井下高頻壓力脈衝發生裝置的製作方法

2023-06-01 07:57:46

專利名稱：井下高頻壓力脈衝發生裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油天然氣鑽井技術領域，特別涉及一種井下高頻壓力脈衝發生
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
隨著地質勘探和鑽井技術的發展和對鑽井技術要求越來越高，對鑽井設備的要求也越來越高。近年來，我國加大了對深部地層勘探的力度，在西部、四川盆地及周邊地區的深井鑽井數量逐年增加。在正常鑽井條件下，PDC鑽頭能以極高的速度和效率鑽穿地層。但是，PDC鑽頭在堅硬、固結巖層中會降低切削深度。這也意味著PDC切刀必須依靠研磨地層鑽進，而不是剪切地層，這就會降低鑽速(R0P)，大大增加刀片磨損度。同時，由於井深的增力口，鑽井液對於地層的壓持效應更加明顯，增加了鑽井的難度。隨著油氣鑽井向深部發展，硬地層鑽進的難題日益突出，如何改變這一狀況成為鑽井提速迫切需要解決的問題。在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:通過在鑽頭處施加聞頻的壓力脈衝，可以改善井底環境，提聞鑽井液攜巖能力，有效減輕鑽井液的壓持效應，提高鑽井速度，而現有的鑽井設備無法達到這些效果。

實用新型內容為了解決現有技術的問題，本實用新型實施例提供了一種井下高頻壓力脈衝發生裝置，該裝置通過在鑽頭處施加高頻的壓力脈衝，可以改善井底環境，提高鑽井液攜巖能力，有效減輕鑽井液的壓持效應，提高鑽井速度。同時，該裝置產生的高頻壓力脈衝具有輔助破巖效果，可以減少鑽 井過程中鑽頭的粘滑現象，提高鑽頭壽命。所述技術方案如下:提供了一種井下高頻壓力脈衝發生裝置，所述裝置包括:發生器外殼和鑽頭短節，所述發生器外殼為中空結構，所述發生器外殼和所述鑽頭短節固定連接；所述發生器外殼內部依次設置有連接軸和傳動軸，所述傳動軸的第一端與所述連接軸連接，所述傳動軸的第二端設置於所述鑽頭短節內，所述傳動軸的外周與所述發生器外殼的內壁之間設置有相互適配的動力鑽具轉子和動力鑽具定子，所述傳動軸的第二端設置有法蘭盤，緊接所述法蘭盤設置有節流盤；所述法蘭盤上均勻開設有多個水眼，所述節流盤上均勻開設有多個水槽，在所述傳動軸與所述節流盤徑向相對旋轉時，有預定數量的所述水眼與相同數量的所述水槽完全重合。進一步地,所述法蘭盤上均勻開設有六個水眼,所述節流盤上均勻開設有三個水槽，在所述傳動軸與所述節流盤徑向相對旋轉時，至少有三個所述水眼與三個所述水槽完
全重合。進一步地，所述連接軸的外周與所述發生器外殼的內壁之間設置有懸掛擋盤，所述懸掛擋盤固定於所述發生器外殼上；所述連接軸的上端穿過所述懸掛擋盤的中心孔洞並通過防掉螺母固定於所述懸掛擋盤上。進一步地，所述懸掛擋盤的中心孔洞內安裝有耐磨滑動軸承，所述耐磨滑動軸承與所述懸掛擋盤之間為過盈配合，所述連接軸與所述耐磨滑動軸承之間為間隙配合。進一步地，所述動力鑽具轉子固定於所述傳動軸的外周上，所述動力鑽具定子固定於所述發生器外殼的內壁上，所述動力鑽具轉子和所述動力鑽具定子具有相互適配的多組渦輪或者螺杆。進一步地，所述動力鑽具定子與所述懸掛擋盤之間設置有防掉環，所述防掉環的上端面頂靠所述懸掛擋盤的下表面設置，所述防掉環的下端與所述動力鑽具定子通過臺階配合設置。進一步地，所述鑽頭短節的內部設置有安裝臺階，所述節流盤通過所述安裝臺階安裝在所述鑽頭短節內。進一步地，所述節流盤的外周壁上加工有承扭面，所述鑽頭短節的內壁面上對應地設置有相適配的承扭面，所述節流盤與所述鑽頭短節通過承扭面配合實現徑向定位。進一步地，所述懸掛擋盤上開設有貫通孔洞，所述動力鑽具轉子和所述動力鑽具定子上開設有貫通槽孔，所述貫通孔洞、所述貫通槽孔、所述水眼和所述水槽在所述發生器外殼內貫通所述裝置。