專利名稱：石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，屬于鉆進(jìn)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油天然氣鉆井工程作業(yè)中高壓水射流技術(shù)的問世標(biāo)志著人們更加重視向井下輸送水力能量和充分利用井下水力能量的新方法。有效利用井下水力能量，實(shí)現(xiàn)鉆井速度的提高，并降低鉆井工程成本，是這ー研究方向的新思維。因而有學(xué)者提出利用井下工具抽吸環(huán)空流體至鉆桿內(nèi)，實(shí)現(xiàn)增加井底水力能量的目的。目前，國(guó)內(nèi)在研究的ー些井下流量自增裝置，主要是利用自激振蕩產(chǎn)生負(fù)壓抽吸 或通過鉆進(jìn)時(shí)鉆頭振動(dòng)形成的抽吸作用，達(dá)到引入環(huán)空流體的目的，以增大井下水力能量和提高機(jī)械鉆速。然而，自激振蕩腔室卷吸流場(chǎng)紊亂，抽吸效果不明顯；井底鉆頭振動(dòng)雜亂無(wú)章，抽吸不穩(wěn)定，均未有效實(shí)現(xiàn)流量自增。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決技術(shù)問題是，克服背景技術(shù)的不足，改善裝置充分利用上部水力能量提供ー種抽吸效果更明顯的自增流量裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是井下水力活塞自增流量裝置包括，外殼、扶正臺(tái)階、上花鍵槽、外筒單向閥、中心活塞桿、中心桿流入孔、上腔、限位臺(tái)階、吸入腔、射流噴嘴、活塞圓盤、活塞單向閥、中心桿流出孔、承噴腔、承噴ロ、汲流腔、下花鍵槽、支撐托、底孔、下接頭、下接頭中心孔。外売上下端有連接螺紋，裝置通過螺紋連接上部鉆具和下接頭。外殼內(nèi)部相應(yīng)位置設(shè)有扶正臺(tái)階，扶正臺(tái)階與中心活塞桿接觸位置設(shè)有上花鍵槽，通過花鍵配合固定中心活塞桿并傳遞扭矩。扶正臺(tái)階上方腔室為上腔，可以匯集上部流入流體，其下方腔體被活塞圓盤分成了吸入腔和汲流腔，圓盤上方為吸入腔，下方為汲流腔?；钊麍A盤為中心活塞桿的一部分，與外殼接觸地方通過盤根密封，圓盤上對(duì)稱安裝有兩個(gè)活塞單向閥，連通吸入腔和汲流腔。吸入腔外壁上對(duì)稱安裝有兩個(gè)外筒單向閥，外筒單向閥使流體只能從外殼外部流入吸入腔，外筒單向閥裝有過濾網(wǎng)，防止環(huán)空內(nèi)鉆井液中巖屑等固態(tài)顆粒進(jìn)入裝置內(nèi)部，堵塞流道。汲流腔通過底孔將所匯集流體流入下接頭中心孔，進(jìn)而流入下部鉆具。下接頭與外殼底部通過螺紋連接，而且部分伸入汲流腔形成支撐托，對(duì)中心活塞桿起支撐作用，并在相應(yīng)位置設(shè)有下花鍵槽，通過花鍵配合固定中心活塞桿。中心活塞桿上部伸入上腔內(nèi)部，其頂部正對(duì)上腔流道中心，桿上部相應(yīng)位置對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流入孔，允許上腔中流體進(jìn)入，中心活塞桿內(nèi)腔。中心活塞桿內(nèi)腔中部設(shè)有射流噴嘴，從噴嘴噴出的流體直接流入承噴腔，進(jìn)而沖擊支撐托。承噴腔上部設(shè)有承噴ロ，并在射流噴嘴與承噴ロ之間的中心活塞桿上對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流出孔，允許活塞內(nèi)腔內(nèi)流體流入汲流腔中。中心活塞桿上部對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流入孔，上腔內(nèi)流體可以通過中心桿流入孔流入中心活塞桿內(nèi)腔，中心活塞桿下部有支撐托，活塞圓盤與中心活塞桿為一體，隨中心活塞桿運(yùn)動(dòng)。吸入腔中的中心活塞桿外壁上有限位臺(tái)階，防止中心活塞桿向上運(yùn)動(dòng)行程過大。本裝置解決了目前鉆井エ況下井下自增流量和脈沖射流難題，其優(yōu)點(diǎn)如下(I)充分利用上部鉆井液動(dòng)能產(chǎn)生抽吸作用，吸入環(huán)空流體，増加鉆頭處射流流量，達(dá)到水力增壓的目的；(2)活塞上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成脈沖循環(huán)，產(chǎn)生脈沖射流，改善井底流場(chǎng)，提高了射流的沖刷和攜巖能力，從而提聞井底剝巖和凈化效率；(3)裝置制造簡(jiǎn)單，成本低廉，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于鉆井作業(yè)領(lǐng)域。

