專利名稱：一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油、天然氣鉆井的配套裝置。
技術(shù)背景隨著油氣井深度的增大，在上覆巖層和井眼內(nèi)液柱壓力的作用下，機械破巖鉆進效率逐漸降低，特別是在深井、超深井的鉆進中，機械鉆速低下的問題十分突出，而且隨著人們對石油成因認識的加深以及勘探開發(fā)技術(shù)的進步，深井、超深井逐漸增多，因此如何有效提高深部地層的鉆進效率已成為當(dāng)前國內(nèi)外鉆井工程中迫切需要解決的一個問題。實踐表明，井底水力脈動有助于改善巖石破碎效果，提高機械鉆速，國內(nèi)外鉆井工程界的學(xué)者和工程師所開展的理論研究和工程實踐探索也顯示，井底水力脈動技術(shù)有望成為今后提高深井、超深井鉆井機械鉆速的一個重要手段，但是目前技術(shù)存在的主要問題是水力脈動工具井下工作可靠性低，壓力損耗偏高，結(jié)構(gòu)尚存在很多不合理之處，且隨著井深的增大，水力脈動作用急劇衰減，適用范圍有限。因此如何解決好當(dāng)前水力脈動工具中存在的上述問題，充分發(fā)揮井底水力脈動作用，改善井底附近巖石的受力狀況，強化巖屑的凈化效果，提高破巖鉆進效率是當(dāng)前水力脈動破巖鉆井技術(shù)研究中非常關(guān)鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型正是為解決現(xiàn)有技術(shù)手段系統(tǒng)可靠性低、壓力損耗偏高、水力脈動易衰減、適用范圍有限等問題而設(shè)計的，其原理是通過壓差位移反饋驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)水力元件上下往復(fù)運動，周期性阻斷鉆井液通道，形成高峰值和高幅值的井底水力脈動，強化井底的凈化效果，改善井底附近巖石的受力狀況，提高機械破巖鉆進效率，本實用新型的目的就是為現(xiàn)場提供一種更加適用的一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)。
本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，它由轉(zhuǎn)換接頭、滑閥、滑閥缸套、滑閥彈簧、活塞缸套、活塞、活塞彈簧、限位擋圈及殼體組成，限位擋圈裝在殼體內(nèi)部下端，活塞彈簧的下端套在限位擋圈上，活塞配裝入活塞缸套內(nèi)，活塞和活塞缸套一起裝入殼體內(nèi)，活塞的下端伸入活塞彈簧內(nèi)，活塞的肩部與活塞彈簧上端面相接，滑閥彈簧裝入滑閥缸套內(nèi)，滑閥缸套的內(nèi)腔加工有限位臺階，滑閥的中心加工有流道，滑閥配裝入滑閥缸套內(nèi)，滑閥的肩部與滑閥彈簧的上端面相接，將滑閥、滑閥彈簧和滑閥缸套一起裝入殼體內(nèi)，滑閥缸套的下端面與活塞缸套上端面相接，活塞上端的堵頭與滑閥中心的流道的出口相接，轉(zhuǎn)換接頭與殼體相連，轉(zhuǎn)換接頭上端與鉆柱相連，轉(zhuǎn)換接頭的下端面與滑閥的上端面相接，殼體下端與鉆頭相連，鉆井液經(jīng)轉(zhuǎn)換接頭進入滑閥內(nèi)部，因為活塞上端的堵頭將滑閥的中心流道關(guān)閉，于是鉆井液推動滑閥、活塞以一定速度下行，同時壓縮活塞彈簧和滑閥彈簧，下行一定距離后，滑閥被滑閥缸套內(nèi)的臺階擋住，活塞則在慣性和鉆井液壓力聯(lián)合作用下繼續(xù)下行，這時活塞上端的堵頭與滑閥下端脫離，滑閥中心的流道被打開，作用于滑閥上端的鉆井液壓力下降，滑閥在滑閥彈簧彈性力的作用下上行，直到與轉(zhuǎn)換接頭下端碰接，活塞下行到一定位置，活塞的動能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能后，活塞在活塞彈簧彈性力的作用下上行，直到活塞上端的堵頭與滑閥碰接將滑閥中心的流道關(guān)閉，高速鉆井液因阻斷產(chǎn)生正水擊，在滑閥的上腔形成很大的壓力，同時滑閥下腔因上面液流不能下行，而原來的液體繼續(xù)向下流動，壓力急劇降低，即在上腔產(chǎn)生正水擊的同時，下腔產(chǎn)生負水擊，上下腔的壓力差推動滑閥和活塞向下運動，下行一定距離后，滑閥被滑