井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统。其技术方案是：包括上部受力承压总成、传扭承压总成、弹性复位元件总成、增压缸体、超高压钻井液传输总成及超高压钻头。有益效果是：该装置通过钻柱的往复运动或钻压波动来使部分钻井液间歇性增压，可以在超高压钻头喷嘴处形成超高压脉冲射流，大大提高了井底清洗效率，同时还能辅助破岩，大大提高钻井速度；该装置经过精心设计，整体结构大大简化，每个零部件的加工、安装、拆卸和维修都比较容易，同时从结构力学和机械运动学方面，该装置具有良好的稳定性和可靠性，从而提高了使用寿命，大大提高破岩效率，延长钻头使用寿命，提高机械钻速。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种石油、天然气钻井作业中的配套装置，特别涉及一种井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统。
技术介绍
利用钻头喷嘴产生的射流进行井底清洗和辅助破岩已经成为提高钻井速度的有效手段之一。但在深井和超深井钻探过程中，钻头喷嘴处很难获得较高的水力压力，这严重制约了射流清洗井底和辅助破岩的效率。当前提高射流压力主要通过地面增压，将机泵的压力提高到30MPa或者更高。再将在地面增加压力的钻井液输送给井底的钻头喷嘴，这无疑需要改变现有的设备和工艺，成本昂贵。并且随着上部压力的增加，钻柱中的压力损耗也大幅度增加，井底压力增加并不十分明显。若能够在不改变其他装置的基础上，在钻头上方增压一个装置即可实现部分射流压力的提高，对深井钻速的提高具有很好的现实意义。同时，井底射流的破岩效率还与射流的类型有关。实践证明，脉冲射流比定常射流具有更好的破岩效果。若是获得脉冲射流的幅值足够大，那么射流不但具有良好的井底清洗效果，还可以达到很好的辅助破岩甚至直接破岩的目的。由此可见，研发一种可以产生脉冲射流且脉冲射流压力幅值超高的装置，对提高井底清洗效果、辅助破岩、提高钻井速度是十分必要的。
技术实现思路
本技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统，便于安装拆卸、结构相对简单、具有较高可靠度，在井底可以将部分钻井液进行加压产生高幅值脉冲射流来辅助破岩。其技术方案是:包括上部受力承压总成、传扭承压总成、弹性复位元件总成、增压缸体、超高压钻井液传输总成及超高压钻头；所述上部受力承压总成是由上部转换接头、钻井液过滤器、钻井液分流器、密封舱上部堵头、六方孔转接套筒、下部接头、弹簧保护套筒连接而成；所述的传扭承压总成由传扭过流结构、装置下部接头连接而成；所述的增压缸体由密封舱上部堵头、密封舱入口单向阀、测试孔螺母、调节环、密封舱内筒、密封舱出口单向阀、密封舱总成外筒、密封舱下部密封压套、密封舱下部固定花键组成；所述弹性复位元件总成由弹簧、弹簧限位滑块弹簧腔下部密封总成组成；所述超高压钻井液传输总成由柱塞、超闻压流道接头、金属超闻压钻井液流道组成；所述超闻压钻头为装有超闻压软管和超闻压喷嘴的钻头。上述的增压缸体固定于上部受力承压总成内，由密封舱下部固定花键进行固定，钻进过程中的扭矩通过上部受力承压总成中六方孔转接套筒传递给传扭承压总成中的传扭过流结构，进而带动钻头旋转钻进；同时该连接为六方孔配合连接，上部受力承压总成与传扭承压总成在传递扭矩的同时也可以进行轴向的相对运动。常压钻井液是通过钻井液分流器流入常压钻井液流道的，该常压钻井液流道分为两部分；上半部分是由上部受力承压总成与密封舱总成外筒组成的环空流道，出口为密封舱下部固定花键；下半部分是由传扭过流结构和柱塞组成的环空流道，入口为传扭过流结构的上部开口。上述的钻井液过滤器顶部为圆弧流线形，过滤器的壁上开有大量斜向上的小孔；钻井液过滤器与密封舱总成外筒之间装有密封总成。