CN201386507Y - 一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具 - Google Patents
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Abstract
一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，由脉冲短节壳体、压紧螺母、扶正轴承座、扶正轴承内圈压紧螺母、扶正轴承、涡轮定子、涡轮转子、传动轴、推力轴承、推力轴承座、阀芯、钻头体组成。使用时钻井液推动涡轮转子旋转，涡轮转子通过传动轴带动阀芯旋转，阀芯与钻头体的某一个水眼重合时，钻井液进入水眼受到限制，在该水眼周围产生水力脉冲的低值，因钻井液流量不变在其它水眼周围便产生水力脉冲的峰值。不同的脉冲压力和脉冲频率依靠调整钻井液的排量、涡轮转子和涡轮定子的流道结构、阀芯的数量来获得。本实用新型具有同时产生正负压力脉冲，脉冲能量的沿程损失小，脉冲压力、脉冲频率可调，可靠性高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，属于石油、天然气钻井中井下工具。
背景技术
随着勘探向深部地层发展，深井越来越多，在深井钻井过程中，井筒内钻井液液柱施加的围压使地层岩石的压缩效应、岩屑压持效应越来越明显，导致水力破岩、清岩的能力随之减弱，造成深井钻井速度下降。因此，如何通过改善井底附近岩石或钻头的受力状况，强化岩屑的净化效果来提高钻头的破岩钻井效率是迫切解决的问题。实践表明，井底水力脉冲有助于改善岩石破碎效果，提高井底净化能力，避免重复切削，提高机械钻速。水力脉冲钻井是目前国内外积极研发的提高钻井速度的一种方法，目前已有几种类型的脉冲器投入现场试验，取得了较显著的效果，但仍存在一些问题，如：脉冲发生装置距离井底太远造成水力能量沿程损耗很大；水力脉冲频率缺乏可调性且大部分都只能单方面产生正压脉冲或负压脉冲；工具复杂，易损件多导致井下工作的可靠性低等问题，限制了脉冲钻井工具的推广应用。因此尽可能使脉冲发生装置靠近井底，提高水力脉冲峰值压力，同时脉冲频率又可调节且在局部产生负脉冲的瞬间也产生正脉冲是充分发挥水力脉冲辅助破岩、清岩优势的关键，工具结构简单、使用方便，不影响现有钻具结构是推广应用的关键。
发明内容
本实用新型的目的是为现场提供一种更适用的旋转阻断式水力脉冲钻井工具。其能够实现在钻头周围局部产生负脉冲的瞬间在其它部位产生正脉冲且水力脉冲能量沿程损失几乎为零，有效提高了水力脉冲辅助破岩、清岩的能力。
本实用新型的技术解决方案是：一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具包括脉冲短节壳体、压紧螺母、涡轮定子、传动轴总成、阀芯和钻头体，其特征在于脉冲短节壳体是两端加工有内螺纹的中空管状体，内加工有台阶，台阶的上端加工有螺纹，脉冲短节壳体内固定有涡轮定子，脉冲短节壳体的下端与钻头体螺纹连接；传动轴总成通过压紧螺母固定在脉冲短节壳体内，压紧螺母为圆盘状，圆盘周边加工有螺纹，圆盘中部加工有流道，阀芯采用螺纹连接在传动轴的下端，阀芯为根据钻头体内部水流流道形状加工的扇形刮刀结构，上端加工有内螺纹。
上述传动轴总成由扶正轴承座、扶正轴承内圈压紧螺母、扶正轴承、涡轮转子、传动轴、推力轴承、推力轴承座组成，传动轴与涡轮转子为分体式结构或一体式结构。涡轮转子套在传动轴上，传动轴中部装有推力轴承，推力轴承固定在推力轴承座内，传动轴上端装有扶正轴承，扶正轴承外圈固定在扶正轴承座内，扶正轴承内圈由扶正轴承内圈压紧螺母固定在传动轴上；扶正轴承座、推力轴承座为阶梯状中部加工有流道；传动轴中部有台阶，两端加工有外螺纹。
上述钻头体的外形及水眼尺寸与常规钻头一致，只是钻头体内部加工成上部为圆柱状、下部为半球形形状。
上述涡轮转子和涡轮定子的对数为一对或多对。
本实用新型在钻头破碎岩石时，钻井液推动涡轮转子转动，涡轮转子通过传动轴带动阀芯转动，阀芯与钻头体的某一个水眼重合时，钻井液进入水眼受到限制，在该水眼周围产生水力脉冲的低值，因钻井液流量不变在其它水眼周围便产生水力脉冲的峰值。阀芯与钻头体的水眼错开时，便不产生水力脉冲。因为产生脉冲的位置在钻头体内部，与井底非常接近，水力脉冲能量的沿程损失较小。不同的脉冲压力和脉冲频率依靠调整钻井液的排量、涡轮转子和涡轮定子的流道结构、阀芯的数量来获得。
本实用新型具有以下优点：
1、结构简单，便于加工、组装，采用涡轮传动结构不会产生憋泵事故；
2、脉冲直接在钻头水眼处产生，减小了水力脉冲能量的沿程损失，且脉冲压力、脉冲频率可调；
3、钻头体局部产生负脉冲的瞬间在其它部位产生正脉冲。
附图说明
图1为一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具结构示意图
1-脉冲短节壳体；2-压紧螺母；3-扶正轴承座；4-扶正轴承内圈压紧螺母；5-扶正轴承；6-涡轮定子；7-涡轮转子；8-传动轴；9-推力轴承；10-推力轴承座；11-阀芯；12-钻头体
