本發(fā)明屬于石油工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種與動(dòng)力鉆具配合使用的井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，用于實(shí)現(xiàn)鉆井施工中動(dòng)力鉆具帶動(dòng)鉆頭高速旋轉(zhuǎn)破巖的同時(shí)，將向井底恒壓噴射的鉆井液調(diào)制成向環(huán)空與井底交替噴射形式從而提高鉆井速度的目標(biāo)。

背景技術(shù)：

研究及現(xiàn)場實(shí)踐表明，油氣鉆井過程中，在井底產(chǎn)生瞬時(shí)負(fù)壓和脈沖沖擊可以減小巖屑的壓持效應(yīng)，提高破巖和清巖效率。研究還表明，清巖效率及提速效果隨著鉆井液負(fù)壓脈沖幅值的增加而增加。為此，國內(nèi)外研制了多種脈沖射流工具用于產(chǎn)生井底瞬時(shí)負(fù)壓和脈沖沖擊。然而，這些工具難以滿足動(dòng)力鉆具鉆井的需要，因?yàn)殂@井過程尤其是鉆定向井過程中，動(dòng)力鉆具與鉆頭間不已連接過長的井下工具，這就要求用于定向井鉆井的鉆井液壓力震蕩調(diào)制工具需要具有以下特征：(1)安裝于鉆頭與動(dòng)力鉆具之間，其長度不宜過長；(2)工具工作不能影響隨鉆測(cè)量工具的使用；(3)工具使用壽命不能太短，至少與動(dòng)力鉆具及鉆頭壽命相近；(4)工具出現(xiàn)事故時(shí)，不能引起井下事故；(5)工具的使用不能為動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)提供負(fù)擔(dān)。國內(nèi)外已經(jīng)設(shè)計(jì)出的脈沖射流工具有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作壽命短，難以滿足現(xiàn)場需要；有的尺寸過大，不能與動(dòng)力鉆鉆具匹配，有的不能與隨鉆測(cè)量儀器并用，這些因素導(dǎo)致上述種類的鉆井液壓力震蕩調(diào)制工具一直未能應(yīng)用于定向井提速領(lǐng)域。因此，研發(fā)直接連接與鉆頭與動(dòng)力鉆具之間的、與隨鉆測(cè)量儀器兼容的長壽命、小尺寸鉆井液壓力震蕩調(diào)制器對(duì)深井硬地層定向井鉆井提速非常有意義，對(duì)加快油氣資源開發(fā)進(jìn)度、降低鉆井成本及風(fēng)險(xiǎn)具有重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種與動(dòng)力鉆具配合使用的井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鉆具鉆井工況下將向井底恒壓噴射的鉆井液調(diào)制成向環(huán)空與井底交替噴射形式從而提高定向井鉆井速度的目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案：

井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，包括震蕩母軸、逆流外殼、下接頭。所述的震蕩母軸安裝于逆流外殼的內(nèi)部，震蕩母軸的轉(zhuǎn)換連接扣伸出逆流外殼底端面，震蕩母軸可在逆流外殼內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)，但不可以軸向滑動(dòng)；逆流外殼扶正圓面的密封槽內(nèi)安裝有密封總成，震蕩母軸逆流腔內(nèi)面與震蕩母軸上部外環(huán)面間的環(huán)形平面和逆流外殼防壓環(huán)面間安裝有防推軸承，震蕩母軸下部扶正面與逆流外殼下部支撐面下端的滑動(dòng)軸承安裝孔件安裝滑動(dòng)軸承；伸出逆流外殼地端面的轉(zhuǎn)換連接扣安裝下接頭；逆流外殼的逆流流道靠近井眼環(huán)空端安裝有逆流噴嘴。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器可在保持動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子帶動(dòng)鉆頭高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)負(fù)壓和脈沖沖擊發(fā)生的目的；

2、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器結(jié)構(gòu)簡單、長度極短，使用時(shí)不影響動(dòng)力鉆具及隨鉆測(cè)量工具的工作，有益于長時(shí)間工作，有利于運(yùn)輸使用；

3、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器使用過程不改變鉆井工藝、不改變鉆井參數(shù)，沖擊幅值極易調(diào)節(jié)；

4、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器使得井底流場產(chǎn)生變化，其有益作用是可以減小巖屑的壓持效應(yīng)，提高破巖和清巖效率，可提高定向效率。

5、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器與動(dòng)力鉆具配合應(yīng)用范圍廣，可應(yīng)用于直井、定向井、水平井等，且可應(yīng)用于不同鉆井方式，如平衡壓力鉆井、欠平衡鉆井及空氣鉆井等。