本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是本實用新型的井下高頻壓力脈衝發生裝置通過在鑽頭處施加高頻的壓力脈衝，可以改善井底環境，提高鑽井液攜巖能力，有效減輕鑽井液的壓持效應，提高鑽井速度。另一方面，本裝置在鑽井過程中，通過產生的壓力脈衝改善井底環境，提高堅硬地層的破巖效率、減少鑽頭粘滑、延長鑽頭壽命。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型實施例提供的井下高頻壓力脈衝發生裝置結構示意圖；圖2是圖1中R處的放大圖示意圖；圖3-圖4是裝置中傳動軸轉動一定角度時圖1中A-A向剖面圖；圖5是圖1中B-B向剖面圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。實施例本實施例提供了一種井下高頻壓力脈衝發生裝置，參見圖1，該井下高頻壓力脈衝發生裝置包括發生器外殼I和鑽頭短節2，該發生器外殼I為中空結構，發生器外殼I的中空內部用於安裝井下高頻壓力脈衝發生裝置的其他的零部件。該發生器外殼I的第一端具有連接接頭，用於與外部設備相連接；該發生器外殼I的第二端設置有內螺紋，發生器外殼I在第二端和鑽頭短節2固定連接，對應地，鑽頭短節2的連接端設置有外螺紋，發生器外殼I與鑽頭短節2通過設置在它們之上的內外螺紋相互連接在一起。繼續參見圖1，發生器外殼I內部依次設置有連接軸6和傳動軸13，連接軸6設置在上端，傳動軸13設置在下端。傳動軸13的第一端與連接軸6連接，具體地，傳動軸13的第一端開設有安裝洞，該安裝洞的內部周壁上設置有內螺紋，連接軸6的相應端設置有外螺紋,連接軸6的相應端伸入到傳動軸13的安裝洞內，並通過內外螺紋連接。傳動軸13的第二端設置於鑽頭短節2內，傳動軸13的第二端設置有法蘭盤131，該法蘭盤131的外徑大小與鑽頭短節2該處的內徑大小大致相同，法蘭盤131能夠相對於鑽頭短節2作徑向旋轉。結合參見圖2，緊接法蘭盤131設置有節流盤14，即節流盤14設置在鑽頭短節2內，並且節流盤14的上端面緊靠法蘭盤13的下端面設置。在法蘭盤131上均勻開設有多個水眼132，在節流盤14上均勻開設有多個水槽141，在傳動軸13與節流盤14徑向相對旋轉時，有預定數量的水眼132與相同數量的水槽141完全重合。優選地，在鑽頭短節2的內部設置有安裝臺階21，節流盤14通過該安裝臺階21安裝在鑽頭短節2內，節流盤14與鑽頭短節2固定連接,並且節流盤14與鑽頭短節2 —起同步旋轉。更優選地，在節流盤14的外周壁上加工有承扭面，鑽頭短節2的內壁面上對應地設置有相適配的承扭面，節流盤14與鑽頭短節2通過承扭面配合實現徑向定位。作為優選的實施例，結合參見圖3和圖4，法蘭盤131上均勻開設有六個水眼132，水眼132為的橫截面形狀為圓形，節流盤14上均勻開設有三個水槽141，水槽141的橫截面形狀是由兩端為半圓弧、兩側為弧線組成的弧形槽，在傳動軸13與節流盤14徑向相對旋轉時，至少有三個水眼132與三個水槽141完全重合。傳動軸13的外周與發生器外殼I的內壁之間設置有相互適配的動力鑽具轉子10和動力鑽具定子11，動力鑽具定子11通過固定螺栓12固定在發生器外殼I的內壁上，動力鑽具轉子10固定於傳動軸13的外周上。具體地，動力鑽具轉子10的內部為中空狀，且該中空的內部設置有內螺紋，在傳動軸13的相應部位設置有外螺紋，動力鑽具轉子10與傳動軸13通過內外螺紋固定連接。優選地，在動力鑽具轉子10的上端設置有臺階，動力鑽具轉子10的該臺階嵌固在傳動軸13和連接軸6的連接結合處，該臺階對動力鑽具轉子10進行軸向定位。繼續參見圖1，連接軸6上端的外周與發生器外殼I的內壁之間設置有懸掛擋盤3，該懸掛擋盤3通過螺栓固定於發生器外殼I上。