具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。
一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具由脉冲短节壳体1、压紧螺母2、扶正轴承座3、扶正轴承内圈压紧螺母4、扶正轴承5、涡轮定子6、涡轮转子7、传动轴8、推力轴承9、推力轴承座10、阀芯11、钻头体12组成。脉冲短节壳体1是两端加工有内螺纹的中空管状体，内加工有台阶，内孔的上端加工有螺纹，脉冲短节壳体1内固定有涡轮定子6，脉冲短节壳体1的下端与钻头体12螺纹连接，钻头体12的外形及水眼尺寸与常规钻头一致，只是钻头体12内部水流通道加工成上部为圆柱状、下部为半球形形状。涡轮转子7套在传动轴上8，传动轴8中部有台阶，两端加工有外螺纹，传动轴8下端与阀芯11上端螺纹连接，阀芯11伸入钻头体12内部，阀芯11的下端面紧靠钻头体12内部水流通道的下端面，传动轴8中部装有推力轴承9，推力轴承9固定在推力轴承座10内，推力轴承座10固定在脉冲短节壳体1的内台阶面上，传动轴8上端装有扶正轴承5，扶正轴承5外圈固定在扶正轴承座3内，扶正轴承座3通过压紧螺母2固定在脉冲短节壳体1内孔内，压紧螺母2为圆盘状，圆盘周边加工有外螺纹，圆盘中部加工有流道，扶正轴承5内圈由扶正轴承内圈压紧螺母4固定在传动轴8上，扶正轴承座5、推力轴承座10为阶梯状中部加工有流道。
使用时，钻井液经钻柱进入脉冲短节壳体1，从压紧螺母2的流道进入涡轮定子6与涡轮转子7之间驱动涡轮转子7旋转，涡轮转子7带动传动轴8旋转，传动轴8驱动阀芯11在钻头体12内旋转，阀芯11旋转时，阀芯11与钻头体12水眼时而重合时而错开，阀芯11与钻头体12的某一个水眼重合时，钻井液进入水眼受到限制，在该水眼周围产生水力脉冲的低值，因钻井液流量不变在其它水眼周围便产生水力脉冲的峰值。阀芯11与钻头体12的水眼错开时，便不产生水力脉冲。因为产生脉冲的位置在钻头体12内部，与井底非常接近，水力脉冲能量的沿程损失较小。不同的脉冲压力和脉冲频率依靠调整钻井液的排量、涡轮转子7和涡轮定子6的流道结构、阀芯11的数量来获得。
Claims (6)
1、一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，包括脉冲短节壳体(1)、压紧螺母(2)、扶正轴承座(3)、扶正轴承内圈压紧螺母(4)、扶正轴承(5)、涡轮定子(6)、涡轮转子(7)、传动轴(8)、推力轴承(9)、推力轴承座(10)、阀芯(11)、钻头体(12)，其特征是脉冲短节壳体(1)是两端加工有内螺纹的中空管状体，内加工有台阶，台阶的上端加工有螺纹，脉冲短节壳体(1)内固定有涡轮定子(6)，脉冲短节壳体(1)的下端与钻头体(12)螺纹连接，涡轮转子(7)套在传动轴上(8)，传动轴(8)中部有台阶，两端加工有外螺纹，传动轴(8)下端与阀芯(11)上端螺纹连接，阀芯(11)伸入钻头体(12)内部，传动轴(8)中部装有推力轴承(9)，推力轴承(9)固定在推力轴承座(10)内，推力轴承座(10)固定在脉冲短节壳体(1)的内台阶面上，传动轴(8)上端装有扶正轴承(5)，扶正轴承(5)外圈固定在扶正轴承座(3)内，扶正轴承座(3)通过压紧螺母(2)固定在脉冲短节壳体(1)内孔内，扶正轴承(5)内圈由扶正轴承内圈压紧螺母(4)固定在传动轴(8)上。
2、根据权利要求1所述的一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，其特征在于：阀芯(11)伸入钻头体(12)内部，阀芯(11)的下端面紧靠钻头体(12)内部水流通道的下端面，阀芯(11)根据钻头体(12)内部水流流道形状加工成为扇形刮刀结构。
3、根据权利要求1所述的一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，其特征在于：钻头体(12)的外形及水眼尺寸与常规钻头一致，只是钻头体(12)内部水流流道加工成上部为圆柱状、下部为半球形形状。
4、根据权利要求1所述的一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，其特征在于：扶正轴承座(5)、推力轴承座(10)为阶梯状中部加工有流道。
5、根据权利要求1所述的一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，其特征在于：传动轴(8)与涡轮转子(7)为分体式结构或一体式结构。
6、根据权利要求1所述的一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具，其特征在于：涡轮定子(6)和涡轮转子(7)的对数为一对或多对。
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