專利名稱：石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，屬于鉆進機械技術領域。
背景技術：
石油天然氣鉆井工程作業中高壓水射流技術的問世標志著人們更加重視向井下輸送水力能量和充分利用井下水力能量的新方法。有效利用井下水力能量，實現鉆井速度的提高，并降低鉆井工程成本，是這ー研究方向的新思維。因而有學者提出利用井下工具抽吸環空流體至鉆桿內，實現增加井底水力能量的目的。目前，國內在研究的ー些井下流量自增裝置，主要是利用自激振蕩產生負壓抽吸 或通過鉆進時鉆頭振動形成的抽吸作用，達到引入環空流體的目的，以增大井下水力能量和提高機械鉆速。然而，自激振蕩腔室卷吸流場紊亂，抽吸效果不明顯；井底鉆頭振動雜亂無章，抽吸不穩定，均未有效實現流量自增。
發明內容本實用新型需要解決技術問題是，克服背景技術的不足，改善裝置充分利用上部水力能量提供ー種抽吸效果更明顯的自增流量裝置。本實用新型的技術方案是井下水力活塞自增流量裝置包括，外殼、扶正臺階、上花鍵槽、外筒單向閥、中心活塞桿、中心桿流入孔、上腔、限位臺階、吸入腔、射流噴嘴、活塞圓盤、活塞單向閥、中心桿流出孔、承噴腔、承噴ロ、汲流腔、下花鍵槽、支撐托、底孔、下接頭、下接頭中心孔。外売上下端有連接螺紋，裝置通過螺紋連接上部鉆具和下接頭。外殼內部相應位置設有扶正臺階，扶正臺階與中心活塞桿接觸位置設有上花鍵槽，通過花鍵配合固定中心活塞桿并傳遞扭矩。扶正臺階上方腔室為上腔，可以匯集上部流入流體，其下方腔體被活塞圓盤分成了吸入腔和汲流腔，圓盤上方為吸入腔，下方為汲流腔。活塞圓盤為中心活塞桿的一部分，與外殼接觸地方通過盤根密封，圓盤上對稱安裝有兩個活塞單向閥，連通吸入腔和汲流腔。吸入腔外壁上對稱安裝有兩個外筒單向閥，外筒單向閥使流體只能從外殼外部流入吸入腔，外筒單向閥裝有過濾網，防止環空內鉆井液中巖屑等固態顆粒進入裝置內部，堵塞流道。汲流腔通過底孔將所匯集流體流入下接頭中心孔，進而流入下部鉆具。下接頭與外殼底部通過螺紋連接，而且部分伸入汲流腔形成支撐托，對中心活塞桿起支撐作用，并在相應位置設有下花鍵槽，通過花鍵配合固定中心活塞桿。中心活塞桿上部伸入上腔內部，其頂部正對上腔流道中心，桿上部相應位置對稱開有兩個中心桿流入孔，允許上腔中流體進入，中心活塞桿內腔。中心活塞桿內腔中部設有射流噴嘴，從噴嘴噴出的流體直接流入承噴腔，進而沖擊支撐托。承噴腔上部設有承噴ロ，并在射流噴嘴與承噴ロ之間的中心活塞桿上對稱開有兩個中心桿流出孔，允許活塞內腔內流體流入汲流腔中。中心活塞桿上部對稱開有兩個中心桿流入孔，上腔內流體可以通過中心桿流入孔流入中心活塞桿內腔，中心活塞桿下部有支撐托，活塞圓盤與中心活塞桿為一體，隨中心活塞桿運動。吸入腔中的中心活塞桿外壁上有限位臺階，防止中心活塞桿向上運動行程過大。本裝置解決了目前鉆井エ況下井下自增流量和脈沖射流難題，其優點如下(I)充分利用上部鉆井液動能產生抽吸作用，吸入環空流體，増加鉆頭處射流流量，達到水力增壓的目的；(2)活塞上下反復運動，形成脈沖循環，產生脈沖射流，改善井底流場，提高了射流的沖刷和攜巖能力，從而提聞井底剝巖和凈化效率；(3)裝置制造簡單，成本低廉，系統工作穩定，可廣泛應用于鉆井作業領域。

附圖是本裝置結構示意圖。 其中1.外殼、2.扶正臺階、3.上花鍵槽、4.外筒單向閥、5.中心活塞桿、6.中心桿流入孔、7.上腔、8.限位臺階、9.吸入腔、10.射流噴嘴、11.活塞圓盤、12.活塞單向閥、13.中心桿流出孔、14.承噴腔、15.承噴ロ、16.汲流腔、17.下花鍵槽、18.支撐托、19.底孔、20.下接頭、21.下接頭中心孔。
具體實施方式
井下水力活塞自增流量裝置包括外殼I、扶正臺階2、上花鍵槽3、外筒單向閥4、中心活塞桿5、中心桿流入孔6、上腔7、限位臺階8、吸入腔9、射流噴嘴10、活塞圓盤11、活塞單向閥12、中心桿流出孔13、承噴腔14、承噴ロ 15、汲流腔16、下花鍵槽17、支撐托18、底孔19、下接頭20、下接頭中心孔21。外殼I上部通過螺紋連接上部鉆具，接受上部流體。外殼I內部相應位置設有扶正臺階2，扶正臺階2與中心活塞桿5接觸位置預留上花鍵槽3通過花鍵配合固定中心活塞桿并傳遞扭矩。扶正臺階2上方腔室為上腔7，可以匯集上部流入流體，上腔7下方腔體被活塞圓盤11分成了吸入腔9和汲流腔16，活塞圓盤11上方為吸入腔9，下方為汲流腔16。活塞圓盤11為中心活塞桿5的一部分，與外殼I接觸地方通過盤根密封，活塞圓盤11上對稱安裝有兩個活塞單向閥12，連通吸入腔9和汲流腔16。吸入腔9外壁上對稱安裝有兩個外筒單向閥4，外筒單向閥4使流體只能從外殼I外部流入吸入腔9，外筒單向閥4裝有過濾網，防止環空內鉆井液中巖屑等固態顆粒進入裝置內部，堵塞流道。