專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具，屬于石 油、天然氣鉆井中井下工具。
背景技術(shù)：
隨著勘探向深部地層發(fā)展，深井越來越多，在深井鉆井過程 中，井筒內(nèi)鉆井液液柱施加的圍壓使地層巖石的壓縮效應(yīng)、巖屑 壓持效應(yīng)越來越明顯，導(dǎo)致水力破巖、清巖的能力隨之減弱，造 成深井鉆井速度下降。因此，如何通過改善井底附近巖石或鉆頭 的受力狀況，強(qiáng)化巖屑的凈化效果來提高鉆頭的破巖鉆井效率是 迫切解決的問題。實(shí)踐表明，井底水力脈沖有助于改善巖石破碎 效果，提高井底凈化能力，避免重復(fù)切削，提高機(jī)械鉆速。水力 脈沖鉆井是目前國(guó)內(nèi)外積極研發(fā)的提高鉆井速度的一種方法，目 前已有幾種類型的脈沖器投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較顯著的效果， 但仍存在一些問題，如脈沖發(fā)生裝置距離井底太遠(yuǎn)造成水力能 量沿程損耗很大；水力脈沖頻率缺乏可調(diào)性且大部分都只能單方 面產(chǎn)生正壓脈沖或負(fù)壓脈沖；工具復(fù)雜，易損件多導(dǎo)致井下工作 的可靠性低等問題，限制了脈沖鉆井工具的推廣應(yīng)用。因此盡可 能使脈沖發(fā)生裝置靠近井底，提高水力脈沖峰值壓力，同時(shí)脈沖 頻率又可調(diào)節(jié)且在局部產(chǎn)生負(fù)脈沖的瞬間也產(chǎn)生正脈沖是充分發(fā) 揮水力脈沖輔助破巖、清巖優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵，工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方 便，不影響現(xiàn)有鉆具結(jié)構(gòu)是推廣應(yīng)用的關(guān)鍵發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為現(xiàn)場(chǎng)提供一種更適用的旋轉(zhuǎn)阻斷式水 力脈沖鉆井工具。其能夠?qū)崿F(xiàn)在鉆頭周圍局部產(chǎn)生負(fù)脈沖的瞬間 在其它部位產(chǎn)生正脈沖且水力脈沖能量沿程損失幾乎為零，有效 提高了水力脈沖輔助破巖、清巖的能力。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是: 一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆 井工具包括脈沖短節(jié)殼體、壓緊螺母、渦輪定子、傳動(dòng)軸總成、 閥芯和鉆頭體，其特征在于脈沖短節(jié)殼體是兩端加工有內(nèi)螺紋的 中空管狀體，內(nèi)加工有臺(tái)階，臺(tái)階的上端加工有螺紋，脈沖短節(jié) 殼體內(nèi)固定有渦輪定子，脈沖短節(jié)殼體的下端與鉆頭體螺紋連接; 傳動(dòng)軸總成通過壓緊螺母固定在脈沖短節(jié)殼體內(nèi)，壓緊螺母為圓 盤狀，圓盤周邊加工有螺紋，圓盤中部加工有流道，閥芯采用螺 紋連接在傳動(dòng)軸的下端，閥芯為根據(jù)鉆頭體內(nèi)部水流流道形狀加 工的扇形刮刀結(jié)構(gòu)，上端加工有內(nèi)螺紋。
上述傳動(dòng)軸總成由扶正軸承座、扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母、扶 正軸承、渦輪轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)軸、推力軸承、推力軸承座組成，傳動(dòng) 軸與禍輪轉(zhuǎn)子為分體式結(jié)構(gòu)或一體式結(jié)構(gòu)。渦輪轉(zhuǎn)子套在傳動(dòng)軸 上，傳動(dòng)軸中部裝有推力軸承，推力軸承固定在推力軸承座內(nèi)， 傳動(dòng)軸上端裝有扶正軸承，扶正軸承外圈固定在扶正軸承座內(nèi)， 扶正軸承內(nèi)圈由扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母固定在傳動(dòng)軸上；扶正軸 承座、推力軸承座為階梯狀中部加工有流道；傳動(dòng)軸中部有臺(tái)階， 兩端加工有外螺紋。上述鉆頭體的外形及水眼尺寸與常規(guī)鉆頭一致，只是鉆頭體 內(nèi)部加工成上部為圓柱狀、下部為半球形形狀。
上述渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子的對(duì)數(shù)為一對(duì)或多對(duì)。
