專利名稱：一種新型脈沖發(fā)生器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型脈沖發(fā)生器裝置，特別適用于地質(zhì)鉆探和油氣勘探深井、超深井鉆井作業(yè)。
技術(shù)背景目前我國地質(zhì)勘探和油氣勘探開發(fā)不斷向深部地層發(fā)展，深井超深井鉆探的數(shù)量逐年增多，鉆進(jìn)過程中遇到復(fù)雜情況增多。隨著深度的增加，井底圍壓和地層巖石強(qiáng)度增大，可鉆性差，不易破碎，井底巖屑?jí)撼中?yīng)加劇，加之水力能量大幅遞減，在地面機(jī)泵功率不變的條件下，井底鉆頭可用水馬力急劇下降，破巖機(jī)械能量不足，水力破巖、清巖能力也隨之減弱，在很多情況下由于巖屑不能及時(shí)清除而重復(fù)破碎，甚至造成鉆頭泥包，導(dǎo)致鉆進(jìn)機(jī)械鉆速低、周期長、成本高，直接影響到開發(fā)速度和成本。水力脈沖發(fā)生器是一種將進(jìn)入鉆頭的常規(guī)連續(xù)流動(dòng)調(diào)制成水力脈沖射流，改變井底流場的壓力狀況，進(jìn)而提高機(jī)械鉆速的井下鉆井工具。目前現(xiàn)行的水力脈沖發(fā)生器主要有三種，第一種井下液力推進(jìn)器依靠工具活塞產(chǎn)生鉆壓，水力脈沖效果不好；第二種水力脈沖循環(huán)閥負(fù)壓脈沖效果好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且鉆井液中含有的固相顆粒易對(duì)調(diào)制器內(nèi)部零件造成磨損；第三種脈沖射流鉆井裝置調(diào)制生成的水力脈沖存在脈沖幅值和幅度偏低、工具壽命較短等問題；并且這些脈沖發(fā)生器只適用于石油勘探鉆井作業(yè)，而小口徑地質(zhì)鉆探領(lǐng)域研究及應(yīng)用尚屬空白。由于深井、超深井地質(zhì)情況復(fù)雜，在聞溫、聞壓、旋轉(zhuǎn)、沖擊等綜合鉆進(jìn)工況下工作，對(duì)脈沖發(fā)生器的抗拉、抗壓、抗扭、抗沖擊能力都有非常高的要求，這就要求脈沖發(fā)生器具有高的壓力波動(dòng)、較好的綜合性能以及較長的使用壽命，因此有必要研究一種新型的脈沖發(fā)生器裝置，提高機(jī)械鉆速，降低鉆進(jìn)成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單，具有較高水力脈沖幅值和幅度，使用壽命長，特別適用于地質(zhì)鉆探和油氣勘探深井、超深井鉆井作業(yè)的脈沖發(fā)生器裝置。該脈沖發(fā)生器安裝在鉆頭和鉆鋌或者井下動(dòng)力鉆具之間，將進(jìn)入鉆頭的常規(guī)連續(xù)流動(dòng)調(diào)制成脈沖空化旋轉(zhuǎn)雙射流，在井底產(chǎn)生水力脈沖、空化沖蝕、局部負(fù)壓、旋轉(zhuǎn)雙射流效應(yīng)，有效改善井底流場，減少壓持效應(yīng)，提高井底凈化和輔助破巖、清巖效果，充分發(fā)揮機(jī)械和水力能量作用，提高機(jī)械鉆速，降低鉆進(jìn)成本。該新型脈沖發(fā)生器裝置由變徑接頭、彈性擋圈、導(dǎo)流體、本體、葉輪總成、自激振蕩噴嘴組成。所述變徑接頭和所述本體為兩端加工有螺紋扣的中空管狀體；所述變徑接頭一端與鉆鋌或者井下動(dòng)力鉆具連接；所述本體的上母接頭與所述變徑接頭另一端連接為鉆井液入口端，本體的下母接頭與鉆頭連接為鉆井液出口端，在所述本體鉆井液入口端與所述本體鉆井液出口端之間構(gòu)成容置腔，其內(nèi)依次設(shè)有彈性擋圈、導(dǎo)流體、葉輪總成和自激振蕩噴嘴；所述彈性擋圈位于所述本體的卡槽內(nèi)，防止所述導(dǎo)流體軸向竄動(dòng)；所述導(dǎo)流體帶有斜坡流道；所述葉輪總成由葉輪、葉輪座、葉輪軸、軸套、彈性擋圈及鎖緊螺釘組成，軸套和葉輪座通過螺紋扣連接，鎖緊螺釘鎖緊軸套，防止軸套軸向竄動(dòng)卡死葉輪，葉輪安裝在葉輪軸上，通過軸套安裝在葉輪座上，葉輪軸兩端彈性擋圈防止葉輪軸軸向竄動(dòng)卡死葉輪；所述本體容置腔底部設(shè)有凹平面，構(gòu)成定位端面；所述自激振蕩噴嘴位于所述本體的定位端面上，底部帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角。優(yōu)選地，所述變徑接頭下端和所述本體上端連接，便于安裝所述本體容置腔內(nèi)部零件。