汲流腔16通過底孔19將所匯集流體流入下接頭中心孔21，進而流入下部鉆具。下接頭20下部通過螺紋連接下部鉆具，上部與外殼I底部通過螺紋連接，而且部分伸入汲流腔16形成支撐托18，對中心活塞桿5起支撐作用，并在下花鍵槽17處通過花鍵配合固定中心活塞桿5。中心活塞桿5上部伸入上腔7內部，其頂部正對上腔7流道中心，桿上部相應位置對稱開有兩個中心桿流入孔6，允許上腔7中流體進入中心活塞桿5內腔。中心活塞桿5內腔中部設有射流噴嘴10，從射流噴嘴10噴出的流體直接流入承噴腔14，進而沖擊支撐托18。承噴腔14上部設有承噴ロ 15，并在射流噴嘴10與承噴ロ 15之間的中心活塞桿5上對稱開有兩個中心桿流出孔13，允許中心活塞桿5內腔的流體流入汲流腔16中。吸入腔9中的活塞中心桿5外壁上有限位臺階8，防止中心活塞桿5向上運動行程過大。該裝置工作過程如下外殼I上下端有連接螺紋，裝置通過螺紋連接上部鉆具和下接頭20。當中心活塞桿5處于下限位置時，上部流體流入裝置，在上腔7內匯集，然后通過中心桿流入孔6流入中心活塞桿(5)內腔，在經過射流噴嘴10時，流體速度顯著增加，以高流速射入承噴腔14，對支撐托18產生高速沖擊。此時流體由于支撐托18的阻擋，會對中心活塞桿5形成反沖力，使得中心活塞桿5向上運動。承噴腔14內匯集的流體，通過位于射流噴嘴10和承噴口15之間的中心桿流出孔13流入汲流腔16。此時，吸入腔9體積減小，壓力增加，外筒單向閥4關閉，環空的流體不能通過外筒單向閥4進入吸入腔9。與此同時，汲流腔16體積增力口，壓力減小，吸入腔9和汲流腔16之間的壓差使得活塞圓盤11上的活塞單向閥12開啟，吸入腔9內的流體流入汲流腔16。吸入腔9內的流體在與中心桿流入孔13流入的流體匯集后，一部分通過底孔19和下接頭中心孔21，流入下接頭20所連接的下部鉆具，另一部分則存留在汲流腔16中。裝置出口射流流量減少，射流沖擊力減小。當中心活塞桿5向上運動到上限位置時，限位臺階8會卡在扶正臺階2上，阻止中心活塞桿5繼續向上運動。由于中心活塞桿5向上運動，上部流體流入上腔7的流道會不斷減小，上部流體對中心活塞桿5頂部產生的沖擊力不斷加大。上部流體對中心活塞桿5頂 部的沖擊力會使中心活塞桿5向下運動。當中心活塞桿5向下運動時，吸入腔9體積增加，內部壓力減小，外筒單向閥4開啟，環空的流體通過外筒單向閥4進入吸入腔9。同時汲流腔16體積減小，壓力增大，活塞單向閥12關閉，吸入腔9內的流體無法通過活塞單向閥12進入汲流腔16。之前存留在汲流腔16中的流體被活塞圓盤11壓入下部鉆具，裝置出口射流流量增大，射流沖擊力增加。在實際作業中，利用中心活塞桿5上下反復運動產生的抽吸力，把環空中的流體通過本裝置補給鉆頭處流量。這種反復運動導致鉆柱內部壓力不斷變化，使內部流場產生脈動變化，提高了射流的沖刷和攜巖能力，從而提高井底剝巖和凈化效率。
權利要求1.一種石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，其特征在于包括中心活塞桿(5)、中心桿流入孔(6)、上腔(7)、吸入腔(9)、活塞圓盤(11)、汲流腔(16)、支撐托(18)，中心活塞桿(5)上部對稱開有兩個中心桿流入孔(6)，上腔(7)內流體可以通過中心桿流入孔(6 )流入中心活塞桿(5 )內腔，中心活塞桿(5 )下部有支撐托(18 )，活塞圓盤(11)與中心活塞桿(5 )為一體，隨中心活塞桿(5 )運動。
2.根據權利要求I所述的石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，其特征在于活塞圓盤(11)把上腔(7)下方腔體分為吸入腔(9)和汲流腔(16)。
專利摘要一種石油天然氣鉆井用井下水力活塞自增流量裝置，其特征是它包括中心活塞桿、中心桿流入孔、上腔、吸入腔、活塞圓盤、汲流腔，中心活塞桿上部相應位置對稱開有兩個中心桿流入孔，允許上腔中流體進入中心活塞桿內腔，活塞圓盤為中心活塞桿的一部分。該裝置可利用上部水力能量沖擊帶動中心活塞桿上下往復運動產生抽吸作用，把環空中的鉆井液吸入到鉆柱內，增加鉆頭處流量，增大井下水力能量，提高機械鉆速，同時鉆頭周圍鉆井液的脈動也增加了鉆井液剝巖和攜巖的能力。該裝置結構簡單，制造成本低，適用于石油天然氣鉆井工程。
文檔編號E21B7/18GK202645429SQ20122007164
公開日2013年1月2日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者朱紅鈞, 林元華, 張繼川, 馮光, 曾德智, 王其軍, 張雙蕾 申請人:西南石油大學