本實(shí)用新型在鉆頭破碎巖石時(shí)，鉆井液推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)， 渦輪轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯與鉆頭體的某一個(gè)水眼 重合時(shí)，鉆井液進(jìn)入水眼受到限制，在該水眼周圍產(chǎn)生水力脈沖 的低值，因鉆井液流量不變?cè)谄渌壑車惝a(chǎn)生水力脈沖的峰 值。閥芯與鉆頭體的水眼錯(cuò)開時(shí)，便不產(chǎn)生水力脈沖。因?yàn)楫a(chǎn)生 脈沖的位置在鉆頭體內(nèi)部，與井底非常接近，水力脈沖能量的沿 程損失較小。不同的脈沖壓力和脈沖頻率依靠調(diào)整鉆井液的排量、 渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子的流道結(jié)構(gòu)、閥芯的數(shù)量來獲得。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、組裝，采用渦輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生 憋泵事故；
2、 脈沖直接在鉆頭水眼處產(chǎn)生，減小了水力脈沖能量的沿程 損失，且脈沖壓力、脈沖頻率可調(diào)；
3、 鉆頭體局部產(chǎn)生負(fù)脈沖的瞬間在其它部位產(chǎn)生正脈沖。

圖1為一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具結(jié)構(gòu)示意圖 l-脈沖短節(jié)殼體；2-壓緊螺母；3-扶正軸承座；4-扶正軸承內(nèi) 圈壓緊螺母；5-扶正軸承；6-渦輪定子；7-渦輪轉(zhuǎn)子；8-傳動(dòng)軸； 9-推力軸承；10-推力軸承座；ll-閥芯；12-鉆頭體
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。 一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具由脈沖短節(jié)殼體1、壓緊螺
母2、扶正軸承座3、扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母4、扶正軸承5、渦 輪定子6、渦輪轉(zhuǎn)子7、傳動(dòng)軸8、推力軸承9、推力軸承座10、 閥芯11、鉆頭體12組成。脈沖短節(jié)殼體1是兩端加工有內(nèi)螺紋的 中空管狀體，內(nèi)加工有臺(tái)階，內(nèi)孔的上端加工有螺紋，脈沖短節(jié) 殼體1內(nèi)固定有渦輪定子6，脈沖短節(jié)殼體1的下端與鉆頭體12 螺紋連接，鉆頭體12的外形及水眼尺寸與常規(guī)鉆頭一致，只是鉆 頭體12內(nèi)部水流通道加工成上部為圓柱狀、下部為半球形形狀。 渦輪轉(zhuǎn)子7套在傳動(dòng)軸上8，傳動(dòng)軸8中部有臺(tái)階，兩端加工有外 螺紋，.傳動(dòng)軸8下端與閥芯11上端螺紋連接，閥芯11伸入鉆頭 體12內(nèi)部，閥芯11的下端面緊靠鉆頭體12內(nèi)部水流通道的下端 面，傳動(dòng)軸8中部裝有推力軸承9，推力軸承9固定在推力軸承座 10內(nèi)，推力軸承座10固定在脈沖短節(jié)殼體1的內(nèi)臺(tái)階面上，傳動(dòng) 軸8上端裝有扶正軸承5，扶正軸承5外圈固定在扶正軸承座3 內(nèi)，扶正軸承座3通過壓緊螺母2固定在脈沖短節(jié)殼體1內(nèi)孔內(nèi)， 壓緊螺母2為圓盤狀，圓盤周邊加工有外螺紋，圓盤中部加工有 流道，扶正軸承5內(nèi)圈由扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母4固定在傳動(dòng)軸8 上，扶正軸承座5、推力軸承座10為階梯狀中部加工有流道。
使用時(shí)，鉆井液經(jīng)鉆柱進(jìn)入脈沖短節(jié)殼體1，從壓緊螺母2 的流道進(jìn)入渦輪定子6與渦輪轉(zhuǎn)子7之間驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)， 渦輪轉(zhuǎn)子7帶動(dòng)傳動(dòng)軸8旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸8驅(qū)動(dòng)閥芯11在鉆頭體l2內(nèi)旋轉(zhuǎn)，閥芯ll旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥芯11與鉆頭體12水眼時(shí)而重合時(shí)而 錯(cuò)開，閥芯11與鉆頭體12的某一個(gè)水眼重合時(shí)，鉆井液進(jìn)入水 眼受到限制，在該水眼周圍產(chǎn)生水力脈沖的低值，因鉆井液流量 不變?cè)谄渌壑車惝a(chǎn)生水力脈沖的峰值。閥芯11與鉆頭體12 的水眼錯(cuò)開時(shí)，便不產(chǎn)生水力脈沖。因?yàn)楫a(chǎn)生脈沖的位置在鉆頭 體12內(nèi)部，與井底非常接近，水力脈沖能量的沿程損失較小。不 同的脈沖壓力和脈沖頻率依靠調(diào)整鉆井液的排量、渦輪轉(zhuǎn)子7和 渦輪定子6的流道結(jié)構(gòu)、閥芯11的數(shù)量來獲得。
