专利汇可以提供井底增压泵及其增压方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种井底 增压 泵 及其增压方法, 增压泵 主要包括过滤网总成、上端接头、壳体、下端紧固接头以及配套的双流道 钻头 ,壳体内依次设有换向 阀 、换向控制装置、动 力 缸和增压缸,过滤网总成的下端与上端接头 螺纹 连接,上端接头的下端与壳体 螺纹连接 并密封,下端紧固接头与壳体螺纹连接并密封,下端紧固接头的左端顶住增压缸的右端,并与装在上端接头中的 锁 紧部件把换向阀、动力缸和增压缸压接在壳体内。本发明能大幅提高钻井速度,降低钻井成本,缩短钻井周期,且结构相对简单、总长度小、运动速度低、使用寿命长、制造成本低、性价比高。,下面是井底增压泵及其增压方法专利的具体信息内容。
1、一种井底增压泵,其特征在于,包括过滤网总成(1)、上端接 头(2)、壳体(3)、下端紧固接头(8)以及配套的双流道钻头(9), 所述壳体(3)内依次设有换向阀(4或4′)、换向控制装置(5)、动 力缸(6)和增压缸(7),过滤网总成(1)的下端与上端接头(2)螺纹 连接,上端接头(2)的下端与壳体(3)螺纹连接并密封,下端紧固接头 (8)与壳体(3)螺纹连接并密封,下端紧固接头(8)的左端顶住增压 缸(7)的右端,并与装在上端接头(2)中的锁紧部件把换向阀(4或4 ′)、动力缸(6)和增压缸(7)压接在壳体内;换向阀(4或4′)、动 力缸(6)和增压缸(7)的外缘与壳体(3)的内表面之间形成直接通往 双流道钻头(9)大喷嘴的泵压泥浆主流道;换向阀(4或4′)的阀芯与 换向控制装置(5)相连,泵压泥浆通过换向阀(4或4′)控制动力缸(6) 往复运动,并带动增压缸(7)同步左行或右行,动力缸(6)的右端与增 压缸(7)的左端通过一个共用的缸盖分隔并有密封,动力缸(6)的左端 与换向阀(4或4′)的右端相连并有密封,增压缸(7)有独立的缸筒和 活塞,其活塞杆与动力缸活塞连接并在共用的缸盖上装有密封,增压缸缸 筒上有泵压泥浆过滤网(74),泵压泥浆从泵压泥浆过滤网(74)通往增 压缸内腔,增压缸的高压排出通过单向阀(73)从高压喷嘴喷出。
2、根据权利要求1所述的井底增压泵,其特征在于,所述换向控制 装置(5)由带台阶的空心杆(51)及自左向右依次安装在其小径部分的 左限位垫(52)、弹簧(53)、右限位垫(54)和锁紧螺母(55)组成,空 心杆(51)与换向阀(4或4′)的阀芯相连,其小径部分穿入动力缸活 塞及其空心活塞杆内,空心活塞杆的孔内设有分别与左限位垫(52)和右 限位垫(54)相配合的左限位台阶和右限位台阶。
3、根据权利要求2所述的井底增压泵,其特征在于,所述换向阀(4) 由插装阀(42)和先导阀(41)组成,插装阀(42)的左端横向并列装有 锥形阀芯(423)和(424),两侧设有两个对称的排液单向阀(43),当锥 阀芯(423)和(424)开启时,两个排液单向阀(43)通过泥浆流道A 和B能够分别交替向井眼排放乏动力液;插装阀(42)的阀体右端纵向并 列装有锥阀芯(421)和(422),其阀芯下端通过过滤网(44)与泵压泥 浆到钻头大喷嘴的主流道相通,右端阀盖上有控制口“a”、“b”并分别与 锥阀芯(422)和(421)的上端相通,又与阀体右端控制口“a”、“b”相 通,再通过阀体的两个小孔与左端阀盖上的控制口“a”、“b”连通,最终 引入锥阀芯(424)和(423)的左腔;
先导阀(41)为二位四通滑阀结构,阀体中心孔两侧设有泥浆流道A、 B分别与插装阀(42)上的泥浆流道A、B相通;该阀有泥浆通道口“A”、 泥浆通道口“B”、泵压泥浆入口“P”和乏泥浆排泄口“O”,其中泥浆通 道口“A”、“B”通过插装阀(42)阀体上的两个小孔分别与右端阀盖上的 控制口“A”、“B”相通,排泄口“O”通过插装阀(42)和阀体上的小孔 与排液单向阀相通,泵压泥浆入口“P”通过先导阀(41)侧面的过滤网 (411)与泵压泥浆主流道相通,插装阀(42)和先导阀(41)两阀端之 间分别对泥浆流道和控制口设有密封;
先导阀(41)的右端外径与动力缸钢筒左端内径配合并有两道密封, 先导阀(41)的泥浆流道A与动力缸钢筒壁上多个小孔的左端在两道密封 之间相通,泥浆流道B直接与动力缸左腔相通;先导阀中心孔左端依次装 有由弹簧、导向套和钢球组成的阀芯定位机构,阀芯右端与换向控制装置 (5)的空心杆(51)相连。