上述弹簧可以为碟形弹簧、液压弹簧或普通弹簧。上述的钻井液分流器为花键结构，顶部为斜面，且与上部转换接头配合，密封舱上部堵头直接座在钻井液分流器上，由密封舱下部固定花键提供支撑力进行固定。上述测试孔螺母安装于密封舱总成外筒上的用于测试增压腔内压力的小孔中。上述的传扭过流结构中，上部开有可供常压钻井液进入的孔道，并将孔道及其上方进行流线化处理；且所述的传扭过流结构的上半部分为六方体结构，用于传递上部受力承压总成的扭矩，六方体结构的每个侧面上开有凹槽，保证上部传扭承压总成相对于受力承压总成运动时，内部空隙处压力的平衡；该所述的传扭过流结构的下半部分为圆柱型，并开有卡槽用于固定弹簧限位滑块。上述的弹簧限位滑块为两个半环形结构，拼合为一个完整圆环，内环一部分卡入传扭过流结构上，当上部传扭承压总成相对于受力承压总成运动时，可对弹簧进行压缩。上述的弹簧保护套筒侧壁上开有注油孔，方便定时注入润滑油保证弹簧性能；下部与传扭过流结构接触处装有弹簧腔下部密封总成。本技术的有益效果是:(1)增压缸体固定于上部受力承压总成内，不受钻柱轴向力和扭矩的影响，提高了增压缸体的稳定性和使用寿命；(2)上部受力传递总成由上部转换接头、钻井液过滤器、钻井液分流器、密封舱上部堵头、六方孔转接套筒、下部接头、弹簧保护套筒连接而成，每一部分结构相对简单，便于加工和安装拆卸，大大节省了制造成本和维修费用；(3)传扭承压总成上部分采用六方体结构传递扭矩，同时六方体每个侧面开有凹槽，防止内部空隙形成负压引起冲蚀。上部流线化孔道大大降低了常压钻井液流动损失和对装置的冲蚀；(4)钻井液过滤器采用顶部为圆弧流线形，降低了钻井液流经的能量损耗，同时也提高了该部分的耐冲蚀性；过滤器壁上开有大量斜向上的小孔，既提供了钻井液进入的通道，也尽可能的防止了固相颗粒进入增压腔内，保护了增压腔工作的稳定性；(5)弹簧复位元件总成内充有润滑油，保持弹簧性能的同时也使限位滑块运行自如。弹簧保护套筒壁上有注油孔，以便更换或注入润滑油；(6)限位滑块的半圆环构造，一方面可以使滑块牢牢嵌在传扭承压总成的凹槽内。另一方面也可均匀的传递轴向力压缩弹簧。该设计简化结构的同时增强了装置的结构稳定性和使用寿命；(7)该装置通过钻柱的往复运动或钻压波动来使部分钻井液间歇性增压，可以在超高压钻头喷嘴处形成超高压脉冲射流，大大提高了井底清洗效率，同时还能辅助破岩，大大提高钻井速度；(8)该装置经过精心设计，整体结构大大简化，每个零部件的加工、安装、拆卸和维修都比较容易，同时从结构力学和机械运动学方面，该装置具有良好的稳定性和可靠性，从而提高了使用寿命；(9)该装置是将一部分钻井液进行间歇性加压，大部分钻井液仍然经过常压流道进入井底，不会给常规钻井作业带来额外麻烦和风险，同时利用超高压脉冲式射流进行辅助破岩，可以大大提高破岩效率，延长钻头使用寿命，提高机械钻速。附图说明附图1是本技术的上部分的结构示意图；附图2是本技术的下部分的结构示意图；附图3是本技术装置A-A处的剖面示意图；附图4是本技术装置B-B处的剖面示意图；附图5是本技术装置C-C处的剖面示意图；上图中:上部转换接头1、钻井液过滤器2、钻井液分流器3、密封舱上部堵头4、密封舱入口单向阀5、测试孔螺母6、调节环7、密封舱内筒8、密封舱出口单向阀9、密封舱总成外筒10、密封舱出口单向阀外筒11、超高压密封总成12、柱塞13、密封舱下部密封压套14、密封舱下部固定花键15、六方孔转接套筒16、传扭过流结构17、下部接头18、弹簧保护套筒19、弹簧20、弹簧限位滑块21、弹簧腔下部密封总成22、装置下部接头23、超高压流道接头24、超高压钻头25。