[实用新型]一种井下射流辅助钻井提速装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种井下射流辅助钻井提速装置，属于石油钻井技术领域。 

背景技术

钻井工程就是通过一系列的工具和技术开凿出通往地下的通道。目前钻井技术主要用于石油、天然气、地热、地下水等资源开采，这是钻井工程最主要的应用，比例也高达98%以上，此外钻井工程还被用于核废料处理、CO₂的深层储存等一些前沿科学领域。随着钻井深度和难度的增加，对钻井技术本身也提出新的要求。特别是深井、超深井，钻井工程的主要难点是机械钻速低、钻井周期长、钻井费用高。提高钻头破岩效率、提高钻井速度、缩短周期是钻井技术一直追求的目标。 

钻井工程最重要的一步是破碎岩石。破碎岩石所需要能量来自地表，能量通过钻井液、钻杆传递到下部钻头，钻头直接破岩。过去几十年间出现了一批技术用于提高钻头破岩效率的技术，如井下增压泵、脉冲射流等。井下增压泵是通过液缸活塞将部分钻井液增压至超高压状态，通过专门的流道从钻头水眼中喷射出高速射流，这种射流速度超过200m/s，高速射流能启到很好的辅助破岩作用。脉冲射流提速技术是将钻井液的连续流动转动成一定频率的间歇流动。通过这种转换钻井液在钻头水眼的出口速度大幅提高，这种速度的提高直接带来射流冲击效率的提高，水力破岩效率得到提高。脉冲射流效应改变井底岩屑床的分布，提高了井底钻头部岩屑上返速度，避免了岩屑的重复破碎。井底增压泵钻头水眼产生高速 射流，对硬地层效果显著，机械钻速提高明显，但存在寿命不足的缺点；脉冲射流能高效地清理岩屑，能有效提高钻头进尺。 

发明内容

本实用新型提供一种井下射流辅助钻井提速装置。 

一种井下射流辅助钻井提速装置，包括外壳体、轴承、上固定孔板、导流叶片、配合筒、下固定孔板、中心通孔轴、转动密封块、偏心轴、周期导流板、液缸、活塞、弹簧、脉冲导流管、高压导流孔； 

扰流通孔与液缸上腔相连，扰流盲孔与脉冲导流管相连； 

外壳体上部通过螺纹与钻井管柱相连接，下部通过下接头螺纹直接与钻头相连接；井下射流辅助钻井提速装置包括外壳体、涡轮动力系统、脉冲调制系统、液缸活塞增压系统； 

内部有圆形和多边形阶梯孔；多边形孔为正六边形或正八边形，孔当量直径或直径从上至下依次减少；外壳体上、下端有用于与钻井管柱和钻头连接的内螺纹；外壳体内部孔从上至下分别安装了涡轮动力系统、脉冲调制系统和液缸活塞增压系统； 

涡轮动力系统包括固定孔板、轴承、中心通孔轴、导流叶片、配合筒；固定孔板外形为多边形；固定孔板中心有圆形通孔用于固定轴承；固定孔板上面还开有一系列通孔，这些通孔是钻井液的流动通道；涡轮动力系统中有上下两块固定孔板，两块孔板上下间距为50-2000mm；固定孔板中心圆孔与通过配合轴承外径连接；轴承内径通过配合与中心通孔轴相连接；中心通孔轴长度大于上下固定孔板间的距离；中心通孔轴上端面与上固定孔板上表面重合，中心通孔轴下端面距离下固定孔板下表面50-1000mm；上固定孔板下表面与下固定孔板上表面间的中心通孔轴上通过焊接的方式与导流叶片相连接；导流叶片外径与外壳体内孔间安装配合 筒；配合筒外形为多边形，其具体边数量及其边长与外壳体内孔边数及边长相等；配合筒内有圆形通孔，其直径大于导流叶片旋转当量直径；钻井液通过上固定孔板的导流孔后冲击导流叶片； 

脉冲调制系统由偏心轴、转动密封块和周期导流板组成；周期导流板外形为多边形，其边数及边长与外壳体内孔的边数及边长相等；在距离板中心一定偏心位置有扰流通孔和扰流盲孔，扰流通孔和扰流盲孔是钻井液流动的通道；偏心轴上端与中心通孔轴通过螺纹或焊接的方式连接，下端通过焊接或螺纹与转动密封块相连；转动密封块为圆形或多边形，安装后其中心与扰流通孔和扰流盲孔同心；周期导流板上有2个扰流通孔和2个扰流盲孔；扰流通孔下部于液缸相连；扰流盲孔与脉冲流道相连； 

液缸活塞增压系统由液缸、活塞、弹簧、液压开关阀组成；脉冲流体通过扰流通孔进入液缸推动活塞向下运动，活塞上端面面积大于活塞下端面面积。 

本实用新型的优势在于对钻井工艺工程无需修改、在不增加地面机泵功率的情况下能有效的提高破岩效率。此外井下射流辅助钻井提速装置尺寸小、安装便捷、成本低、适用范围广、具有广阔的应用前景，特别是对中深度地层硬度高、研磨性强的地层。