專利名稱：一種井下水擊式壓力脈沖發(fā)生工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石油行業(yè)鉆井技術領域，具體的說，是一種水擊式壓力脈沖發(fā)生工具。
背景技術：
水力脈沖鉆井是利用安裝在井底的水力脈沖發(fā)生裝置在井底產(chǎn)生壓力脈沖波，壓 力脈沖波作用在井底有利于清除井底巖屑、形成井底瞬時負壓，提高鉆進速度。水力脈沖發(fā) 生裝置在原理上分為以下兩種水力振蕩式和節(jié)流式。水力振蕩式壓力波發(fā)生器通過流體振蕩腔室結(jié)構，在振蕩腔內(nèi)產(chǎn)生壓力振動，壓 力振動在腔室內(nèi)得到放大后，通過水力振蕩腔室出口釋放出來，從而形成壓力脈動。從壓力 振動產(chǎn)生的原理來看，這種水力振蕩產(chǎn)生的脈動是與流體渦結(jié)構伴生的，所產(chǎn)生的壓力波 動頻率高、振幅小、衰減快。節(jié)流式壓力波發(fā)生器通過改變過流面積可以產(chǎn)生壓力脈沖，結(jié)構簡單可靠。但是 過流面積改變有限且是漸進式的，而且沒有信號放大設計，所以節(jié)流工具產(chǎn)生的水力波振 幅和頻率特性受到很大制約，振幅也比較小，通過只有幾個大氣壓，作用有限。以上兩種水力脈沖發(fā)生裝置，由于水力波發(fā)生原理的限制，在振幅與頻率特性上 局限很大，沒有得到大規(guī)模應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其通過閥控流 道周期性的開關，可以產(chǎn)生頻率可調(diào)，振幅較高的水擊式壓力脈沖波，進而能提高鉆井速度。本發(fā)明的技術方案如下，一種水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述裝置包 括外部結(jié)構與內(nèi)部結(jié)構，其外部結(jié)構包括一個外缸、一個上接頭、一個下接頭，其內(nèi)部結(jié)構 包括一個導流體、一個閥輪組件、一個常開流道、一個噴嘴、兩個閥控流道。所述導流體設置 于閥輪組件上端，所述閥輪組件設置于常開流道與閥控流道上端，所述閥控流道通過所述 閥輪組件而呈周期性地開關設置，閥控流道與常開流道并聯(lián)。本發(fā)明專利通過閥輪周期性 轉(zhuǎn)動開關閥控流道，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖波。在優(yōu)選的實施方式中，所述的水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述導流體 具有一個逐漸收縮的流道，用于使流體加速并把流體引向所述閥輪組件，使流體高速沖擊 所述閥輪組件的閥輪。在優(yōu)選的實施方式中，所述閥輪組件包括一個閥輪和一個閥座，所述閥輪能轉(zhuǎn)動 地安裝在所述閥座中，所述閥輪具有多個閥體，所述閥座內(nèi)具有多個與所述閥體數(shù)量相對 應的流體通道，所述閥體通過所述閥輪的轉(zhuǎn)動能離開地擋止于所述流體通道的入口，所述 流體通道與所述閥控流道相連通。在優(yōu)選的實施方式中，所述外缸中還設有一個節(jié)流組件，所述節(jié)流組件常設置在 所述常開流道下部。
在優(yōu)選的實施方式中，所述的水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述節(jié)流部 件包括至少一個節(jié)流噴嘴。本發(fā)明的特點及優(yōu)點是1、流體經(jīng)過導流體收縮段加速后，高速沖擊閥輪組件的閥輪，使閥輪在閥座內(nèi)產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)。閥輪與閥座配合，形成周期性開關，并控制閥控流道周期性的開啟與關閉，閥控流 道突然開啟與關閉時，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖。2、利用水擊式原理產(chǎn)生的脈沖壓力波，振幅一般在兆帕數(shù)量級，振幅與頻率可定 量計算與控制。這種水擊壓力波振幅與噴嘴尺寸、環(huán)空過流面積、流體流量、流體密度等 參數(shù)有關，通過調(diào)節(jié)上述參數(shù)，可以精確地控制水擊波振幅，把水擊波振幅控制在需要的大 小。水擊波頻率由閥輪轉(zhuǎn)速與閥體的個數(shù)決定。