具体实施方式参照附图1-5，对本技术做进一步的描述:本技术主要由上部受力承压总成、传扭承压总成、弹性复位元件总成、增压缸体、超高压钻井液传输总成及超高压钻头组成；所述上部受力传递总成是由上部转换接头1、钻井液过滤器2、钻井液分流器3、密封舱上部堵头4、六方孔转接套筒16、下部接头18、弹簧保护套筒19连接而成；所述的传扭承压总成由传扭过流结构17、装置下部接头23连接而成；所述的增压缸体由密封舱上部堵头4、密封舱入口单向阀5、测试孔螺母本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统，其特征是：包括上部受力承压总成、传扭承压总成、弹性复位元件总成、增压缸体、超高压钻井液传输总成及超高压钻头；所述上部受力承压总成是由上部转换接头（1）、钻井液过滤器（2）、钻井液分流器（3）、密封舱上部堵头（4）、六方孔转接套筒（16）、下部接头（18）、弹簧保护套筒（19）连接而成；所述的传扭承压总成由传扭过流结构（17）、装置下部接头（23）连接而成；所述的增压缸体由密封舱上部堵头（4）、密封舱入口单向阀（5）、测试孔螺母（6）、调节环（7）、密封舱内筒（8）、密封舱出口单向阀（9）、密封舱总成外筒（10）、密封舱下部密封压套（14）、密封舱下部固定花键（15）组成；所述弹性复位元件总成由弹簧（20）、弹簧限位滑块（21）、弹簧腔下部密封总成（22）组成；所述超高压钻井液传输总成由柱塞（13）、超高压流道接头（24）、金属超高压钻井液流道组成；所述超高压钻头为装有超高压软管和超高压喷嘴的钻头。

【技术特征摘要】
1.一种井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统，其特征是:包括上部受力承压总成、传扭承压总成、弹性复位元件总成、增压缸体、超高压钻井液传输总成及超高压钻头；所述上部受力承压总成是由上部转换接头(I)、钻井液过滤器(2)、钻井液分流器(3)、密封舱上部堵头(4)、六方孔转接套筒(16)、下部接头(18)、弹簧保护套筒(19)连接而成；所述的传扭承压总成由传扭过流结构(17)、装置下部接头(23)连接而成；所述的增压缸体由密封舱上部堵头(4)、密封舱入口单向阀(5)、测试孔螺母(6)、调节环(7)、密封舱内筒(8)、密封舱出口单向阀(9 )、密封舱总成外筒(10 )、密封舱下部密封压套(14)、密封舱下部固定花键(15)组成；所述弹性复位元件总成由弹簧(20)、弹簧限位滑块(21)、弹簧腔下部密封总成(22)组成；所述超高压钻井液传输总成由柱塞(13)、超高压流道接头(24)、金属超高压钻井液流道组成；所述超高压钻头为装有超高压软管和超高压喷嘴的钻头。2.根据权利要求1所述的井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统，其特征是:所述的增压缸体固定于上部受力承压总成内，由密封舱下部固定花键(15)进行固定，钻进过程中的扭矩通过上部受力承压总成中六方孔转接套筒(16)传递给传扭承压总成中的传扭过流结构(17)，进而带动钻头旋转钻进；同时该连接为六方孔配合连接，上部受力承压总成与传扭承压总成在传递扭矩的同时也可以进行轴向的相对运动。3.根据权利要求1所述的井底超高压脉冲射流辅助破岩提速系统，其特征是:常压钻井液是通过钻井液分流器(3)流入常压钻井液流道的，该常压钻井液流道分为两部分；上半部分是由上部受力承压总成与密封舱总成外筒(10)组成的环空流道，出口为密封舱下部固定花键(15);下半部分是由传扭过流结构(17)和柱塞(13)组成的环空流道，入口为传扭过流结构(17)的上部开口。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：管志川，刘永旺，许玉强，张洪宁，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：实用新型
国别省市：