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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油行業(yè)鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種水擊式壓力脈沖發(fā)生工具。
背景技術(shù)：
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(shí)負(fù)壓，提高鉆進(jìn)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(gòu)，在振蕩腔內(nèi)產(chǎn)生壓力振動(dòng)，壓 力振動(dòng)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(dòng)。從壓力 振動(dòng)產(chǎn)生的原理來看，這種水力振蕩產(chǎn)生的脈動(dòng)是與流體渦結(jié)構(gòu)伴生的，所產(chǎn)生的壓力波 動(dòng)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(gòu)簡(jiǎn)單可靠。但是 過流面積改變有限且是漸進(jìn)式的，而且沒有信號(hào)放大設(shè)計(jì)，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(gè)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(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)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(guān)，可以產(chǎn)生頻率可調(diào)，振幅較高的水擊式壓力脈沖波，進(jìn)而能提高鉆井速度。本發(fā)明的技術(shù)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(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其外部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外缸、一個(gè)上接頭、一個(gè)下接頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 包括一個(gè)導(dǎo)流體、一個(gè)閥輪組件、一個(gè)常開流道、一個(gè)噴嘴、兩個(gè)閥控流道。所述導(dǎo)流體設(shè)置 于閥輪組件上端，所述閥輪組件設(shè)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(guān)設(shè)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(dòng)開關(guān)閥控流道，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖波。在優(yōu)選的實(shí)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(dǎo)流體 具有一個(gè)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?zèng)_擊 所述閥輪組件的閥輪。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述閥輪組件包括一個(gè)閥輪和一個(gè)閥座，所述閥輪能轉(zhuǎn)動(dòng) 地安裝在所述閥座中，所述閥輪具有多個(gè)閥體，所述閥座內(nèi)具有多個(gè)與所述閥體數(shù)量相對(duì) 應(yīng)的流體通道，所述閥體通過所述閥輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能離開地?fù)踔褂谒隽黧w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(shí)施方式中，所述外缸中還設(shè)有一個(gè)節(jié)流組件，所述節(jié)流組件常設(shè)置在 所述常開流道下部。
在優(yōu)選的實(shí)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(gè)節(jié)流噴嘴。本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是1、流體經(jīng)過導(dǎo)流體收縮段加速后，高速?zèng)_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(guān)，并控制閥控流道周期性的開啟與關(guān)閉，閥控流 道突然開啟與關(guān)閉時(shí)，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(jí)，振幅與頻率可定 量計(jì)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(guān)，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(gè)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(guān)，產(chǎn)生水擊波，原理可靠，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率與振幅可調(diào)，具有比其他振動(dòng)固井工具更好的應(yīng)用前景。水擊波作用在井底， 有利于清除井底巖屑，提高鉆進(jìn)速度，鉆井實(shí)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(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(guān)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(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。其中，本文中所述的“上、下”是針對(duì)圖1和圖2所示的位置關(guān)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(gè)外缸1，外缸內(nèi)設(shè)有一個(gè)導(dǎo)流體2，常開流道3，兩個(gè)閥控流道4和5，一個(gè)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(dòng)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(guān)設(shè)置；外缸1的上端連接有一個(gè)上接頭7，外 缸1的下端連接有一個(gè)下接頭8。本發(fā)明在使用時(shí)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(jìn)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(huì)使閥控流道4和5處于周期性地開或關(guān)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(shí)施方式中，閥輪組件6包括一個(gè)閥輪61和一個(gè)閥座62，閥輪61可轉(zhuǎn)動(dòng) 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(gè) 與閥體數(shù)量相對(duì)應(yīng)的流體通道63和64，每側(cè)的流體通道63或64均與對(duì)應(yīng)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(dòng)能離開地?fù)踔褂陂y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(gè)蓋板65和66，中板67，兩個(gè)蓋板和中板可通過螺絲固定，固定后 形成常開流道3，同時(shí)閥輪61通過中軸68能轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述閥座62中。當(dāng)閥輪61的閥體擋止于閥控流道4和5的入口 63和64時(shí)，閥控流道4和5被關(guān) 閉(如圖2和圖2A所示)，在閥控流道4和5關(guān)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(dāng)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(shí)，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(fù)過流，如此會(huì)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(shí)施方式中，外缸1中還設(shè)有一個(gè)節(jié)流噴嘴31，節(jié)流噴嘴31設(shè)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(dǎo)流體2，采用收縮型的流道設(shè)計(jì)，導(dǎo)流體2設(shè)置于閥輪組件6的上部， 導(dǎo)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(huì)使閥控流 道4和5處于周期性地開或關(guān)的狀態(tài)。外缸1的上端連接有一個(gè)上接頭7，外缸1的下端連接有一個(gè)下接頭8，上接頭7內(nèi) 具有一個(gè)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(jìn)行連接。下接頭8內(nèi)具有一個(gè)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(jìn)行連接。通過閥輪61 周期性的開關(guān)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(diǎn)，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(shí)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(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)申請(qǐng)文件公開的可以對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)或變型而不脫離本實(shí)用發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)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(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其外部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外缸、一個(gè)上接頭、一個(gè)下接頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)導(dǎo)流體、一個(gè)閥輪組件、一個(gè)常開流道、一個(gè)噴嘴、兩個(gè)閥控流道。所述導(dǎo)流體設(shè)置于閥輪組件上端，所述閥輪組件設(shè)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(guān)設(shè)置，閥控流道與常開流道并聯(lián)。本實(shí)用新型專利通過閥輪周期性轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)閥控流道，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖波。
2.根據(jù)權(quán)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(dǎo)流體具有一 個(gè)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?zèng)_擊所述閥 輪組件的閥輪。
3.根據(jù)權(quán)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(dòng)地安裝在所述閥座中，所述閥輪具有多個(gè)閥體，所述閥座內(nèi)具有多 個(gè)與所述閥體數(shù)量相對(duì)應(yīng)的流體通道，所述閥體通過所述閥輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能離開地?fù)踔褂谒?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(quán)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(shè)有一個(gè)節(jié)流部件。
5.根據(jù)權(quán)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(gè)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(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其外部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外缸、一個(gè)上接頭、一個(gè)下接頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)導(dǎo)流體、一個(gè)閥輪組件、一個(gè)常開流道、一個(gè)噴嘴、兩個(gè)閥控流道。所述導(dǎo)流體設(shè)置在閥輪組件上端、所述閥輪組件設(shè)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(guān)閥控流道，閥控流道與常開流道并聯(lián)，所述噴嘴設(shè)置在常開流道下端。本發(fā)明通過閥輪周期性轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)閥控流道，產(chǎn)生水擊式壓力脈沖。
文檔編號(hào)E21B7/18GK101936135SQ201010118810
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者薛亮 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)