優(yōu)選地，所述本體容置腔底部設(shè)有凹平面，構(gòu)成定位端面。優(yōu)選地，所述導(dǎo)流體入口截面加工有螺紋工藝孔，便于安裝、拆卸和更換零部件；所述導(dǎo)流體與所述葉輪座配合處設(shè)有定位凸緣，便于安裝定位所述葉輪；所述導(dǎo)流體出口截面處設(shè)有加工臺(tái)肩，增強(qiáng)耐磨耐沖蝕能力；所述導(dǎo)流體帶有斜坡通道，入口截面大于出口截面。優(yōu)選地，所述葉輪座側(cè)面有兩個(gè)貫通螺紋孔，所述貫通螺紋孔與所述容置腔的軸線相垂直；所述葉輪座入口端有兩個(gè)螺紋孔，與所述貫通螺紋孔相貫，用于安裝鎖緊螺釘，防止所述軸套軸向竄動(dòng)卡死葉輪。優(yōu)選地，所述葉輪軸圍繞所述軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，所述葉輪軸兩端裝有彈性擋圈，防止所述葉輪軸軸向竄動(dòng)卡死葉輪。優(yōu)選地，所述軸套外加工有螺紋，通過螺紋扣與所述葉輪座的貫通螺紋孔聯(lián)接；所述軸套一端有貫通式槽，便于安裝拆卸。優(yōu)選地，所述自激振蕩噴嘴為多段截面圓形流道，底部帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角。本實(shí)用新型的有益效果是一種新型脈沖發(fā)生器裝置，特別適用于地質(zhì)鉆探和油氣勘探深井、超深井鉆井作業(yè)。導(dǎo)流體帶有斜坡流道，改變鉆井液的流動(dòng)方向和速度，對(duì)葉輪葉片產(chǎn)生切向力促使葉輪連續(xù)不斷地高速旋轉(zhuǎn)。在鉆井液對(duì)葉輪葉片沖擊力的作用下，葉輪高速旋轉(zhuǎn)連續(xù)改變流道面積，產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖壓力。導(dǎo)流體入口截面加工有螺紋工藝孔，便于安裝、拆卸和更換零件；導(dǎo)流體出口截面設(shè)有加工臺(tái)肩，增強(qiáng)耐磨耐沖蝕能力，延長使用壽命。在葉輪座入口截面設(shè)有鎖緊螺釘防止軸套軸向竄動(dòng)；葉輪軸兩端帶有彈性擋圈，防止葉輪軸軸向竄動(dòng)卡死葉輪，延長葉輪和葉輪軸使用壽命。自激振蕩噴嘴為多段截面圓形流道，底部帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角；自激振蕩噴嘴螺旋導(dǎo)向流道將一維軸向來流導(dǎo)引成具有三維速度的旋轉(zhuǎn)射流，充分發(fā)揮旋轉(zhuǎn)射流和直射流聯(lián)合作用，獲得比脈沖射流和旋轉(zhuǎn)射流均高的破巖效率；自激振蕩噴嘴擴(kuò)散角使出口處沿軸向射流速度梯度減小，壓力梯度增加，易于產(chǎn)生附面層分離，有利于旋渦的產(chǎn)生和脫落，誘發(fā)振動(dòng)強(qiáng)烈，增大起始空化數(shù)，增強(qiáng)空化強(qiáng)度，具有較聞的脈沖幅度和幅值，有效改善井底流場，減少壓持效應(yīng)，提聞井底凈化和輔助破巖、清巖效果，充分發(fā)揮機(jī)械和水力能量作用，提高機(jī)械鉆速，降低鉆進(jìn)成本。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖I是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的本體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的導(dǎo)流體的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖3B是圖3A的右剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3C是圖3A的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的葉輪總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的葉輪座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6A是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的軸套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6B是圖6A的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是一種新型脈沖發(fā)生器裝置的自激振蕩噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I.變徑接頭，2.上母接頭，3.彈性擋圈，4.導(dǎo)流體，5.本體，6.葉輪總成，