連接軸6的上端穿過懸掛擋盤3的中心孔洞並通過防掉螺母7固定於懸掛擋盤3上。優選地，在懸掛擋盤3的中心孔洞內安裝有耐磨滑動軸承8，耐磨滑動軸承8的內壁上鑲嵌有硬質合金。該耐磨滑動軸承8與懸掛擋盤3之間為過盈配合，連接軸6與耐磨滑動軸承8之間為間隙配合，這樣，連接軸6能夠相對於耐磨滑動軸承8以及懸掛擋盤3作徑向旋轉，而耐磨滑動軸承8和懸掛擋盤3相對於發生器外殼I靜止不動。優選地，動力鑽具轉子10和動力鑽具定子11具有相互適配的多組渦輪，動力鑽具轉子10和動力鑽具定子11構成該井下高頻壓力脈衝發生裝置的動力鑽具。作為其他的實施例，該井下高頻壓力脈衝發生裝置的動力鑽具可以是一隻螺杆。在動力鑽具定子11與懸掛擋盤3之間設置有防掉環5，防掉環5的上端面頂靠懸掛擋盤3的下表面設置，防掉環5的下端與動力鑽具定子11通過臺階配合設置。優選地，在懸掛擋盤3上開設有貫通孔洞9，在動力鑽具轉子10和動力鑽具定子11上開設有貫通槽孔101，貫通孔洞9、貫通槽孔101、水眼132和水槽141在發生器外殼I內貫通該井下高頻壓力脈衝發生裝置。該裝置安裝於鑽頭上使用，產生的壓力脈衝可以有效傳遞到井底，衰減幅度小；該裝置結構緊湊，不含任何橡膠件和電子元器件，可以耐高溫210° ;經實踐驗證，該裝置產生壓力脈衝頻率高，是動力鑽具轉速的六倍；壓力脈衝幅度可調範圍大，通過改變傳動軸水眼大小，可以實現壓力脈衝O.1 2MPa範圍內的調節。該井下高頻壓力脈衝發生裝置的工作原理是工作時，該井下高頻壓力脈衝發生裝置的發生器外殼I上部連接正常鑽具組合，鑽頭短節2的下部連接鑽頭。鑽井液經由上部鑽具水眼進入發生器外殼I的中心孔，再經過懸掛擋盤3四周均布的鑽井液通道向下流動，到達動力鑽具，即動力鑽具轉子10和動力鑽具定子11處。鑽井液經過動力鑽具時帶動動力鑽具轉子旋轉，從而帶動傳動軸13旋轉，其中，轉速大小取決於鑽井液的排量和密度。傳動軸13旋轉過程中，其下部法蘭盤131上均布的六個水眼132周期性的與節流盤14上均布的三個水槽141發生完全重合，此時井底壓力最高；旋轉過程中最少能有三個水眼132與三個水槽141完全重合，此時井底壓力最低。傳動軸13每轉動一周，六個水眼132與三個水槽141將發生六次完全重合，產生六次壓力波動。因此，壓力脈衝的頻率為轉速的六倍。當傳動軸每轉動60°時，發生一次壓力波動的過程。本裝置也可通過改變水眼大小改變壓力脈衝的幅度，通過調整水眼和水槽的數量及位置改變壓力脈衝的頻率，且調節範圍廣。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述裝置包括:發生器外殼(I)和鑽頭短節(2)，所述發生器外殼(I)為中空結構，所述發生器外殼(I)和所述鑽頭短節(2)固定連接； 所述發生器外殼(I)內部依次設置有連接軸(6)和傳動軸(13)，所述傳動軸(13)的第一端與所述連接軸(6)連接，所述傳動軸(13)的第二端設置於所述鑽頭短節(2)內，所述傳動軸(13)的外周與所述發生器外殼(I)的內壁之間設置有相互適配的動力鑽具轉子(10)和動力鑽具定子(11 )，所述傳動軸(13)的第二端設置有法蘭盤(131 )，緊接所述法蘭盤(131)設置有節流盤(14)； 所述法蘭盤(131)上均勻開設有多個水眼(132)，所述節流盤(14)上均勻開設有多個水槽(141 )，在所述傳動軸(13)與所述節流盤(14)徑向相對旋轉時，有預定數量的所述水眼(132)與相同數量的所述水槽(141)完全重合。
2.根據權利要求1所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述法蘭盤(131)上均勻開設有六個水眼(132)，所述節流盤(14)上均勻開設有三個水槽(141 )，在所述傳動軸(13)與所述節流盤(14)徑向相對旋轉時，至少有三個所述水眼(132)與三個所述水槽(141)完全重合。