3、基于水擊波發(fā)生原理，閥輪旋轉(zhuǎn)控制閥控流道開關，產(chǎn)生水擊波，原理可靠，結(jié) 構簡單，頻率與振幅可調(diào)，具有比其他振動固井工具更好的應用前景。水擊波作用在井底， 有利于清除井底巖屑，提高鉆進速度，鉆井實踐表明，可以提高鉆井速度10% -30%。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術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 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明的發(fā)生裝置在其閥控流道處于開啟狀態(tài)的剖面示意圖；圖IA是沿圖1的A-A線的剖面示意圖；圖IB是沿圖1的B-B線的剖面示意圖；圖IC是沿圖1的C-C線的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明的發(fā)生裝置在其閥控流道處于關閉狀態(tài)的剖面示意圖；圖2A是沿圖2的A-A線的剖面示意圖；圖2B是沿圖2的B-B線的剖面示意具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。其中，本文中所述的“上、下”是針對圖1和圖2所示的位置關系而言的。如圖1、圖1A-1C、圖2和圖2A-2B所示，本發(fā)明提出的水擊式壓力脈沖發(fā)生裝置， 其包括一個外缸1，外缸內(nèi)設有一個導流體2，常開流道3，兩個閥控流道4和5，一個閥輪組 件6，所述閥輪組件6包括閥輪體61與閥座62，閥輪6能轉(zhuǎn)動地安裝在所述閥座62中，閥 控流道4和5通過閥輪組件而呈周期性地開關設置；外缸1的上端連接有一個上接頭7，外 缸1的下端連接有一個下接頭8。本發(fā)明在使用時是安裝在鉆桿的下端，鉆頭的上端，在鉆井過程中，水擊式壓力脈
4沖發(fā)生短節(jié)均處于工作狀態(tài)，鉆井液經(jīng)過閥輪61進入常開流道3，使閥輪61在水流沖擊力 作用下旋轉(zhuǎn)，閥輪61的旋轉(zhuǎn)會使閥控流道4和5處于周期性地開或關的狀態(tài)，如此閥控流 道4和5周期性產(chǎn)生水擊作用，交替產(chǎn)生水擊膨脹波與水擊壓縮波，作用在井底，提高鉆井 速度。在具體的實施方式中，閥輪組件6包括一個閥輪61和一個閥座62，閥輪61可轉(zhuǎn)動 地安裝在閥座62中，閥輪61具有多片閥體(此處具有四片閥體)，閥座62兩側(cè)都具有多個 與閥體數(shù)量相對應的流體通道63和64，每側(cè)的流體通道63或64均與對應一側(cè)的閥控流道 4或5相連通，閥體通過閥輪61的轉(zhuǎn)動能離開地擋止于閥控流道4和5的入口 63和64，也 就是說，由于閥輪61的旋轉(zhuǎn)，流體通道的入口 63和64可處于被閥體擋止的狀態(tài)，或者處于 沒有被閥體擋止的狀態(tài)。閥座62含有兩個蓋板65和66，中板67，兩個蓋板和中板可通過螺絲固定，固定后 形成常開流道3，同時閥輪61通過中軸68能轉(zhuǎn)動地安裝在所述閥座62中。當閥輪61的閥體擋止于閥控流道4和5的入口 63和64時，閥控流道4和5被關 閉(如圖2和圖2A所示)，在閥控流道4和5關閉瞬間，閥控流道4和5內(nèi)流體流速瞬間滯 止，閥控流道上游產(chǎn)生水擊壓縮波，閥控流道下游產(chǎn)生水擊膨脹波，向下傳播作用到井底；當閥輪61的閥體沒有擋止于閥控流道4和5的入口 63和64時，閥控流道4和5 被打開(如圖1和圖IA所示)，閥控流道4和5恢復過流，如此會在閥控流道4和5的上游 產(chǎn)生水擊膨脹波，閥控下游產(chǎn)生水擊壓縮波，水擊壓縮波向下傳播作用到井底。在較佳的實施方式中，外缸1中還設有一個節(jié)流噴嘴31，節(jié)流噴嘴31設置于常開 流道3的下部，以保持閥輪61附近流體一直處于過流狀態(tài)，從而保證閥輪61連續(xù)旋轉(zhuǎn)。另 外，通過調(diào)節(jié)節(jié)流噴嘴31的尺寸，可調(diào)節(jié)壓力波的振幅。外缸1中的導流體2，采用收縮型的流道設計，導流體2設置于閥輪組件6的上部， 導流體2可將流體加速，并引向閥輪61，使閥輪61的轉(zhuǎn)速提高。閥輪61的旋轉(zhuǎn)會使閥控流 道4和5處于周期性地開或關的狀態(tài)。