射流振荡工具 |
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| 申请号 | CN201610986004.0 | 申请日 | 2016-11-09 | 公开(公告)号 | CN106368609A | 公开(公告)日 | 2017-02-01 |
| 申请人 | 西南石油大学; | 发明人 | 田家林; 李居瑞; 杨琳; 杨毅; 张堂佳; 林晓月; 朱志; | ||||
| 摘要 | 发明 名称 ：射流振荡工具本发明涉及一种射流振荡工具，本发明的射流振荡工具，包括上接头、振荡短节、壳体、下接头，其中振荡短节包括入口凹槽、入口、 喷嘴 、输入通道、凹劈、振荡室、反馈回路、出口以及出口凹槽等。当 流体 由入口进入喷嘴形成射流，由于射流元件的特殊结构，高速流体在振荡短节内部具有附壁、切换、漩涡等自然流体特性，即可产生射流振荡，从而使射流 振荡器 产生轴向冲击；同时使用多级射流 叠加 ，使振荡更加剧烈。本发明的射流振荡工具利用射流原理实现轴向振荡，可作为井下振动工具有效减少管柱与井壁之间的摩擦，提高井下作业效率；结构简单、可靠性好，无运动部件和弹性体，不受 温度 、 腐蚀 影响，适应性更广。 | ||||||
| 权利要求 | 1.射流振荡工具，其特征在于：所述的射流振荡工具包括上接头（1）、振荡短节（2）、壳体（3）、下接头（4），将振荡短节（2）安装到壳体（3）内部后，上接头（1）下端通过螺纹与壳体（3）连接，下接头（4）可通过螺纹与其他井下工具或者底部钻具组合的组件连接；所述振荡短节（2）由两个相同的半圆柱结构组合构成，流道开在两个相对的面上，钻井液流经振荡短节（2）时，产生轴向振荡。 |
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| 说明书全文 | 射流振荡工具技术领域[0001] 本发明涉及一种射流振荡工具，可作为井下振动工具，应用于油气井勘探开发、维护过程中的井下作业。 背景技术[0002] 随着世界经济的飞速发展，全球范围内油气资源勘探开发程度日益加剧，浅层油气资源已经不能满足人类经济发展的需要，进而使得油气资源勘探向深部发展，深井、超深井、水平井、大斜度井、大位移井和复杂结构井的数量不断增长。在这样的大趋势下，为了适应不同油气勘探开发需要，大斜度井、水平井、大位移井、多分支井、欠平衡钻井、连续管钻井等钻井新技术的发展日趋成熟，基本满足了勘探开发需求。但是在实际生产过程中，由于管柱所受重力方向与井眼轴线方向有很大偏差，井壁差异以及岩屑上返困难等原因，造成管柱与井壁之间的摩擦阻力较大，导致钻压传递困难，钻进效率低，固井难度大等，大大制约了井眼延伸和油气资源勘探开发。 [0003] 为减少管柱与井壁之间的摩擦阻力，缩短钻井周期，提高钻进效率与固井质量，国内外各大研究机构研制了各种各样的降摩阻工具，如水力振荡器、旋转冲击钻井工具、降摩阻短节等。在取得一定效果的同时，也暴露出诸多问题，如传统工具结构复杂、自身压耗较大、耐冲蚀性较差、易受温度和化学物质影响、维修昂贵，因此，开发新型井下振荡工具势在必行。使用振荡工具，可以将管柱与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，所产生的动摩擦力小于静摩擦力，从而起到减摩降阻的作用，同时可以将产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，加速破岩，增强钻压传递能力，提高钻进效率，还可以用于固井施工过程中提高顶替效率，消除水泥浆中气泡，使水泥均匀夯实，提高固井质量。 发明内容[0004] 为了解决背景技术中所述的传统振荡工具存在的结构复杂、自身压耗较大、耐冲蚀性较差、易受温度和化学物质影响等问题，减少管柱与井壁之间的摩擦阻力，增强钻压传递能力，提高钻进效率与固井质量，本发明提供了一种射流振荡工具。本发明的射流振荡工具，利用射流在振荡短节内部具有附壁、切换、漩涡等自然流体特性驱动振荡短节产生射流振荡，从而使振荡工具产生轴向冲击；同时使用多级射流叠加，使振荡更加剧烈，可有效减少管柱与井壁之间的摩擦，加速钻头破岩，改善钻压传递，提高钻进效率与固井质量。 [0005] 本发明的技术方案是：射流振荡工具包括上接头、振荡短节、壳体、下接头，将振荡短节安装到壳体内部后，上接头下端通过螺纹与壳体连接，下接头可通过螺纹与其他井下工具或者底部钻具组合的组件连接；所述振荡短节由两个相同的半圆柱结构组合构成，流道开在两个相对的面上，钻井液流经振荡短节时，产生轴向振荡。 [0006] 所述的振荡短节内设置有相互联通的流道，包括主入口、入水管、第一控制端口、第一输入通道、凹劈、第一直线流道、一级振荡室、二级振荡室、三级振荡室、叶片、出口、环形隔板、三级入口、二级入口、第二直线流道、第二输入通道、射流室、第二控制端口、弯曲流道、入口凹槽、出口凹槽，入口凹槽上开有主入口、二级入口、三级入口，主入口与入水管相连，流体经过主入口流进入水管，入水管内安装有高压喷嘴，射流室与两个发散的输入通道相连，第一输入通和第二输入通道之间设置有振荡射流元件凹劈，用于稳定两侧流道的流体，增加了主射流附壁的稳定性；第一输入通道、第二输入通道和一级振荡室外缘相切，可引导流体切向进入振荡室，第一输入通道与第二输入通道之间的夹角 ；一级振荡室、二级振荡室、三级振荡室相互连通，排列在同一直线上，一级振荡室内开有入口，二级振荡室内设置有隔板和入口，三级振荡室内设置有叶片和出口，出口开在出口凹槽上，一级振荡室、二级振荡室直径小于三级振荡室，三级振荡室外缘连通有反馈回路。 [0007] 所述的一级振荡室中心位置开有二级入口；所述一级振荡室连通有二级振荡室，二级振荡室内设置有环形隔板，使流体以特定形状切向进入下一级振荡室，环形隔板中心位置开有三级入口，射流经过多级振荡射流的叠加，形成多级串联放大器，使振荡更加剧烈；所述二级振荡室连通有三级振荡室，三级振荡室中心位置开有出口，出口外缘对称设置有叶片，叶片数量为2，可减少振荡室内流体流出速度和射流转换频率。 [0008] 所述三级振荡室连通有与其外缘相切的第一反馈回路、第二反馈回路，其中第一反馈回路由第一直线流道、弯曲流道及第二控制端口组成，第二反馈回路由第二直线流道、弯曲流道及第一控制端口组成，控制端口与入水管相连，两反馈回路共享一个相同的弯曲流道，工作彼此独立，该弯曲流道内流体可以双向流动，流体经弯曲流道从不同控制端口流出可以控制射流切换方向。 [0009] 所述的振荡短节数量为2件，结构完全相同，相对的贴合面上开有相互联通的流道，两构件组合后构成振荡短节；所述的振荡短节内设置的流道是对称的，为附壁式双稳射流元件，具有良好的稳定性，易于实现对频率的控制。 [0010] 本发明的有益效果是：（1）射流振荡器以流体为工作介质，利用射流在特定形状的振荡室内的附壁效应进行工作，使用多级射流叠加，使振荡更加剧烈，具有压耗低，结构简单紧凑，成本低，可靠性好等优点；（2）振荡器内部不依赖任何机械运动部件或弹性体即可实现射流的振荡切换，与机械或电子元件等其他执行构件相比，耐冲蚀性能较好，不受温度、化学物质的影响，可以适应更多的工作环境；（3）结构简单，零部件较少，安装、拆卸方便；（4）能够有效降低管柱与井壁之间的摩擦阻力，同时可以将产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，加速破岩，改善钻压传递，提高钻进效率，缩短钻井周期，降低钻井成本。（5）固井施工过程中，射流振荡工具可以提高顶替效率，消除水泥浆中气泡，使水泥均匀夯实，缩短候凝时间，提高固井质量。附图说明 [0011] 图1是振荡短节内流体循环线路示意图。 [0012] 图2是振荡短节内流道结构示意图。 [0013] 图中：5-主入口，6-入水管，7-第一控制端口，8-第一输入通道，9-凹劈，10-第一直线流道，11-一级振荡室，12-二级振荡室，13-三级振荡室，14-叶片，15-出口，16-环形隔板，17-三级入口，18-二级入口，19-第二直线流道，20-第二输入流道，21-射流室，22-第二控制端口，23-弯曲流道。 [0014] 图3是振荡短节的结构示意图。 [0015] 图中：24-入口凹槽，25-出口凹槽。 [0016] 图4是本发明的结构示意图。 [0017] 图中：1-上接头，2-振荡短节，3-壳体，4-下接头。 [0018] 图5是本发明的三维剖视图。 具体实施方式[0019] 下面结合图对本发明作进一步说明：参见图4、图5，一种射流振荡工具包括上接头1、振荡短节2、壳体3、下接头4，将振荡短节2安装到壳体3内部后，上接头1下端通过螺纹与壳体3连接，下接头4可通过螺纹与其他井下工具或者底部钻具组合的组件连接；所述振荡短节2由两个相同的半圆柱结构组合构成，流道开在两个相对的面上，钻井液流经振荡短节2时，产生轴向振荡。 [0020] 参见图2、图3，所述的振荡短节2内设置有相互连通的流道，包括主入口5、入水管6、第一控制端口7、第一输入通道8、凹劈9、第一直线流道10、一级振荡室11、二级振荡室12、三级振荡室13、叶片14、出口15、环形隔板16、三级入口17、二级入口18、第二直线流道19、第二输入通道20、射流室21、第二控制端口22、弯曲流道23、入口凹槽24、出口凹槽25，入口凹槽24上开有主入口5、二级入口18、三级入口17，主入口5与入水管6相连，流体经过主入口5流进入水管6，入水管6内安装有高压喷嘴，射流室21与两个发散的输入通道相连，第一输入通道8和第二输入通道21之间设置有振荡射流元件凹劈9，用于稳定两侧流道的流体，增加了主射流附壁的稳定性；第一输入通道8、第二输入通道20和一级振荡室11外缘相切，可引导流体切向进入振荡室，第一输入通道8与第二输入通道20之间的夹角；一级振荡室11、二级振荡室12、三级振荡室13相互连通，排列在同一直线上,一级振荡室11、二级振荡室12的直径小于三级振荡室13，一级振荡室11内开有入口，二级振荡室12内设置有隔板和入口，三级振荡室内设置有叶片14和出口15，出口15开在出口凹槽25上，一级振荡室11、二级振荡室 12的直径小于三级振荡室13，三级振荡室13外缘连通有反馈回路。 [0021] 所述的一级振荡室11中心位置开有二级入口18；所述一级振荡室11连通有二级振荡室12，二级振荡室12内设置有环形隔板16，使流体以特定形状切向进入下一级振荡室，环形隔板16中心位置开有三级入口17，射流经过多级振荡射流的叠加，形成多级串联放大器，使振荡更加剧烈；所述二级振荡室12连通有三级振荡室13，三级振荡室13中心位置开有出口15，出口15外缘对称设置有叶片14，叶片数量为2，可减少振荡室内流体流出速度和射流转换频率。 [0022] 所述三级振荡室13连通有与其外缘相切的第一反馈回路、第二反馈回路，其中第一反馈回路由第一直线流道10、弯曲流道23及第二控制端口22组成，第二反馈回路由第二直线流道19、弯曲流道23及第一控制端口7组成，控制端口与入水管6相连，两反馈回路共享一个相同的弯曲流道23，工作彼此独立，该弯曲流道内流体可以双向流动，流体经弯曲流道23从不同控制端口流出可以控制射流切换方向。 [0023] 所述的振荡短节2数量为2件，结构完全相同，相对的贴合面上开有相互联通的流道，两构件组合后构成振荡短节2；所述的振荡短节2内设置的流道是对称的，为附壁式双稳射流元件，具有良好的稳定性，易于实现对频率的控制。 [0024] 参见图1，本实施例射流振荡工具的工作过程为：如图1中虚线箭头所示，钻井液经入口凹槽24分别由主入口5、二级入口18、三级入口17进入振荡短节内部，主入口5与入水管6相连，入水管7内安装有高压喷嘴，由喷嘴喷出的射流可依附于元件的任意壁面，若先依附于上壁面，流体经第一输入通道8切向进入一级振荡室11，经二级振荡室12顺时针进入三级振荡室13，逐渐形成顺时针涡流，部分流体从振荡室外缘经第二反馈回路的第二直线流道 19、弯曲流道23到达第一控制端口7，从第一控制端口7流出的控制流推动射流改变方向，使射流依附于另一壁面，其余流体经出口15流出；如图5中实线箭头所示，流体经第二输入通道20切向进入一级振荡室11，经二级振荡室12逆时针进入三级振荡室13，逐渐形成逆时针涡流，部分流体从振荡室外缘经第一反馈回路的第一直线流道10、弯曲流道23到达第二控制端口22，从第二控制端口22流出的控制流又推动射流改变方向，使射流依附于另一壁面，其余流体经出口15流出，如此循环往复，交替振荡。 |
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