[發明專利]水力脈沖振動沖擊裝置及其鉆井裝置

在審

• 申請號: 202010161745.1
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111255379A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 史懷忠;陳振良;李碩文;宋恒宇;紀照生;趙賀謙;劉才庚;嵇然
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24;E21B4/14
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張印鐸;陳燁

本申請公開一種水力脈沖振動沖擊裝置及其鉆井裝置，其中，一種水力脈沖振動沖擊裝置，包括：脈沖發生單元；所述脈沖發生單元能夠周期性地改變過流面積以將流過的液體調制為脈沖射流；軸向振動沖擊單元；所述軸向振動沖擊單元能被所述脈沖射流所推動做軸向往復運動。所述脈沖發生單元包括：動力機構、以及脈沖機構；所述動力機構包括渦輪定子以及渦輪轉子；所述脈沖機構包括動盤閥以及固定不動的定盤閥；所述渦輪轉子通過中心軸連接所述動盤閥；所述動盤閥相對于所述定盤閥轉動時將過流面積改變。該水力脈沖振動沖擊裝置及其鉆井裝置，以能夠給鉆頭施加穩定均勻的軸向振動，提高鉆頭的破巖效率，同時保持鉆頭平穩鉆進，進而提升鉆井速度。

技術領域

本發明涉及石油鉆井技術領域，特別涉及一種水力脈沖振動沖擊裝置及其鉆井裝置。

背景技術

由于對油氣資源的需求不斷增加，淺層地區的油氣資源量己經不能夠滿足需求，油氣鉆井向著深井甚至是超深井發展，鉆井過程越來越多的遇到硬地層和復雜巖層，從而影響鉆進的速度。另外，在鉆遇硬地層時，由于地層巖石具有強研磨性，就會出現鉆井效率低，鉆頭壽命短，鉆井周期長，鉆井成本高的問題，制約著整體開發的效益。

振動沖擊鉆井技術是在常規的旋轉鉆井的基礎上發展起來的鉆井新技術，其在鉆頭的上面連接振動沖擊器。工作過程中，沖擊器就會產生縱向的周期性的沖擊載荷，然后再通過鉆頭將載荷作用到地層上，達到沖擊載荷和靜壓旋轉共同作用破碎巖石的效果，由于振動沖擊器的作用產生的周期性沖擊載荷通過鉆頭作用到地層巖石上面，使得巖石產生體積破碎，從而大大的提高了鉆井的速度。另外，振動沖擊器在工作的過程中產生高頻率的沖擊周期性的作用到鉆頭上，可以減少或者消除鉆頭工作中可能產生的粘滑振動。這樣，一方面可以提高機械鉆速；另一方面，在一定程度上保護了鉆頭，延長了鉆頭的使用時間，起下鉆的次數也會減少，從而降低了石油鉆井的成本。

但是，振動沖擊鉆井技術尚未大面積推廣使用，該鉆井技術與裝置的研究也相對滯后，導致目前鉆井成本和速度不高。

發明內容

本申請的一個目的是提供一種水力脈沖振動沖擊裝置及其鉆井裝置，以能夠給鉆頭施加穩定均勻的軸向振動，提高鉆頭的破巖效率，同時保持鉆頭平穩鉆進，進而提升鉆井速度。

為達到上述目的，本申請采用如下技術方案：

一種水力脈沖振動沖擊裝置，包括：

脈沖發生單元；所述脈沖發生單元能夠周期性地改變過流面積以將流過的液體調制為脈沖射流；

軸向振動沖擊單元；所述軸向振動沖擊單元能被所述脈沖射流所推動做軸向往復運動。

作為一種優選的實施方式，所述脈沖發生單元包括：動力機構、以及脈沖機構；所述動力機構包括渦輪定子以及渦輪轉子；所述脈沖機構包括動盤閥以及固定不動的定盤閥；所述渦輪轉子通過中心軸連接所述動盤閥；所述動盤閥相對于所述定盤閥轉動時將過流面積改變。

作為一種優選的實施方式，所述水力脈沖振動沖擊裝置包括外管；所述脈沖發生單元安裝在所述外管內；其中，

所述動盤閥固定在所述中心軸的下端；所述動力機構固定套設于所述中心軸外；所述外管內固定有盤閥座；所述定盤閥固定在所述盤閥座中；所述動盤閥可轉動地位于所述定盤閥的上方。

作為一種優選的實施方式，所述中心軸外在所述動力機構的上方還套設有第一扶正軸承以及在所述動力機構的下方還套設有第二扶正軸承；所述渦輪轉子和所述中心軸通過渦輪轉子卡環鎖緊；所述渦輪轉子卡環的上方通過卡簧限位；所述渦輪定子通過渦輪定子卡環鎖緊固定在所述外管內；所述渦輪定子卡環與所述外管通過螺紋連接；所述渦輪轉子卡環與所述中心軸通過螺紋連接；所述中心軸的上端和所述外管之間設有懸掛轉動單元。