6、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器制作成本低，與動(dòng)力鉆具配合使用大幅度降低鉆井成本，提高鉆井效率，拓寬動(dòng)力鉆具的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1是井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器A-A剖面圖；

圖3是井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器B-B剖面圖；

圖中：1、逆流外殼，2、震蕩母軸，3、防推軸承，4、下接頭，5、滑動(dòng)軸承，6、逆流噴嘴，7、密封總成，8、鉆井液逆流腔體，9、鉆井液順流腔體，101、逆流外殼扶正圓面，102、逆流流道，103、逆流外殼防壓環(huán)面，104、分流腔面，105、正流調(diào)制槽，201、芯軸傳動(dòng)面，202、逆流分流孔，203、震蕩母軸逆流調(diào)制槽，204、正流過流孔，205、正流回流孔。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖3所示，井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，包括逆流外殼1，震蕩母軸2，下接頭4；逆流外殼1與動(dòng)力鉆具定子相連，震蕩母軸2上部與動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子相連，下部與下接頭4相連，震蕩母軸2與下接頭4的連接體隨著動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子一起相對(duì)于逆流外殼1與動(dòng)力鉆具定子連接體旋轉(zhuǎn)。

所述的逆流外殼1外部為一等直徑圓柱面，內(nèi)部從上到下依次為動(dòng)力鉆具定子連接扣，逆流外殼扶正圓面101，逆流外殼防壓環(huán)面103，分流腔面104，逆流外殼下部支撐面；動(dòng)力鉆具定子連接扣用于實(shí)現(xiàn)井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器與動(dòng)力鉆具定子的連接；逆流外殼扶正圓面101為逆流外殼1與震蕩母軸2提供上部扶正；逆流外殼防壓環(huán)面103為防推軸承3提供下支撐，并實(shí)現(xiàn)逆流外殼1與震蕩母軸2的軸向限位；分流腔面104直徑小于逆流外殼扶正圓面101，為鉆井液的流動(dòng)調(diào)制提供外腔面；逆流外殼下部支撐面直徑小于分流腔面104，為逆流外殼1與震蕩母軸2提供下部扶正；逆流外殼下部支撐面上端為正流調(diào)制槽105，下端為滑動(dòng)軸承安裝孔；如圖2所示，正流調(diào)制槽105結(jié)構(gòu)類似于短尺寸內(nèi)花鍵，用于為鉆井液脈動(dòng)順流提供通道；滑動(dòng)軸承安裝孔的內(nèi)徑略大于滑動(dòng)軸承5外徑，與滑動(dòng)軸承5外徑可實(shí)現(xiàn)間隙配合；逆流外殼扶正圓面101中部開有密封槽；分流腔面104中部開有與井眼環(huán)空連接的逆流流道102。

所述的震蕩母軸2外部從上向下依次為：震蕩母軸上部外環(huán)面，逆流腔內(nèi)面，分流支撐面，下部扶正面，轉(zhuǎn)換連接扣；震蕩母軸上部外環(huán)面直徑略小于逆流外殼扶正圓面101，震蕩母軸外環(huán)面與逆流外殼扶正圓面101配合實(shí)現(xiàn)震蕩母軸2與逆流外殼1間的扶正；分流支撐面下端為圓柱面，上端為震蕩母軸逆流調(diào)制槽203，其結(jié)構(gòu)類似于短尺寸外花鍵結(jié)構(gòu)，下端圓柱面直徑與震蕩母軸逆流調(diào)制槽203外徑相等，該直徑略小于分流腔面104，分流支撐面與分流腔面104配合，實(shí)現(xiàn)鉆井液逆流過程的調(diào)制；震蕩母軸逆流調(diào)制槽203用于為鉆井液脈動(dòng)逆流提供通道，分流支撐面下端圓柱面用于分隔逆向流動(dòng)鉆井液與順向流動(dòng)鉆井液；逆流腔內(nèi)面位于分流支撐面與震蕩母軸上部外環(huán)面之間，其直徑小于分流支撐面與震蕩母軸上部外環(huán)面直徑，用于為鉆井液的逆向流動(dòng)提供內(nèi)腔面；下部扶正面為圓柱面，其直徑小于分流支撐面直徑，用于實(shí)現(xiàn)逆流外殼1與震蕩母軸2下部扶正；轉(zhuǎn)換連接扣位于震蕩母軸2最底端，其結(jié)構(gòu)為鉆具連接扣，用于連接下接頭4；震蕩母軸2內(nèi)部從上向下依次為：傳扭結(jié)構(gòu)，鉆井液總流道，順向鉆井液流道；傳扭結(jié)構(gòu)與動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子輸出扭矩端外部結(jié)構(gòu)相匹配，用于與動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子連接后實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞；鉆井液總流道為圓形孔道，鉆井液總流道與鉆井液逆流腔體8間開有逆流分流孔202，鉆井液總流道與鉆井液順流腔體9間開有正流過流孔204，鉆井液總流道用于將動(dòng)力鉆具傳輸來的鉆井液傳給逆流分流孔202、正流過流孔204；順向鉆井液流道亦為圓形孔道，鉆井液順流腔體9與順向鉆井液流道間開有正流回流孔205，順向鉆井液流道用于將正流回流孔205分流來的順向鉆井液下傳；鉆井液總流道與順向鉆井液流道中間不連通。