權(quán)利要求1、一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具，包括脈沖短節(jié)殼體(1)、壓緊螺母(2)、扶正軸承座(3)、扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母(4)、扶正軸承(5)、渦輪定子(6)、渦輪轉(zhuǎn)子(7)、傳動(dòng)軸(8)、推力軸承(9)、推力軸承座(10)、閥芯(11)、鉆頭體(12)，其特征是脈沖短節(jié)殼體(1)是兩端加工有內(nèi)螺紋的中空管狀體，內(nèi)加工有臺(tái)階，臺(tái)階的上端加工有螺紋，脈沖短節(jié)殼體(1)內(nèi)固定有渦輪定子(6)，脈沖短節(jié)殼體(1)的下端與鉆頭體(12)螺紋連接，渦輪轉(zhuǎn)子(7)套在傳動(dòng)軸上(8)，傳動(dòng)軸(8)中部有臺(tái)階，兩端加工有外螺紋，傳動(dòng)軸(8)下端與閥芯(11)上端螺紋連接，閥芯(11)伸入鉆頭體(12)內(nèi)部，傳動(dòng)軸(8)中部裝有推力軸承(9)，推力軸承(9)固定在推力軸承座(10)內(nèi)，推力軸承座(10)固定在脈沖短節(jié)殼體(1)的內(nèi)臺(tái)階面上，傳動(dòng)軸(8)上端裝有扶正軸承(5)，扶正軸承(5)外圈固定在扶正軸承座(3)內(nèi)，扶正軸承座(3)通過壓緊螺母(2)固定在脈沖短節(jié)殼體(1)內(nèi)孔內(nèi)，扶正軸承(5)內(nèi)圈由扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母(4)固定在傳動(dòng)軸(8)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力、脈沖鉆井工具， 其特征在于閥芯(11)伸入鉆頭體(12)內(nèi)部，閥芯(ll)的下端面緊 靠鉆頭體(12)內(nèi)部水流通道的下端面，閥芯(11)根據(jù)鉆頭體(12)內(nèi) 部水流流道形狀加工成為扇形刮刀結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具， 其特征在于鉆頭體(12)的外形及水眼尺寸與常規(guī)鉆頭一致，只是 鉆頭體(12)內(nèi)部水流流道加工成上部為圓柱狀、下部為半球形形 狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具，其特征在于扶正軸承座(5)、推力軸承座(10)為階梯狀中部加工有流道。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具，其特征在于:傳動(dòng)軸(8)與渦輪轉(zhuǎn)子(7)為分體式結(jié)構(gòu)或一體式結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具，其特征在于渦輪定子(6)和渦輪轉(zhuǎn)子(7)的對(duì)數(shù)為一對(duì)或多對(duì)。
專利摘要一種旋轉(zhuǎn)阻斷式水力脈沖鉆井工具，由脈沖短節(jié)殼體、壓緊螺母、扶正軸承座、扶正軸承內(nèi)圈壓緊螺母、扶正軸承、渦輪定子、渦輪轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)軸、推力軸承、推力軸承座、閥芯、鉆頭體組成。使用時(shí)鉆井液推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)，閥芯與鉆頭體的某一個(gè)水眼重合時(shí)，鉆井液進(jìn)入水眼受到限制，在該水眼周圍產(chǎn)生水力脈沖的低值，因鉆井液流量不變?cè)谄渌壑車惝a(chǎn)生水力脈沖的峰值。不同的脈沖壓力和脈沖頻率依靠調(diào)整鉆井液的排量、渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪定子的流道結(jié)構(gòu)、閥芯的數(shù)量來獲得。本實(shí)用新型具有同時(shí)產(chǎn)生正負(fù)壓力脈沖，脈沖能量的沿程損失小，脈沖壓力、脈沖頻率可調(diào)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B10/44GK201386507SQ20092001806
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者任福興, 安慶寶, 尹文波, 江正清, 董懷榮 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院