的机械装置，外表呈长圆柱形，内部是各种运动件、不动件和管路。在一个承压外壳20内安装一套双缸双作用液力增压机构，其中间是换向机构7，两端各装一个双作用动力活塞缸，活塞缸的两端是增压柱塞缸1、17，用一根中心主轴6把两个活塞4、9和两个柱塞2、16连成一个整体，形成增压器的主运动件。活塞4将上活塞缸分隔成上、下两个腔室X、Y，活塞9也将下活塞缸分隔成上、下两个腔室M、N。换向机构有四个液口，其中一个是压力泥浆进入口，称为P口，一个为常压泥浆排出口，称为O口，还有两个工作口，称为A、B口。换向机构7有两种工位，一种是P口与A口相通，B口与O口相通;另一种是P口与B口相通，A口与O口相通，其工位状态由换向触发器控制，上活塞缸的上腔X、下活塞缸的上腔M和上柱塞缸1的入口（灌注阀3）通过环形流道5互相连通，它们同时与换向机构7的一个工作口（例如A口相连通，而上活塞缸的下腔Y、下活塞缸的下腔N和下柱塞缸17的入口（灌注阀10）通过环形流道8互相连通，它们同时与换向机构7的另一个工作口（例如B口）相连通。

该增压器的工作过程是这样的：地面动力泥浆通过管路13从换向机构7的P口进入，经换向机构7分配液路，由工作口A口流出，进入上活塞缸的上腔X、下活塞缸的上腔M和上柱塞缸1内，由于泥浆压力使主运动件下行，上、下活塞缸下腔Y、N内的泥浆则由换向机构工作口B口经O口排出到常压出液口19，用于清洗井底。与此同时，由于下柱塞缸17的柱塞16下行，将缸17中的液体挤压出排出阀11，即下柱塞缸17排出超高压液体，通过钻头喷嘴实现水力破岩;当主运动件下行至下死点，中心主轴碰撞换向触发器，使主阀换向，呈第二种工位，这时换向机构P口与B口相通，A口与O口相通，主运动件反行，变成上柱塞缸排出超高压液体，下柱塞缸灌注液体，主运动件上行至上死点，中心主轴又碰撞换向触发器，实现主阀换向，主运动件又下行，如此反复，形成主运动件的连续往复运动，实现部分流体（灌注入柱塞缸中的那部分液体）的连续脉动增压，从而达到脉动冲刺井底，水力破岩的目的。

本实施例的设计参数为：外径：7”，输入流量：25-30升/秒，输入流体压力（地面泵压）：20-25MPa，最大工作井深：4000-6000米，最大井深时的最大增压输出压力：175MPa，最大增压输出流量：2.0-2.5升/秒。

Claims (2)

1、一种井下增压器，安装于钻头与钻铤之间，利用它可在不提高地面泵压的情况下，将泥浆压力增至超高压，通过钻头喷嘴进行井底水力破岩，提高钻进速度，其特征在于，采用容积式多缸液压增压方案，在换向机构的两侧装有动力活塞缸，在活塞缸的外侧安装增压柱塞缸，用环形管路将活塞缸和柱塞缸并联连接，并分别与换向机构的分配液路联接，用一根中心主轴将各个活塞和柱塞连成一体，柱塞缸上各有一个液体进口和出口，并分别装有灌注阀和排出阀，排出口分别通过环形高压管路至钻头高压喷嘴，换向机构的出口端连接环形管路到钻头常压喷嘴。

2、根据权利要求1所述的井下增压器，其特征在于，所说的换向机构由换向触发器、先导阀、主换向阀三个部件构成，换向触发器接收中心主轴运动的反馈信号，通过先导阀控制主换向阀的实时换向。

Images