閥缸套內(nèi)的臺階擋住，活塞則在慣性和鉆井液壓力聯(lián)合作用下繼續(xù)下行，這時活塞上端的堵頭與滑閥下端脫離，滑閥中心的流道被打開，作用于滑閥上端的鉆井液壓力下降，滑閥在滑閥彈簧彈性力的作用下上行，直到與轉(zhuǎn)換接頭碰接，活塞下行到一定位置，活塞的動能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能后，活塞在活塞彈簧彈性力的作用下上行，使得活塞上端的堵頭與滑閥碰接又將滑閥中心的流道關(guān)閉，又在滑閥的上下腔形成水擊壓力，上下腔的壓力差推動滑閥和活塞向下運動，如此周而復(fù)始，通過活塞和滑閥的壓差位移反饋，滑閥和活塞在水擊壓力、慣性力和彈簧彈性力的綜合作用下往復(fù)運動，滑閥中心的流道時而打開時而關(guān)閉，在流道內(nèi)產(chǎn)生很高的水擊壓力，這個水擊壓力向下傳播，使得井底流場產(chǎn)生高幅值和高峰值的脈動，這種水力脈動有利于巖屑克服“壓持效應(yīng)”，促使巖屑啟動和新的巖石破碎面暴露，強化井底的凈化效果，改善井底附近巖石的受力狀況，提高機械破巖鉆進的效率，水力脈動的峰值和頻率通過調(diào)整活塞彈簧和滑閥彈簧的剛度、活塞的行程、活塞和滑閥的重量等來獲得。
本實用新型創(chuàng)造性地利用通過活塞和滑閥的壓差位移反饋，利用彈簧蓄積和釋放能量，周期性阻斷鉆井液的流動，在流道內(nèi)產(chǎn)生很高的水擊壓力，該壓力向下傳播至井底，在井底形成高幅值、高峰值的水力脈動，該水力脈動可減少井底巖屑的“壓持效應(yīng)”，強化井底凈化效果，提高射流破巖、輔助破巖鉆進的效率。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、安全可靠、適應(yīng)性廣等特點，對于提高深井、超深井鉆井的機械鉆速具有非常重要的實際意義。


圖1一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)1.轉(zhuǎn)換接頭；2.滑閥；3.滑閥缸套；4.滑閥彈簧；5.活塞缸套；6.活塞；7.活塞彈簧；8.限位擋圈；9.殼體具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述。
當(dāng)采用本實用新型產(chǎn)生水力脈動時，限位擋圈裝在殼體內(nèi)部下端，活塞彈簧的下端套在限位擋圈上，活塞配裝入活塞缸套內(nèi)，活塞和活塞缸套一起裝入殼體內(nèi)，活塞的下端伸入活塞彈簧內(nèi)，活塞的肩部與活塞彈簧上端面相接，滑閥彈簧裝入滑閥缸套內(nèi)，滑閥缸套的內(nèi)腔加工有限位臺階，滑閥的中心加工有流道，滑閥配裝入滑閥缸套內(nèi)，滑閥的肩部與滑閥彈簧的上端面相接，將滑閥、滑閥彈簧和滑閥缸套一起裝入殼體內(nèi)，滑閥缸套的下端面與活塞缸套上端面相接，活塞上端的堵頭與滑閥中心的流道的出口相接，轉(zhuǎn)換接頭與殼體相連，轉(zhuǎn)換接頭上端與鉆柱相連，轉(zhuǎn)換接頭的下端面與滑閥的上端面相接，殼體下端與鉆頭相連。
當(dāng)采用本實用新型產(chǎn)生水力脈動時，鉆井液經(jīng)轉(zhuǎn)換接頭進入滑閥內(nèi)部，因為活塞上端的堵頭將滑閥的中心流道關(guān)閉，于是鉆井液推動滑閥、活塞以一定速度下行，同時壓縮活塞彈簧和滑閥彈簧，下行一定距離后，滑閥被滑閥缸套內(nèi)的臺階擋住，活塞則在慣性和鉆井液壓力聯(lián)合作用下繼續(xù)下行，這時活塞上端的堵頭與滑閥下端脫離，滑閥中心的流道被打開，作用于滑閥上端的鉆井液壓力下降，滑閥在滑閥彈簧彈性力的作用下上行，直到與轉(zhuǎn)換接頭下端碰接，活塞下行到一定位置，活塞的動能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能后，活塞在活塞彈簧彈性力的作用下上行，直到活塞上端的堵頭與滑閥碰接將滑閥中心的流道關(guān)閉，高速鉆井液因阻斷產(chǎn)生正水擊，在滑閥的上腔形成很大的壓力，同時滑閥下腔因上面液流不能下行，而原來的液體繼續(xù)向下流動，壓力急劇降低，即在上腔產(chǎn)生正水擊的同時，下腔產(chǎn)生負水擊，上下腔的壓力差推動滑閥和