[发明专利]高频脉动液压发生器

说明书

本发明公开了一种高频脉动液压发生器，由二级活塞阀、传压孔、挡板、弹簧、一级活塞阀、一级过流孔、动阀、二级过流孔、定阀组成。一级过流孔构成的当量截流面积相对于二级过流孔构成的当量截流面积瞬间由大变小时，内部的液压力急剧升高，外壳体相对中心轴就会向上移动，并压缩弹簧。与此同时，液压力还作用在动阀上，瞬时高液压就会通过动阀、定阀、外壳体、下部钻具作用在钻头上，从而实现了柔性冲击的目的。高频脉动液压发生器安装在底部钻具组合中，距离钻头较近，利用液动能在钻头上产生高频低幅的柔性冲击力，既有利于提高钻头破岩效率，又能有效防止切削齿崩损，是一种结构简单、操作方便、成本低廉、安全可靠的新型工具。

技术领域

本发明的高频脉动液压发生器主要涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探装置领域。

背景技术

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探领域中，随着井深的不断增加，岩石越来越硬，严重制约了钻头的破岩效率。钻井实践证明，钻头旋转破岩的过程中，在钻头上施加一定频率的冲击力，能够有效提高钻头的破岩效率。常规冲击工具提供的是低频高幅冲击能量，一般都是刚性冲击能量，其破岩机理是利用较大幅值的冲击力在岩石表面产生较大裂纹，然后在钻头旋转的作用下使岩屑脱离井底，但在实际应用过程中发现，岩石越硬、冲击力越大时，初始时期内钻进效率显著提高，但随着时间的延长，钻进效率降低很快，其主要原因是冲击力造成钻头切削齿崩损，影响了破岩效率。国外研究表明，在钻头上施加高频低幅冲击能量时，不仅能够大幅提高钻进效率，而且不易损坏钻头切削齿，有利于延长钻头使用寿命，其机理在于，虽然较低幅值的冲击能量只在岩石表面产生较小的微裂纹，但在高频冲击的作用下，微裂纹扩展速率增加并连通形成较大裂纹，在钻头旋转的作用下岩屑脱离井底岩石母体。国内外资料调研分析表明，现有冲击辅助破岩工具产生的冲击频率不仅较低，而且都是刚性冲击，不能满足现场对于高频低幅冲击的工艺要求，因此，急需设计研制一种既能产生高频低幅冲击能量辅助提高钻头破岩效率，又能产生柔性冲击，防护钻头切削齿过早崩损，延长钻头使用寿命，同时还要满足现有钻井工艺的技术要求和设备要求，并且结构简单、成本低廉、维护方便的高频脉动液压发生器。

发明内容

本发明的目的为了最大限度的发挥高频低幅冲击能量的优势，达到辅助提高破岩效率，同时产生柔性冲击力，防止钻头切削齿过早崩损，延长钻头使用寿命，并且降低成本，改善井眼质量，提高井下安全性，提供高频脉动液压发生器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

高频脉动液压发生器，包括上接头、中心轴、外壳体、下接头，其中：上接头连接在中心轴的上端，中心轴上部套装在外壳体内部，中心轴与外壳体之间通过花键副构成轴向滑动密封配合，中心轴内部设有中心孔，中心轴上沿径向设有传压孔和挡板，传压孔位于挡板的上部；外壳体内部沿轴向间隔设置二级活塞阀和一级活塞阀，二级活塞阀位于传压孔上部，一级活塞阀位于挡板下部，在一级活塞阀和挡板之间设有弹簧，传压孔与二级活塞阀、挡板之间的空间连通；中心轴连同挡板与外壳体及外壳体内设置的二级活塞阀和一级活塞阀构成轴向滑动密封配合；在外壳体下端部固定设有定阀，定阀上加工数个二级过流孔，在定阀上表面设有动阀，动阀上加工数个一级过流孔，动阀轴向固定有叶轮，动阀连同叶轮与定阀构成旋转配合；下接头设在外壳体下端部。

上述方案进一步包括：

叶轮上部安装导流模块。

所述传压孔数量是三组或三组以上，均布在中心轴上。

所述传压孔均为倾斜向下。

所述动阀每个一级过流孔不均匀分布，所述定阀每个二级过流孔不均匀分布。

所述动阀每个一级过流孔的直径相同或者不相同；所述定阀每个二级过流孔的直径相同或者不相同。

所述动阀下表面与定阀上表面均镶嵌防磨片。

所述中心轴与外壳体之间花键副所处的空间内充满润滑油。