外缸1的上端連接有一個上接頭7，外缸1的下端連接有一個下接頭8，上接頭7內(nèi) 具有一個貫通的內(nèi)腔71，內(nèi)腔71向下與外缸1連通，向上與鉆桿內(nèi)腔連通，上接頭7與缸體 1之間可通過螺紋方式進行連接。下接頭8內(nèi)具有一個貫通的內(nèi)腔81，內(nèi)腔81向上與外缸 1連通，向下與鉆頭內(nèi)腔連通，下接頭8與鉆頭之間可通過螺紋方式進行連接。通過閥輪61 周期性的開關閥控流道4和5而交替產(chǎn)生的水擊膨脹波和壓縮波，經(jīng)過出口 81向下與鉆頭 內(nèi)腔連接，并經(jīng)過鉆頭水眼向井底傳播，作用在井底巖石上，以提高鉆井速度。本發(fā)明可適用于常規(guī)鉆井，小間隙鉆井和超深井鉆井過程，使用廣泛。其中，根據(jù) 各自特點，可合理選擇常開噴嘴尺寸，生成合適振幅的水擊波，提高鉆井速度。鉆井實踐表 明，采用本發(fā)明鉆井速度可以提高10% -30%。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，本領域的技術人員依據(jù)申請文件公開的可以對本 發(fā)明進行各種改動或變型而不脫離本實用發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
一種水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述裝置包括外部結(jié)構與內(nèi)部結(jié)構，其外部結(jié)構包括一個外缸、一個上接頭、一個下接頭，其內(nèi)部結(jié)構包括一個導流體、一個閥輪組件、一個常開流道、一個噴嘴、兩個閥控流道。所述導流體設置于閥輪組件上端，所述閥輪組件設置于常開流道與閥控流道上端，所述閥控流道通過所述閥輪組件而呈周期性地開關設置，閥控流道與常開流道并聯(lián)。本實用新型專利通過閥輪周期性轉(zhuǎn)動開關閥控流道，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖波。
2.根據(jù)權利要求1所述的水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述導流體具有一 個逐漸收縮的流道，用于使流體加速并把流體引向所述閥輪組件，使流體高速沖擊所述閥 輪組件的閥輪。
3.根據(jù)權利要求1所述的水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述閥輪組件包括 閥輪與閥座，閥輪能轉(zhuǎn)動地安裝在所述閥座中，所述閥輪具有多個閥體，所述閥座內(nèi)具有多 個與所述閥體數(shù)量相對應的流體通道，所述閥體通過所述閥輪的轉(zhuǎn)動能離開地擋止于所述 流體通道的入口，所述流體通道分別于所述兩條閥控流道相連通。
4.根據(jù)權利要求1所述的水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述常開流道下部 設有一個節(jié)流部件。
5.根據(jù)權利要求4所述的水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其特征在于，所述節(jié)流部件包括 至少一個節(jié)流噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水擊式壓力脈沖發(fā)生短節(jié)，其包括外部結(jié)構與內(nèi)部結(jié)構，其外部結(jié)構包括一個外缸、一個上接頭、一個下接頭，其內(nèi)部結(jié)構包括一個導流體、一個閥輪組件、一個常開流道、一個噴嘴、兩個閥控流道。所述導流體設置在閥輪組件上端、所述閥輪組件設置于常開流道與閥控流道上端，所述閥控流道通過所述閥輪組件而呈周期性地開關閥控流道，閥控流道與常開流道并聯(lián)，所述噴嘴設置在常開流道下端。本發(fā)明通過閥輪周期性轉(zhuǎn)動開關閥控流道，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖。
文檔編號E21B7/18GK101936135SQ201010118810
公開日2011年1月5日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者薛亮 申請人:中國石油大學(北京)