[发明专利]锥形齿轮组换向井下脉冲射流增压装置

说明书

技术领域

发明专利涉及一种深井、超深井提速钻井装置，该装置具有井下增压和产生脉冲空化射流双功能，可以提高深井钻井速度。

背景技术

随着石油天然气资源向深部地层的勘探与开发，深井、超深井成为钻井的难题，机械钻速低、钻井成本高是其显著特征。超高压射流技术联合机械破岩是高效破岩的有效手段之一，目前已有的增压装置包括静压式增压装置、射流式增压装置、减震增压装置等，这些增压装置的内部结构复杂，不能确保连续动力源为钻井液增压提供动力，且内部元件振动冲击和磨损较大，工作寿命较短。在深井钻井中，如果增压装置能够获得持续的动力来源，那样就可以实现连续增压的效果。目前，国内已有螺杆马达增压装置，结构简单，但其换向机构都是通过元件之间滑动接触实现动力转换，没有良好的润滑系统，直接裸露在钻井液的环境中，钻井液中颗粒会增加换向机构的损坏程度，这对工具元件使用寿命影响很大，因此影响了工具在井下的连续作业时间。

水力脉冲空化射流能够产生水力脉冲、空化空蚀、瞬时负压三种效应，从而改变井底流场和岩石的受力状态，能够提高机械钻速。

基于以上分析，为了克服现有增压装置换向机构元件滑动接触磨损的不足，并结合成熟的脉冲空化射流技术，设计了锥形齿轮组换向井下脉冲射流增压装置，该装置不仅将换向机构改为齿轮咬合传动，降低装置内部元件的磨损，而且能产生高效破岩的脉冲空化射流。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠的井下增压提速装置，将部分钻井液进行井下增压，经柱塞总成和空化喷嘴作用最终产生超高压脉冲空化射流，在深井钻井中提高射流辅助破岩效率。本发明通过螺杆马达为井下增压提供了连续动力源，降低对外部环境的依赖，克服增压装置因内部零件磨损导致寿命短和不能持续提供增压效果的缺陷，并利用脉冲空化射流高效破岩的能力。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：整个装置分为旁通阀总成、动力总成、换向机构总成和增压空化总成四部分。该装置自上向下具体安装有：旁通阀、螺杆马达、传动装置、锥形齿轮组换向机构、连杆、过滤筒、柱塞、柱塞缸体、进液阀、排液阀、空化喷嘴。锥形齿轮组换向机构是由一组锥形齿轮和一个曲轴连杆机构构成，主动齿轮与传动装置同轴相连，带动从动齿轮运动，曲轴与从动齿轮同轴相连，从动齿轮带动曲轴运动，从而带动连杆上下往复运动。螺杆马达作为该装置的动力源，传动装置上端连接螺杆马达，下端连接锥形齿轮组换向机构。螺杆马达通过传动装置带动锥形齿轮组换向机构的主动齿轮一起旋转，通过从动齿轮与曲轴连杆的作用将螺杆马达的旋转运动转换为上下往复运动，从而带动过滤筒和柱塞作上下往复运动，实现对部分钻井液增压至超高压钻井液，由于柱塞的往复运动，增压的钻井液呈脉冲式流动，并且通过装置底部空化喷嘴形成超高压脉冲空化射流，大幅提高破岩效率，提高钻井速度。

本发明采用技术成熟的螺杆马达技术和水力脉冲空化射流技术。所设计的锥形齿轮组换向机构，结构简单，密封性强，润滑效果好，磨损低，使用寿命长。柱塞上端所安装的过滤筒，防止岩屑等颗粒进入，减少对单向阀、柱塞缸体和喷嘴的磨损。进液阀安装在柱塞内部，排液阀和空化喷嘴设计安装在柱塞缸体内部，减小了装置体积。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明

图1为本发明专利的装置纵剖面构造图；

图2为图1中A-A图，为从主视图中换向总成壳体断面图。

图中1.旁通阀，2.螺杆马达，3.传动装置，4.锥形齿轮组换向机构，5.主动锥形齿轮，6.从动锥形齿轮，7.曲轴，8.连杆，9.过滤筒，10.滤砂网，11.防滑销钉，12.柱塞，13.柱塞缸体，14.进液阀，15.排液阀，16.空化喷嘴，17.喷嘴套螺母。

具体实施方式