活塞向下運動，下行一定距離后，滑閥被滑閥缸套內(nèi)的臺階擋住，活塞則在慣性和鉆井液壓力聯(lián)合作用下繼續(xù)下行，這時活塞上端的堵頭與滑閥下端脫離，滑閥中心的流道被打開，作用于滑閥上端的鉆井液壓力下降，滑閥在滑閥彈簧彈性力的作用下上行，直到與轉(zhuǎn)換接頭碰接，活塞下行到一定位置，活塞的動能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能后，活塞在活塞彈簧彈性力的作用下上行，使得活塞上端的堵頭與滑閥碰接又將滑閥中心的流道關(guān)閉，又在滑閥的上下腔形成水擊壓力，上下腔的壓力差推動滑閥和活塞向下運動，如此周而復(fù)始，通過活塞和滑閥的壓差位移反饋，滑閥和活塞在水擊壓力、慣性力和彈簧彈性力的綜合作用下往復(fù)運動，滑閥中心的流道時而打開時而關(guān)閉，在流道內(nèi)產(chǎn)生很高的水擊壓力，這個水擊壓力向下傳播，使得井底流場產(chǎn)生高幅值和高峰值的脈動，這種水力脈動有利于巖屑克服“壓持效應(yīng)”，促使巖屑啟動和新的巖石破碎面暴露，強化井底的凈化效果，改善井底附近巖石的受力狀況，提高機械破巖鉆進的效率，水力脈動的峰值和頻率通過調(diào)整活塞彈簧和滑閥彈簧的剛度、活塞的行程、活塞和滑閥的重量等來獲得。
權(quán)利要求1.一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)其特征是限位擋圈[8]裝在殼體[9]內(nèi)部下端，活塞彈簧[7]的下端套在限位擋圈[8]上，活塞[6]配裝入活塞缸套[5]內(nèi)，活塞[6]和活塞缸套[5]一起裝入殼體[9]內(nèi)，活塞[6]的下端伸入活塞彈簧[7]內(nèi)，活塞[6]的肩部與活塞彈簧[7]上端面相接，滑閥彈簧[4]裝入滑閥缸套[3]內(nèi)，滑閥缸套[3]的內(nèi)腔加工有限位臺階，滑閥[2]的中心加工有流道，滑閥[2]配裝入滑閥缸套[3]內(nèi)，滑閥[2]的肩部與滑閥彈簧[4]的上端面相接，將滑閥[2]滑閥彈簧[4]和滑閥缸套[3]一起裝入殼體[9]內(nèi)，滑閥缸套[3]的下端面與活塞缸套[5]上端面相接，活塞[6]上端的堵頭與滑閥[2]中心的流道的出口相接，轉(zhuǎn)換接頭[1]與殼體[9]相連，轉(zhuǎn)換接頭[1]上端與鉆柱相連，轉(zhuǎn)換接頭[1]的下端面與滑閥[2]的上端面相接，殼體[9]下端與鉆頭相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)，其特征是活塞[6]和限位擋圈[8]的均加工有流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)，其特征是在活塞[6]的表面與活塞缸套[5]接觸部位加工有潤滑油槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)，其特征是活塞[6]的下端與限位擋圈[8]的上端之間留有間隙。
專利摘要一種簧閥式水力脈動鉆頭短節(jié)其特征是由轉(zhuǎn)換接頭、滑閥滑閥缸套、滑閥彈簧、活塞缸套、活塞、活塞彈簧、限位擋圈及殼體組成，限位擋圈活塞彈簧、活塞、活塞缸套、滑閥缸套、滑閥彈簧和滑閥由下至上順序裝在殼體內(nèi)部，活塞上端的堵頭將滑閥中心的流道關(guān)閉，轉(zhuǎn)換接頭與殼體相連，轉(zhuǎn)換接頭的下端面與滑閥的上端面相接，殼體下端與鉆頭相連，通過活塞和滑閥的壓差位移反饋，滑閥和活塞在水擊壓力慣性力和彈簧彈性力的綜合作用下往復(fù)運動，周期性阻斷鉆井液的流動，在流道內(nèi)產(chǎn)生很高的水擊壓力，該壓力向下傳播至井底，形成高幅值高峰值的水力脈動，該水力脈動可強化井底凈化效果，提高射流破巖輔助破巖鉆進的效率。
文檔編號E21B7/18GK2685527SQ20042003884
公開日2005年3月16日 申請日期2004年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者倪紅堅, 馬清明, 韓來聚, 周明芳, 王瑞和 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院