所述的下接頭4外部為一圓柱面，該圓柱面直徑與逆流外殼1外徑相等；下接頭4內(nèi)部從上到下依次為：震蕩母軸連接扣，鉆井液順流孔，鉆頭連接扣；震蕩母軸連接扣與震蕩母軸2轉(zhuǎn)換連接扣螺紋連接，用于實(shí)現(xiàn)下接頭4與震蕩母軸2的連接；鉆井液順流孔為圓形孔，用于將震蕩母軸分流下來的順向鉆井液傳輸?shù)姐@頭內(nèi)；鉆頭連接扣用于連接下部鉆頭。

所述的震蕩母軸2安裝于逆流外殼1的內(nèi)部，震蕩母軸2的轉(zhuǎn)換連接扣伸出逆流外殼1地端面，震蕩母軸2可在逆流外殼1內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)，但不可以軸向滑動(dòng)；逆流外殼扶正圓面101的密封槽內(nèi)安裝有密封總成7，震蕩母軸2逆流腔內(nèi)面與震蕩母軸上部外環(huán)面間的環(huán)形平面和逆流外殼防壓環(huán)面103間安裝有防推軸承3，震蕩母軸2下部扶正面與逆流外殼下部支撐面下端的滑動(dòng)軸承安裝孔件安裝滑動(dòng)軸承5；伸出逆流外殼1地端面的轉(zhuǎn)換連接扣安裝下接頭4；逆流外殼1的逆流流道102靠近井眼環(huán)空端安裝有逆流噴嘴6。

井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器工作原理：

井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器的鉆頭連接扣通過螺紋連接鉆頭，逆流外殼1的動(dòng)力鉆具定子連接扣通過螺紋連接動(dòng)力鉆具的外殼(轉(zhuǎn)子)，震蕩母軸2傳扭結(jié)構(gòu)與動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子傳動(dòng)接頭通過傳扭結(jié)構(gòu)連接；當(dāng)動(dòng)力鉆具開始工作時(shí)，動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子帶震蕩母軸2與下接頭4的連接體相對(duì)于逆流外殼1產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)使得震蕩母軸2的震蕩母軸逆流調(diào)制槽203相對(duì)于逆流流道102相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正流回流孔205與正流調(diào)制槽105相對(duì)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)震蕩母軸逆流調(diào)制槽203與逆流流道102位置重合時(shí)，正流回流孔205與正流調(diào)制槽105完全錯(cuò)開或者錯(cuò)開一定角度，此時(shí)全部或者部分鉆井液經(jīng)逆流分流孔202、鉆井液逆流腔體8、逆流流道102、逆流噴嘴6流出，噴向井眼環(huán)空；隨著動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)子帶震蕩母軸2與下接頭4連接體相對(duì)于逆流外殼1旋轉(zhuǎn)繼續(xù)，正流回流孔205與正流調(diào)制槽105位置重合，而震蕩母軸逆流調(diào)制槽203與逆流流道102完全錯(cuò)開或者錯(cuò)開一定角度，此時(shí)全部或者部分鉆井液經(jīng)正流過流孔204、鉆井液順流腔體9、逆流流道102、逆流噴嘴6流出，正流調(diào)制槽105，正流回流孔205流入震蕩母軸2的順向鉆井液流道，最終流入鉆頭噴出；隨著旋轉(zhuǎn)過程的不斷繼續(xù)，流向井底鉆頭的鉆井液和經(jīng)逆流噴嘴6噴向井眼環(huán)空的鉆井液交替，從而實(shí)現(xiàn)了井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制提高鉆井速度的目的。