7.自激振蕩噴嘴，8.下母接頭。
具體實(shí)施方式
一種新型脈沖發(fā)生器裝置，由變徑接頭I、彈性擋圈3、導(dǎo)流體4、本體5、葉輪總成
6、自激振蕩噴嘴7組成。變徑接頭I和本體5是兩端加工有螺紋扣的中空管狀體；變徑接頭I的一端與鉆鋌或者井下動(dòng)力鉆具連接；本體5的上母接頭2與變徑接頭I的另一端連接為鉆井液入口端，本體5的下母接頭8與鉆頭連接為鉆井液出口端，在本體5鉆井液入口端與鉆井液出口端之間構(gòu)成容置腔，其內(nèi)依次設(shè)有彈性擋圈3、導(dǎo)流體4、葉輪總成6和自激振蕩噴嘴7 ;彈性擋圈3位于本體5的卡槽內(nèi)，防止導(dǎo)流體4軸向竄動(dòng)；葉輪總成6由葉輪、葉輪座、葉輪軸、軸套、彈性擋圈及鎖緊螺釘組成，軸套和葉輪座通過螺紋扣聯(lián)接，鎖緊螺釘鎖緊軸套，防止軸套軸向竄動(dòng)卡死葉輪，葉輪和葉輪軸配合組成轉(zhuǎn)動(dòng)部件，彈性擋圈防止葉輪軸軸向竄動(dòng)卡死葉輪；本體5容置腔底部設(shè)有凹平面，構(gòu)成定位端面；帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角的自激振蕩噴嘴7位于本體5的定位端面上。將新型脈沖發(fā)生器裝置安裝在鉆頭和鉆鋌或者井下動(dòng)力鉆具之間，鉆進(jìn)過程中鉆井液經(jīng)過帶有斜坡流道的導(dǎo)流體，改變鉆井液的流動(dòng)方向和速度，對(duì)葉輪葉片產(chǎn)生切向力促使葉輪連續(xù)不斷地高速旋轉(zhuǎn)。在鉆井液對(duì)葉輪葉片沖擊力的作用下，葉輪高速旋轉(zhuǎn)連續(xù)改變流道面積，產(chǎn)生脈沖壓力。位于發(fā)生器裝置底部自激振蕩噴嘴的腔室，對(duì)鉆井液脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大并產(chǎn)生流體諧振，當(dāng)其通過振蕩腔室的出口收縮截面進(jìn)入諧振噴嘴時(shí)，產(chǎn)生壓力波動(dòng)。這種壓力波動(dòng)又反射回諧振腔形成反饋壓力振蕩，當(dāng)壓力波動(dòng)的頻率與諧振腔的頻率相一致時(shí)，反饋壓力振蕩得以放大，從而在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生流體聲諧共振，在流體出口端產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)渦環(huán)流。而自激振蕩噴嘴出口處的螺旋導(dǎo)向流道將一維軸向來流導(dǎo)引成具有三維速度的旋轉(zhuǎn)射流，充分發(fā)揮旋轉(zhuǎn)射流和直射流聯(lián)合作用；自激振蕩噴嘴的擴(kuò)散角使出口處沿軸向射流速度梯度減小，壓力梯度增加，誘發(fā)振動(dòng)強(qiáng)烈，增強(qiáng)空化強(qiáng)度，有較高的脈沖幅度和幅值；最后以波動(dòng)壓力的方式?jīng)_擊井底，改善井底流場，使進(jìn)入鉆頭的常規(guī)連續(xù)流動(dòng)調(diào)制成振動(dòng)脈沖流動(dòng)，減少壓持效應(yīng)，提高井底凈化和輔助破巖、清巖效果，充分發(fā)揮機(jī)械和水力能量作用，提高機(jī)械鉆速，降低鉆進(jìn)成本。