專利名稱：石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置。
背景技術：
高壓噴射鉆井技術自20世紀60年代問世以來，為高效快速鉆井開辟了廣闊的前景，是鉆井技術變革的一項重大成果。隨著高壓噴射鉆井技術在石油工程中的應用研究，人們關注的焦點是如何向井下輸送水力能量以及如何高效利用井下水力能量。近二十年來， 國內外研究的方向集中在兩方面一是研究如何降低鉆井液的沿程水力能量損失；二是研究高壓大排量的泥漿泵。由于高壓噴射鉆井技術能大幅度提高鉆井速度，而泥漿泵泵壓的提高幅度則是有限的，因而有學者研究用井下工具來抽吸環(huán)空流體到鉆桿內，以達到增加井底水力能量的目的。但是到目前為止，該課題仍處于理論研究階段且尚不成熟，沒有在生產中得到應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置，利用鉆井過程中鉆頭在井底的振動產生抽吸作用，把環(huán)空中的鉆井液吸入到鉆柱內，增加鉆頭處流量，同時形成脈沖射流，增強出口射流的動量和沖擊作用，從而在鉆井中增大井下水力能量，并提高機械鉆速。本發(fā)明的技術方案是石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置包括上接頭、承壓臺階、中心管、承壓外筒、缸蓋、花鍵、外筒單向閥、共振腔單向閥、共振腔、吸入腔、 下接頭。上接頭聯(lián)接鉆柱，其下部為承壓臺階，上接頭與承壓臺階為一體。承壓臺階通過其內部的母螺紋與中心管頂端的公螺紋相聯(lián)。承壓臺階的作用為承受裝置上部鉆具施加的軸向載荷，并將載荷傳遞給下方的承壓外筒。承壓外筒的外筒壁上對稱安裝有兩個外筒單向閥，外筒單向閥使流體只能從承壓外筒外部流向承壓外筒內部，外筒單向閥裝有過濾網，防止環(huán)空內鉆井液中的鉆屑等固態(tài)顆粒進入裝置內部，堵塞流道。承壓外筒上部內壁與中心管外壁相應位置有花鍵配合并傳遞扭矩。承壓外筒頂部有可拆卸缸蓋，中心管從缸蓋中心穿過，缸蓋內壁與中心管外壁通過密封件密封，中心管底部外徑與承壓外筒內徑相同并有密封件密封。通過缸蓋內壁、中心管外壁、中心管下部外壁與承壓外筒下部內壁的密封件將承壓外筒內部空間分隔為兩個腔室，上部腔室為吸入腔，下部腔室為共振腔。在中心管下端對稱安裝有兩個共振腔單向閥，共振腔單向閥使承壓外筒內部流體只能從吸入腔流入共振腔。整個裝置通過螺紋豎直聯(lián)接在鉆柱中，裝置外部為井筒環(huán)空。在鉆井的過程中，由于井底巖石的反作用力和鉆柱本身的振動，使得鉆柱縱向跳動導致吸入腔體積變化。當鉆柱向上運動時，吸入腔體積減小，腔內壓力大于環(huán)空壓力，承壓外筒單向閥關閉，而共振腔單向閥開啟，之前進入吸入腔內的流體流入共振腔；當鉆柱向下運動時，吸入腔體積增大，腔內壓力小于環(huán)空壓力，承壓外筒單向閥開啟，環(huán)空內的流體流入吸入腔，共振腔單向閥關閉，與此同時，先前由吸入腔進入共振腔的流體與由中心管流入的流體一起流入下部鉆柱。如此可利用鉆柱振動周而復始地把環(huán)空中的流體通過本裝置補給鉆頭，讓鉆頭得到更多的水力能量，從而提高機械鉆速。本裝置解決了目前鉆井工況下井下自增壓裝置應用效果有限的難題，并且具有以下優(yōu)點(1)充分利用鉆柱自身振動所產生的能量，有效利用井下環(huán)空流體，增加鉆頭處射流流量，達到水力增壓的目的；(2)鉆柱向上運動時射流沖擊力較小，鉆柱向下運動時射流沖擊力較大。這種沖擊力的交替變化使得井底巖石表面產生松弛效應，改善井底流場，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復破碎，從而提高了射流的沖刷能力；(3)裝置制造簡單，成本低廉，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可廣泛應用于鉆井作業(yè)領域。


圖1是本裝置結構示意圖。圖2是中心管底部與承壓外筒結合處局部放大示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心在于利用鉆井過程中鉆柱自身和鉆頭沖擊巖石的振動，在鉆柱內產生類似活塞作用的抽吸力，在鉆柱內外形成壓差，讓鉆柱外環(huán)空中的鉆井液進入鉆柱內部，增加出口射流流量，同時形成脈沖射流，改善井底流場，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復破碎，增強出口射流的動量和沖擊作用。下面結合附圖，具體說明本發(fā)明。如圖1所示本裝置包括上接頭1、承壓臺階2、中心管3、承壓外筒4、缸蓋5、花鍵 6、外筒單向閥7、共振腔單向閥8、共振腔9、吸入腔10、下接頭11、密封件12。