[发明专利]一种脉冲钻压发生器

说明书

本发明涉及一种脉冲钻压发生器，所述发生器由脉冲液压发生系统和冲击式钻压传递系统组成，所述脉冲液压发生系统包括上接头、上壳体、扶正轴承、螺旋涡轮和轴阀系统，所述轴阀系统包括涡轮轴、轴承、轴承端盖、阀芯、阀座和平衡套，所述冲击式钻压传递系统包括下接头、下壳体、碟簧组和承压头，所述发生器通过形成周期性脉冲液压并将该液压传递到钻头形成周期性波动的钻压，钻压传递系统设计结构简单，碟簧组在周期性变化的液体压力作用下将发生周期性压缩与弹性恢复，可直接将脉冲液压作用力传递到井底钻头，压力传递速度快、效率高。

技术领域

本发明涉及一种可产生周期性脉冲液压并将该液压传递到钻头形成周期性波动钻压的脉冲钻压发生器，属石油天然气开发过程中钻井井下冲击式提速工具技术领域。

背景技术

经过多年勘探开发，我国浅层油气资源储量不断减少，钻井开发工程逐渐转向深部地层、非常规油气资源及海上油气田等以碳酸盐岩等硬岩油层为主的地区发展，存在地层温度高、钻井循环介质压力损耗大、钻压不能有效施加、机械钻速低等难题。常规钻井作业中，钻压通常由钻柱重量施加，结合水力喷射作用清理岩屑，而在深井、超深井钻进时，沿程水力损失大幅增加，在地面机泵功率不变的条件下，井底钻头可用水马力急剧下降，导致水力破岩、清岩能力也大大降低，使得井底岩屑不能及时清除而发生重复破碎，甚至造成钻头泥包，导致破岩钻进效率降低、机械钻速下降。冲击式钻井技术可在钻头上形成具有一定频率的冲击功，配合周向旋转扭矩在井底形成旋冲切削破岩效果，改变井底岩石的受力状态，结合硬质岩层本身抗冲击载荷能力差的特点，在间歇式冲击载荷作用下形成剪切破岩，并可使岩石表面的裂纹裂隙持续扩展，降低其机械强度，有利于提高破岩钻进的机械钻速、提高工作效率，本发明提供脉冲钻压发生器，本发明的脉冲钻压发生器可通过产生周期性的液体脉冲压力并由钻压传递系统形成作用在井底钻头上的脉冲式钻压，配合钻机或井下动力钻具提供的旋转扭矩可在井底实现旋冲钻进的作业方式，以提高机械钻速、提高钻井工作效率。

发明内容

针对当前冲击式钻井钻压发生器抗冲击载荷能力差、工作效率低和压力传递速度慢问题，本发明提供一种脉冲钻压发生器，可通过产生周期性的液体脉冲压力并由钻压传递系统形成作用在井底钻头上的脉冲式钻压，配合钻机或井下动力钻具提供的旋转扭矩可在井底实现旋冲钻进的作业方式，以提高机械钻速、提高钻井工作效率。

一种脉冲钻压发生器，所述发生器由脉冲液压发生系统和冲击式钻压传递系统组成，所述脉冲液压发生系统包括上接头、上壳体、扶正轴承、螺旋涡轮和轴阀系统，上壳体上端与上接头螺纹连接，扶正轴承、螺旋涡轮和轴阀系统自上而下依次连接上壳体内部的涡轮轴上，涡轮轴上端连接分水头，扶正轴承与螺旋涡轮之间设置有涡轮定位套，所述轴阀系统包括涡轮轴、轴承、轴承端盖、阀芯、阀座和平衡套，所述轴承端盖、轴承和阀芯依次设置在涡轮轴下端，所述阀芯内部通过中心螺纹与涡轮轴连接，所述阀芯与轴承之间设置阀芯定位套，所述平衡套套接于阀芯定位套外壁，所述上壳体下端内侧面设置上壳体台阶面，所述阀座设置于上壳体台阶面上，所述阀座与平衡套之间设置阀座定位套，所述阀芯上设置有阀芯过流孔，阀座上设置阀座过流孔，所述涡轮轴下端设置有轴向沉孔和径向通孔，在所述阀芯定位套上与涡轮轴径向通孔相对应的位置处设置有中心孔，阀芯定位套、阀芯和平衡套构成一个压力平衡腔，所述冲击式钻压传递系统包括下接头、下壳体、碟簧组和承压头，所述下壳体上端与上壳体下端螺纹连接，所述下接头深入下壳体内部与承压头螺纹连接，所述碟簧组设置在承压头下端且套设在下接头上，所述下接头中部设置有下接头台阶面，所述下接头台阶面外侧为方形棱柱体结构。

进一步地，所述方形棱柱体结构为六方形或花键结构。

进一步地，所述螺旋涡轮为轴流式螺旋涡轮，且在其螺旋翼片上端设置有导流结构。

进一步地，所述阀芯过流孔下端面与阀座过流孔上端面间设置有轴向装配间隙。

进一步地，所述阀芯、阀座、螺旋涡轮可更换，所述阀芯过流孔和阀座过流孔的机构为扇形或椭圆形。

本发明有益效果：