以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，由變徑接頭(I)、彈性擋圈(3)、導(dǎo)流體(4)、本體(5)、葉輪總成(6)、自激振蕩噴嘴(7)組成； 所述變徑接頭(I)和所述本體(5)為兩端加工有螺紋扣的中空管狀體；所述變徑接頭(I)一端與鉆鋌或者井下動(dòng)力鉆具連接；所述本體(5)的上母接頭(2)與所述變徑接頭(I)另一端連接為鉆井液入口端，所述本體(5)的下母接頭(8)與鉆頭連接為鉆井液出口端，在所述本體(5)鉆井液入口端與所述本體(5)鉆井液出口端之間構(gòu)成容置腔，其內(nèi)依次設(shè)有彈性擋圈(3)、導(dǎo)流體(4)、葉輪總成(6)和自激振蕩噴嘴(7);所述彈性擋圈(3)位于所述本體(5)的卡槽內(nèi)，防止所述導(dǎo)流體(4)軸向竄動(dòng)；所述導(dǎo)流體(4)帶有斜坡流道；所述葉輪總成出)由葉輪、葉輪座、葉輪軸、軸套、彈性擋圈及鎖緊螺釘組成，軸套和葉輪座通過螺紋扣連接，鎖緊螺釘鎖緊軸套，防止軸套軸向竄動(dòng)卡死葉輪，葉輪安裝在葉輪軸上，葉輪軸通過軸套安裝在葉輪座上，葉輪軸兩端的彈性擋圈防止葉輪軸軸向竄動(dòng)卡死葉輪；所述本體(5)容置腔底部設(shè)有凹平面，構(gòu)成定位端面；所述自激振蕩噴嘴(7)位于所述本體(5)的定位端面上，底部帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角。
2.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述變徑接頭(I)下端和所述本體(5)上端連接，便于安裝所述本體(5)容置腔內(nèi)部零件。
3.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述本體(5)容置腔底部設(shè)有凹平面，構(gòu)成定位端面。
4.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流體(4)入口截面加工有螺紋工藝孔，便于安裝、拆卸和更換零部件；與所述葉輪座配合處設(shè)有定位凸緣，便于安裝定位所述葉輪；所述導(dǎo)流體(4)出口截面處設(shè)有加工臺(tái)肩，增強(qiáng)耐磨耐沖蝕能力；所述導(dǎo)流體(4)帶有斜坡通道，入口截面大于出口截面。
5.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述葉輪座側(cè)面有兩個(gè)貫通螺紋孔，所述貫通螺紋孔與所述容置腔的軸線相垂直；所述葉輪座入口端有兩個(gè)螺紋孔，與所述貫通螺紋孔相貫，用于安裝鎖緊螺釘，防止所述軸套軸向竄動(dòng)卡死葉輪。
6.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述葉輪軸圍繞所述軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，所述葉輪軸兩端裝有彈性擋圈，防止所述葉輪軸軸向竄動(dòng)卡死葉輪。
7.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述軸套外加工有螺紋，通過螺紋扣與所述葉輪座的貫通螺紋孔聯(lián)接；所述軸套一端有貫通式槽，便于安裝拆卸。
8.按權(quán)利要求I所述的一種新型脈沖發(fā)生器裝置，其特征在于，所述自激振蕩噴嘴(7)為多段截面圓形流道，底部帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、具有較高脈沖幅值和幅度、壽命長，特別適用于地質(zhì)鉆探和油氣勘探深井、超深井鉆井作業(yè)的脈沖發(fā)生器裝置，由變徑接頭、彈性擋圈、導(dǎo)流體、本體、葉輪總成和自激振蕩噴嘴組成。其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)在于導(dǎo)流體帶有凸緣定位、螺紋工藝孔和斜坡流道；鎖緊螺釘鎖緊軸套；葉輪軸兩端帶有彈性擋圈；自激振蕩噴嘴帶有螺旋導(dǎo)向流道和擴(kuò)散角。該脈沖發(fā)生器安裝在鉆頭和鉆鋌或井下動(dòng)力鉆具之間，將進(jìn)入鉆頭的常規(guī)連續(xù)流動(dòng)調(diào)制成脈沖空化旋轉(zhuǎn)雙射流，在井底產(chǎn)生水力脈沖、空化沖蝕、局部負(fù)壓、旋轉(zhuǎn)雙射流效應(yīng)，有效改善井底流場，減少壓持效應(yīng)，提高井底凈化和輔助破巖、清巖，充分發(fā)揮機(jī)械和水力能量作用，提高機(jī)械鉆速，降低鉆進(jìn)成本。
文檔編號(hào)E21B7/18GK202596580SQ201220271658
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者馮美貴, 翁煒, 黃玉文, 岳偉民, 朱迪斯, 張德龍, 史新慧, 楊鵬, 王海達(dá), 趙志濤, 徐軍軍 申請(qǐng)人:北京探礦工程研究所