附圖是本裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 其中1.外殼、2.扶正臺(tái)階、3.上花鍵槽、4.外筒單向閥、5.中心活塞桿、6.中心桿流入孔、7.上腔、8.限位臺(tái)階、9.吸入腔、10.射流噴嘴、11.活塞圓盤、12.活塞單向閥、13.中心桿流出孔、14.承噴腔、15.承噴ロ、16.汲流腔、17.下花鍵槽、18.支撐托、19.底孔、20.下接頭、21.下接頭中心孔。
具體實(shí)施方式
井下水力活塞自增流量裝置包括外殼I、扶正臺(tái)階2、上花鍵槽3、外筒單向閥4、中心活塞桿5、中心桿流入孔6、上腔7、限位臺(tái)階8、吸入腔9、射流噴嘴10、活塞圓盤11、活塞單向閥12、中心桿流出孔13、承噴腔14、承噴ロ 15、汲流腔16、下花鍵槽17、支撐托18、底孔19、下接頭20、下接頭中心孔21。外殼I上部通過螺紋連接上部鉆具，接受上部流體。外殼I內(nèi)部相應(yīng)位置設(shè)有扶正臺(tái)階2，扶正臺(tái)階2與中心活塞桿5接觸位置預(yù)留上花鍵槽3通過花鍵配合固定中心活塞桿并傳遞扭矩。扶正臺(tái)階2上方腔室為上腔7，可以匯集上部流入流體，上腔7下方腔體被活塞圓盤11分成了吸入腔9和汲流腔16，活塞圓盤11上方為吸入腔9，下方為汲流腔16?；钊麍A盤11為中心活塞桿5的一部分，與外殼I接觸地方通過盤根密封，活塞圓盤11上對(duì)稱安裝有兩個(gè)活塞單向閥12，連通吸入腔9和汲流腔16。吸入腔9外壁上對(duì)稱安裝有兩個(gè)外筒單向閥4，外筒單向閥4使流體只能從外殼I外部流入吸入腔9，外筒單向閥4裝有過濾網(wǎng)，防止環(huán)空內(nèi)鉆井液中巖屑等固態(tài)顆粒進(jìn)入裝置內(nèi)部，堵塞流道。汲流腔16通過底孔19將所匯集流體流入下接頭中心孔21，進(jìn)而流入下部鉆具。下接頭20下部通過螺紋連接下部鉆具，上部與外殼I底部通過螺紋連接，而且部分伸入汲流腔16形成支撐托18，對(duì)中心活塞桿5起支撐作用，并在下花鍵槽17處通過花鍵配合固定中心活塞桿5。中心活塞桿5上部伸入上腔7內(nèi)部，其頂部正對(duì)上腔7流道中心，桿上部相應(yīng)位置對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流入孔6，允許上腔7中流體進(jìn)入中心活塞桿5內(nèi)腔。中心活塞桿5內(nèi)腔中部設(shè)有射流噴嘴10，從射流噴嘴10噴出的流體直接流入承噴腔14，進(jìn)而沖擊支撐托18。承噴腔14上部設(shè)有承噴ロ 15，并在射流噴嘴10與承噴ロ 15之間的中心活塞桿5上對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流出孔13，允許中心活塞桿5內(nèi)腔的流體流入汲流腔16中。吸入腔9中的活塞中心桿5外壁上有限位臺(tái)階8，防止中心活塞桿5向上運(yùn)動(dòng)行程過大。該裝置工作過程如下外殼I上下端有連接螺紋，裝置通過螺紋連接上部鉆具和下接頭20。當(dāng)中心活塞桿5處于下限位置時(shí)，上部流體流入裝置，在上腔7內(nèi)匯集，然后通過中心桿流入孔6流入中心活塞桿(5)內(nèi)腔，在經(jīng)過射流噴嘴10時(shí)，流體速度顯著增加，以高流速射入承噴腔14，對(duì)支撐托18產(chǎn)生高速?zèng)_擊。此時(shí)流體由于支撐托18的阻擋，會(huì)對(duì)中心活塞桿5形成反沖力，使得中心活塞桿5向上運(yùn)動(dòng)。承噴腔14內(nèi)匯集的流體，通過位于射流噴嘴10和承噴口15之間的中心桿流出孔13流入汲流腔16。此時(shí)，吸入腔9體積減小，壓力增加，外筒單向閥4關(guān)閉，環(huán)空的流體不能通過外筒單向閥4進(jìn)入吸入腔9。與此同時(shí)，汲流腔16體積增力口，壓力減小，吸入腔9和汲流腔16之間的壓差使得活塞圓盤11上的活塞單向閥12開啟，吸入腔9內(nèi)的流體流入汲流腔16。