3.根據權利要求1所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述連接軸(6)的外周與所述發生器外殼(I)的內壁之間設置有懸掛擋盤(3)，所述懸掛擋盤(3)固定於所述發生器外殼(I)上； 所述連接軸(6)的上端穿過所述懸掛擋盤(3)的中心孔洞並通過防掉螺母(7)固定於所述懸掛擋盤(3)上。
4.根據權利要求3所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述懸掛擋盤(3)的中心孔洞內安裝有耐磨滑動軸承(8)，所述耐磨滑動軸承(8)與所述懸掛擋盤(3)之間為過盈配合，所述連接軸(6)與所述耐磨滑動軸承(8)之間為間隙配合。
5.根據權利要求1所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述動力鑽具轉子(10)固定於所述傳動軸(13)的外周上，所述動力鑽具定子(11)固定於所述發生器外殼(I)的內壁上，所述動力鑽具轉子(10)和所述動力鑽具定子(11)具有相互適配的多組渦輪或者螺杆。
6.根據權利要求5所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述動力鑽具定子(11)與所述懸掛擋盤(3)之間設置有防掉環(5)，所述防掉環(5)的上端面頂靠所述懸掛擋盤(3)的下表面設置，所述防掉環(5)的下端與所述動力鑽具定子(11)通過臺階配合設置。
7.根據權利要求1所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述鑽頭短節(2)的內部設置有安裝臺階(21)，所述節流盤(14)通過所述安裝臺階(21)安裝在所述鑽頭短節(2)內。
8.根據權利要求7所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述節流盤(14)的外周壁上加工有承扭面，所述鑽頭短節(2)的內壁面上對應地設置有相適配的承扭面，所述節流盤(14)與所述鑽頭短節(2)通過承扭面配合實現徑向定位。
9.根據權利要求4、6或者8所述的井下高頻壓力脈衝發生裝置，其特徵在於，所述懸掛擋盤(3)上開設有貫通孔洞(9)，所述動力鑽具轉子(10)和所述動力鑽具定子(11)上開設有貫通槽孔(101 )，所述貫通孔洞(9)、所述貫通槽孔(101)、所述水眼(132)和所述水槽(141)在所述發生器外殼(I)內貫通所述裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種井下高頻壓力脈衝發生裝置，包括發生器外殼(1)和鑽頭短節(2)，所述發生器外殼(1)內部依次設置有連接軸(6)和傳動軸(13)，所述傳動軸(13)與所述發生器外殼(1)之間設置有相互適配的動力鑽具轉子(10)和動力鑽具定子(11)，所述傳動軸(13)的一端設置有法蘭盤(131)，緊接所述法蘭盤(131)設置有節流盤(14)；所述法蘭盤(131)開設有水眼(132)，所述節流盤(14)開設有水槽(141)。本實用新型通過在鑽頭處施加高頻的壓力脈衝，可以改善井底環境，提高鑽井液攜巖能力，有效減輕鑽井液的壓持效應，提高鑽井速度，而現有的鑽井設備無法達到這些效果。
文檔編號E21B21/00GK202913991SQ20122056217
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者賈濤, 高建平, 紀友哲, 韓飛, 馬汝濤, 任榮權, 王宏偉, 郭慧娟, 徐丙貴, 吳千裡, 朱英傑, 楊磊 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鑽井工程技術研究院