[發(fā)明專利]水力脈沖空化射流發(fā)生裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010141190.0
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101824965A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李根生;史懷忠;申瑞臣;牛繼磊;黃中偉;田守嶒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(北京);中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院;中國石油大學(華東)
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 董惠石

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于鉆井作業(yè)的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，尤其是一種 便于維修更換內(nèi)部零件、具有良好的潤滑和密封性能、能有效提高葉輪軸的使 用壽命的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置。

背景技術(shù)

水力脈沖空化射流鉆井裝置是實現(xiàn)水力脈沖空化射流鉆井技術(shù)的一個重要 部件，鉆井時該裝置安裝在鉆頭和鉆鋌之間，或鉆頭與井下動力鉆具之間，將 鉆鋌或井下動力鉆具流出的連續(xù)流動鉆井液轉(zhuǎn)變成脈沖空化射流，脈沖空化射 流經(jīng)鉆頭噴嘴射至井底，產(chǎn)生水力脈沖、空化空蝕、瞬時負壓3種效應(yīng)，從而 改變井底流場及巖石受力狀態(tài)，從而提高機械鉆速。

本案申請人，在中國專利申請第“200610098598.8”號就公開了一種“水 力脈沖空化射流鉆井裝置、方法及鉆頭”，該水力脈沖空化射流鉆井裝置在鉆進 過程中流經(jīng)導流部的鉆井液連續(xù)沖擊葉輪座中的葉輪，葉片受到連續(xù)的切向力 作用而連續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)過程改變過流面積導致壓力及流速周期脈動變 化。水力脈沖空化射流鉆井過程中該裝置安裝在底部鉆具組合上，而井底由于 高溫、高壓、高流速、鉆井液成分復(fù)雜等因素，導致工作環(huán)境十分惡劣。通常 一個聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭正常工作時間在220小時以上，因此，為了與井下 工具配套，水力脈沖空化射流鉆井裝置在井下工作也必須超過220小時，而水 力脈沖空化射流鉆井裝置中最重要的一個環(huán)節(jié)就是葉輪軸的壽命，惡劣的井下 工作環(huán)境和高速旋轉(zhuǎn)致使葉輪軸磨損嚴重，甚至斷裂，將直接導致工具失效。 在該公知的水力脈沖空化射流鉆井裝置中，導流體、葉輪總成和振蕩噴嘴為依 次相互抵接嵌置在本體內(nèi)，通過鉆井液對樞設(shè)在葉輪總成內(nèi)的葉輪軸進行潤滑。 在井下極其惡劣的環(huán)境下，且密封狀態(tài)不佳，井下泥漿會容易的進入水力脈沖 空化射流鉆井裝置內(nèi)，而葉輪及葉輪軸高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量的熱，因此易于造 成葉輪軸的磨損，單靠鉆井液對葉輪的潤滑無法保障其使用壽命。另外，由于 在鉆井過程中，在公知的結(jié)構(gòu)中大量的泥漿會進入到水力脈沖空化射流鉆井裝 置內(nèi)，導致其內(nèi)設(shè)置的導流體、葉輪總成和振蕩噴嘴與本體之間卡死，在水力 脈沖空化射流鉆井裝置自井下取出維修時，對其內(nèi)部的各零件進行拆卸和更換 非常困難，致使整個部件報廢，從而提高了使用成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，使其便于維修 更換內(nèi)部零件，具有良好的潤滑和密封性能，以有效提高葉輪軸的使用壽命。

為此，本發(fā)明提出一種水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，包括：一中空柱狀本 體，所述本體的一端為流體入口段，另一端為流體出口段，在所述流體入口段 與流體出口段之間構(gòu)成容置腔，其內(nèi)依次設(shè)有導流體、葉輪總成和自激振蕩噴 嘴；所述葉輪總成具有葉輪座、葉輪、以及將所述葉輪樞設(shè)在葉輪座上的葉輪 軸；其特征在于，所述容置腔靠近流體出口段一側(cè)設(shè)有一環(huán)凸緣，所述凸緣朝 向所述流體入口段的一面構(gòu)成定位端面，所述自激振蕩噴嘴能抵接、定位于所 述定位端面；一頂部壓環(huán)設(shè)置在靠近所述本體的流體入口段一側(cè)，與所述本體 的容置腔通過螺紋連接并頂?shù)钟谒鰧Я黧w。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，所述頂部壓環(huán)、導流體、 葉輪總成、自激振蕩噴嘴、定位端面之間均設(shè)有密封墊片。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，所述容置腔的內(nèi)徑大于所 述導流體和葉輪總成的外徑，且所述容置腔的內(nèi)壁面與所述導流體和葉輪總成 的外周壁之間形成儲油室。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，所述容置腔的周壁上設(shè)有 一環(huán)擴徑的凹槽，所述凹槽位于所述儲油室內(nèi)，所述本體上設(shè)有與所述凹槽相 連通的注油孔，一注油螺栓能密封地旋合在所述注油孔內(nèi)。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，輪座的側(cè)壁上設(shè)有兩相對 置的貫通軸孔，所述軸孔的軸線與所述容置腔的縱軸線相垂直，所述軸孔形成 外部直徑大于內(nèi)部直徑的階梯孔。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，所述葉輪軸的兩端通過軸 套能轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述軸孔內(nèi)，所述軸套設(shè)置在由所述階梯孔的外部大直徑孔 構(gòu)成的軸套容置孔內(nèi)。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，所述軸套與所述階梯孔的 階梯面之間設(shè)有組合密封圈。

如上所述的水力脈沖空化射流發(fā)生裝置，其中，所述軸套容置孔設(shè)有內(nèi)螺 紋，所述軸套設(shè)有外螺紋，通過該內(nèi)、外螺紋所述軸套與所述葉輪座固定連接。