吸入腔9內(nèi)的流體在與中心桿流入孔13流入的流體匯集后，一部分通過底孔19和下接頭中心孔21，流入下接頭20所連接的下部鉆具，另一部分則存留在汲流腔16中。裝置出口射流流量減少，射流沖擊力減小。當(dāng)中心活塞桿5向上運(yùn)動(dòng)到上限位置時(shí)，限位臺(tái)階8會(huì)卡在扶正臺(tái)階2上，阻止中心活塞桿5繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)。由于中心活塞桿5向上運(yùn)動(dòng)，上部流體流入上腔7的流道會(huì)不斷減小，上部流體對(duì)中心活塞桿5頂部產(chǎn)生的沖擊力不斷加大。上部流體對(duì)中心活塞桿5頂 部的沖擊力會(huì)使中心活塞桿5向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)中心活塞桿5向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸入腔9體積增加，內(nèi)部壓力減小，外筒單向閥4開啟，環(huán)空的流體通過外筒單向閥4進(jìn)入吸入腔9。同時(shí)汲流腔16體積減小，壓力增大，活塞單向閥12關(guān)閉，吸入腔9內(nèi)的流體無(wú)法通過活塞單向閥12進(jìn)入汲流腔16。之前存留在汲流腔16中的流體被活塞圓盤11壓入下部鉆具，裝置出口射流流量增大，射流沖擊力增加。在實(shí)際作業(yè)中，利用中心活塞桿5上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的抽吸力，把環(huán)空中的流體通過本裝置補(bǔ)給鉆頭處流量。這種反復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鉆柱內(nèi)部壓力不斷變化，使內(nèi)部流場(chǎng)產(chǎn)生脈動(dòng)變化，提高了射流的沖刷和攜巖能力，從而提高井底剝巖和凈化效率。
權(quán)利要求1.一種石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，其特征在于包括中心活塞桿(5)、中心桿流入孔(6)、上腔(7)、吸入腔(9)、活塞圓盤(11)、汲流腔(16)、支撐托(18)，中心活塞桿(5)上部對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流入孔(6)，上腔(7)內(nèi)流體可以通過中心桿流入孔(6 )流入中心活塞桿(5 )內(nèi)腔，中心活塞桿(5 )下部有支撐托(18 )，活塞圓盤(11)與中心活塞桿(5 )為一體，隨中心活塞桿(5 )運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，其特征在于活塞圓盤(11)把上腔(7)下方腔體分為吸入腔(9)和汲流腔(16)。
專利摘要一種石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，其特征是它包括中心活塞桿、中心桿流入孔、上腔、吸入腔、活塞圓盤、汲流腔，中心活塞桿上部相應(yīng)位置對(duì)稱開有兩個(gè)中心桿流入孔，允許上腔中流體進(jìn)入中心活塞桿內(nèi)腔，活塞圓盤為中心活塞桿的一部分。該裝置可利用上部水力能量沖擊帶動(dòng)中心活塞桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抽吸作用，把環(huán)空中的鉆井液吸入到鉆柱內(nèi)，增加鉆頭處流量，增大井下水力能量，提高機(jī)械鉆速，同時(shí)鉆頭周圍鉆井液的脈動(dòng)也增加了鉆井液剝巖和攜巖的能力。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，適用于石油天然氣鉆井工程。
文檔編號(hào)E21B7/18GK202645429SQ20122007164
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者朱紅鈞, 林元華, 張繼川, 馮光, 曾德智, 王其軍, 張雙蕾 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)