[發明專利]錐形齒輪組換向井下脈沖射流增壓裝置

有效

• 申請號: 201310413259.4
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103452482A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 史懷忠;劉爽;李根生;黃中偉;王海柱;蘭啟超;趙偉杰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B7/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

發明專利涉及一種深井、超深井提速鉆井裝置，該裝置具有井下增壓和產生脈沖空化射流雙功能，可以提高深井鉆井速度。

背景技術

隨著石油天然氣資源向深部地層的勘探與開發，深井、超深井成為鉆井的難題，機械鉆速低、鉆井成本高是其顯著特征。超高壓射流技術聯合機械破巖是高效破巖的有效手段之一，目前已有的增壓裝置包括靜壓式增壓裝置、射流式增壓裝置、減震增壓裝置等，這些增壓裝置的內部結構復雜，不能確保連續動力源為鉆井液增壓提供動力，且內部元件振動沖擊和磨損較大，工作壽命較短。在深井鉆井中，如果增壓裝置能夠獲得持續的動力來源，那樣就可以實現連續增壓的效果。目前，國內已有螺桿馬達增壓裝置，結構簡單，但其換向機構都是通過元件之間滑動接觸實現動力轉換，沒有良好的潤滑系統，直接裸露在鉆井液的環境中，鉆井液中顆粒會增加換向機構的損壞程度，這對工具元件使用壽命影響很大，因此影響了工具在井下的連續作業時間。

水力脈沖空化射流能夠產生水力脈沖、空化空蝕、瞬時負壓三種效應，從而改變井底流場和巖石的受力狀態，能夠提高機械鉆速。

基于以上分析，為了克服現有增壓裝置換向機構元件滑動接觸磨損的不足，并結合成熟的脈沖空化射流技術，設計了錐形齒輪組換向井下脈沖射流增壓裝置，該裝置不僅將換向機構改為齒輪咬合傳動，降低裝置內部元件的磨損，而且能產生高效破巖的脈沖空化射流。

發明內容

本發明的目的是提供一種可靠的井下增壓提速裝置，將部分鉆井液進行井下增壓，經柱塞總成和空化噴嘴作用最終產生超高壓脈沖空化射流，在深井鉆井中提高射流輔助破巖效率。本發明通過螺桿馬達為井下增壓提供了連續動力源，降低對外部環境的依賴，克服增壓裝置因內部零件磨損導致壽命短和不能持續提供增壓效果的缺陷，并利用脈沖空化射流高效破巖的能力。

本發明專利解決其技術問題所采用的技術方案是：整個裝置分為旁通閥總成、動力總成、換向機構總成和增壓空化總成四部分。該裝置自上向下具體安裝有：旁通閥、螺桿馬達、傳動裝置、錐形齒輪組換向機構、連桿、過濾筒、柱塞、柱塞缸體、進液閥、排液閥、空化噴嘴。錐形齒輪組換向機構是由一組錐形齒輪和一個曲軸連桿機構構成，主動齒輪與傳動裝置同軸相連，帶動從動齒輪運動，曲軸與從動齒輪同軸相連，從動齒輪帶動曲軸運動，從而帶動連桿上下往復運動。螺桿馬達作為該裝置的動力源，傳動裝置上端連接螺桿馬達，下端連接錐形齒輪組換向機構。螺桿馬達通過傳動裝置帶動錐形齒輪組換向機構的主動齒輪一起旋轉，通過從動齒輪與曲軸連桿的作用將螺桿馬達的旋轉運動轉換為上下往復運動，從而帶動過濾筒和柱塞作上下往復運動，實現對部分鉆井液增壓至超高壓鉆井液，由于柱塞的往復運動，增壓的鉆井液呈脈沖式流動，并且通過裝置底部空化噴嘴形成超高壓脈沖空化射流，大幅提高破巖效率，提高鉆井速度。

本發明采用技術成熟的螺桿馬達技術和水力脈沖空化射流技術。所設計的錐形齒輪組換向機構，結構簡單，密封性強，潤滑效果好，磨損低，使用壽命長。柱塞上端所安裝的過濾筒，防止巖屑等顆粒進入，減少對單向閥、柱塞缸體和噴嘴的磨損。進液閥安裝在柱塞內部，排液閥和空化噴嘴設計安裝在柱塞缸體內部，減小了裝置體積。

附圖說明

下面結合附圖和實施實例對本發明進一步說明

圖1為本發明專利的裝置縱剖面構造圖；

圖2為圖1中A-A圖，為從主視圖中換向總成殼體斷面圖。

圖中1.旁通閥，2.螺桿馬達，3.傳動裝置，4.錐形齒輪組換向機構，5.主動錐形齒輪，6.從動錐形齒輪，7.曲軸，8.連桿，9.過濾筒，10.濾砂網，11.防滑銷釘，12.柱塞，13.柱塞缸體，14.進液閥，15.排液閥，16.空化噴嘴，17.噴嘴套螺母。

具體實施方式