上接頭1聯(lián)接上部鉆柱，其下部為承壓臺階2，上接頭1與承壓臺階2為一體。承壓臺階2通過其內部的母螺紋與中心管3頂端的公螺紋相聯(lián)。承壓臺階2的作用為承受裝置上部鉆具施加的軸向載荷，并將載荷傳遞給下方的承壓外筒4。承壓外筒4的外筒壁上對稱安裝有兩個外筒單向閥7，外筒單向閥7使流體只能從承壓外筒4外部流向承壓外筒4內部，外筒單向閥7裝有過濾網，防止環(huán)空內鉆井液中的鉆屑等固態(tài)顆粒進入裝置內部，堵塞流道。承壓外筒4上部內壁與中心管3外壁相應位置有花鍵6配合并傳遞扭矩。承壓外筒4的頂部有可拆卸缸蓋5，中心管3從缸蓋5中心穿過，缸蓋5內壁與中心管3外壁通過密封件密封，中心管3底部外徑與承壓外筒4內徑相同并有密封件12密封。通過缸蓋5內壁、中心管3外壁、中心管3下部外壁與承壓外筒4下部內壁的密封件12將承壓外筒4內部空間分隔為兩個腔室， 上部腔室為吸入腔10，下部腔室為共振腔9。在中心管3下端對稱安裝有兩個共振腔單向閥8，共振腔單向閥8使承壓外筒4內部流體只能從吸入腔10流入共振腔9。共振腔9下部為下接頭U，下接頭11通過螺紋聯(lián)接下部鉆柱。在鉆井過程中，由于井底巖石的反作用力和鉆柱本身的振動，使得鉆柱縱向跳動導致吸入腔10體積產生變化。當鉆柱向上運動時，吸入腔10體積減小，腔內壓力增大，承壓外筒單向閥7關閉，井筒環(huán)空中的鉆井液不能進入吸入腔10內；與此同時，共振腔單向閥 8開啟，共振腔9體積增大，腔內壓力減小，之前已經進入吸入腔10中的環(huán)空鉆井液通過共振腔單向閥8進入共振腔9。由于井口施加的鉆壓和鉆柱自重，一段時間后整個鉆柱會向下運動。當鉆柱向下運動時，吸入腔10體積增大，腔內壓力減小，承壓外筒單向閥7開啟，環(huán)空的鉆井液通過外筒單向閥7進入吸入腔10，共振腔單向閥8關閉，吸入腔10內的流體無法通過共振腔單向閥8進入共振腔9。鉆柱向上運動時，上部鉆柱流入的鉆井液中的一部分會通過共振腔9從下接頭11 流入下部鉆柱，另一部分則與鉆柱外部流入的鉆井液一道在共振腔9聚集。此時鉆頭處射流流量減少，射流沖擊力減小；當鉆柱向下運動時，聚集在共振腔9中的流體被壓入下部鉆柱，出口射流流量增大，射流沖擊力加大。在實際作業(yè)中，利用鉆柱振動可周而復始地把環(huán)空中的流體通過本裝置補給鉆頭，流體沖擊力交替變化，這種沖擊力的交替變化使得井底巖石表面產生松弛效應，改善了沖擊效果，從而提高射流的沖刷能力。
權利要求
1.石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置，包括上接頭(1)、承壓臺階(2)、 中心管(3)、承壓外筒(4)、缸蓋(5)、花鍵(6)、外筒單向閥(7)、共振腔單向閥(8)、共振腔 (9)、吸入腔(10)、下接頭(11)，上接頭(1)聯(lián)接上部鉆柱，其下部為承壓臺階(2)，上接頭 (1)與承壓臺階(2)為一體，承壓臺階(2)通過其內部的母螺紋與中心管(3)頂端的公螺紋相聯(lián)，承壓外筒(4)的外筒壁上對稱安裝有兩個外筒單向閥(7)，外筒單向閥(7)使流體只能從承壓外筒(4)外部流向承壓外筒(4)內部，外筒單向閥(7)裝有過濾網，防止環(huán)空內鉆井液中的鉆屑等固態(tài)顆粒進入裝置內部，堵塞流道，承壓外筒(4)上部內壁與中心管(3)外壁相應位置有花鍵(6 )配合并傳遞扭矩，承壓外筒(4 )的頂部有可拆卸缸蓋(5 )，中心管(3 ) 從缸蓋(5)中心穿過，缸蓋(5)內壁與中心管(3)外壁通過密封件密封，中心管(3)底部外徑與承壓外筒(4)內徑相同并有密封件(12)密封，通過缸蓋(5)內壁、中心管(3)外壁、中心管(3)下部外壁與承壓外筒(4)下部內壁的密封件(12)將承壓外筒(4)內部空間分隔為兩個腔室，上部腔室為吸入腔(10)，下部腔室為共振腔(9)，在中心管(3)下端對稱安裝有兩個共振腔單向閥(8 )，共振腔單向閥(8 )使承壓外筒(4 )內部流體只能從吸入腔(10 )流入共振腔(9 )，共振腔(9 )下部為下接頭(11)，下接頭(11)通過螺紋聯(lián)接下部鉆柱。
全文摘要
一種石油天然氣鉆井用脈沖射流井下流量自增裝置，利用沖擊鉆井過程中鉆柱自身和鉆頭沖擊巖石的振動，在鉆柱內產生類似活塞作用的抽吸力，使鉆柱外環(huán)空中的鉆井液進入鉆柱內部，有效利用井下流體，增加出口射流流量。同時形成脈沖射流，改善井底流場，提高井底凈化和清巖效率，減少壓持和重復破碎，增強出口射流的動量和沖擊作用。該裝置結構簡單，制造成本低，適用于石油天然氣鉆井工程。
文檔編號E21B7/18GK102330539SQ20111030726
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者嚴仁田, 周瑩, 張繼川, 曾德智, 朱紅鈞, 林元華, 武元鵬, 謝娟 申請人:西南石油大學