4、根据权利要求2所述的井底增压泵,其特征在于,所述换向阀(4 ′)直接采用二位四通滑阀,动力缸(6)的左端缸筒内径与换向阀(4 ′)的右端外径配合并装有两道密封,换向阀(4′)的左端具有局部凸 台,与壳体内壁之间设有两道密封,其上安装排液单向阀(43),未凸出 的部位与壳体内表面形成通往双流道钻头大喷嘴的泵压泥浆流道,换向阀 (4′)具有泵压泥浆入口“P”、乏泥浆排泄口“O”和两个泥浆通道口“A”、 “B”,其泥浆流道A与动力缸(6)缸体左端的多个小孔(601)在两道密 封之间相通,小孔(601)沿缸体内均匀分布的泥浆流道与动力缸(6)的 活塞右腔相连通,活塞左腔与换向阀(4′)的泥浆流道B直接连通,乏 泥浆排泄口“O”通过阀芯内孔道与换向阀(4′)左边两个对称布置的排 液单向阀(43)相连通,乏泥浆通过排液单向阀(43)和壳体(3)上的多 个小孔排出泵外;换向阀(4′)的左端在锁紧部件的外围设有套筒形过 滤装置(23′),此过滤装置的两端分别与锁紧部件和换向阀(4′)之间 设有密封,泵压泥浆入口“P”直接从位于过滤装置(23′)内部的换向 阀(4′)左端引入,换向阀(4′)的阀芯右端与换向控制装置(5)的 空心杆(51)相连。
5、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述动力 缸(6)为三级动力缸,三级动力缸共用一个缸体(60),或三级缸分别采 用单独的缸体组合,缸体与缸体之间通过中间缸盖、密封环和定位销连接, 缸体(60)内有三个活塞(61)、(61′)、(61″)和两个中间缸盖(63)、 (63′),活塞杆(62)通过卡键(65)和压帽(66)与活塞(61′)相 连,活塞(61″)通过卡键(65′)、增压缸活塞杆(76)的左端丝扣与 活塞杆(62)相连,中心孔外侧圆周设有多个小孔(621)的活塞压盖(611) 用螺钉或丝扣与活塞(61)相连,活塞杆(62)的壁上沿轴向设有多个小 孔(620),活塞(61)左端直接与换向阀的泥浆流道B相通,并通过活塞 杆(62)壁上的多个径向小孔(622)与活塞(61′)的左腔相通,活塞 杆(62)右端中心孔设有限位支撑杆(67),限位支撑杆(67)的左端面 形成换向控制装置的右限位台阶(631),限位支撑杆(67)的左端外径与 活塞杆(62)内径配合并密封,限位支撑杆(67)的外径与活塞杆(62) 的右端中心孔形成的环形空间把来自换向阀泥浆流道B的泥浆通过活塞 杆(62)右端壁上的多个径向小孔(623)引入活塞(61″)的左腔;三 级动力缸共用的缸体内径与活塞(61)、(61′)、(61″)外径之间有动密 封,两个中间缸盖(63)、(63′)用钢丝圈(64)、(64′)固定,钢丝圈 的两侧均有密封,缸体壁上设有多个轴向小孔(605)并通过其壁上的多 个径向小孔(602)、(603)、(604)将来自换向阀泥浆流道A的泥浆分别 引入活塞(61)、(61′)、(61″)的右腔,活塞杆(62)的外径与活塞(61 ′)、(61″)的中心孔有静密封,与两个中间缸盖(63)、(63′)中心孔 有动密封,缸体外缘有两个或多个凹槽(111或111′)与壳体(3)内径 形成泥浆主流道。
6、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述动力 缸(6)为三级动力缸,三级动力缸共用一个缸体(60),或三级缸分别采 用单独的缸体组合,缸体与缸体之间通过中间缸盖、密封环和定位销连接, 缸体(60)内有三个活塞(61)、(61′)、(61″)和两个中间缸盖(63)、 (63′),活塞杆(62)通过卡键(65)和压帽(66)与活塞(61′)相 连,活塞(61″)通过卡键(65′)、增压缸活塞杆(76)的左端丝扣与 活塞杆(62)相连,中心孔外侧圆周设有多个小孔(621)的活塞压盖(611) 与活塞(61)用螺钉或丝扣相连,活塞压盖(611)的多个小孔(621)左 端直接与换向阀的泥浆流道B相通,并通过活塞杆(62)壁上的多个径向 小孔(622)、(623)把来自换向阀泥浆流道B的泥浆分别引入活塞(61 ′)、(61″)的左腔;活塞杆(62)右端中心孔设有限位支撑杆(67), 限位支撑杆(67)的左端面形成换向控制装置的右限位台阶(631),限位 支撑杆(67)的左端外径与活塞杆(62)内径配合并密封;动力缸(6) 的缸体(60)内与活塞(61)、(61′)、(61″)的外径之间有动密封,活 塞(61′)、(61″)的中心孔与活塞杆(62)外径有静密封,中间缸盖(63)、 (63′)用钢丝圈(64)、(64′)与缸体(60)固定,钢丝圈(64)、(64 ′)两侧均有密封,中间缸盖(63)、(63′)中心孔与活塞杆(62)外径 有动密封;缸体(60)的壁上分布多个小孔(605)并通过多个径向小孔 (602)、(603)、(604)将来自换向阀泥浆流道A的泥浆分别引入活塞(61)、 (61′)、(61″)的右腔,缸体外缘有两个或多个凹槽(111或111′) 形成的泥浆主流道。
7、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述动力 缸(6)为两级动力缸,两级动力缸共用一个缸体(60),或两级缸分别采 用单独的缸体组合,缸体与缸体之间通过中间缸盖、密封环和定位销连接, 缸体(60)内有两个活塞(61)、(61′)和一个中间缸盖(63),活塞(61 ′)通过卡键(65′)、增压缸活塞杆(76)的左端丝扣与活塞杆(62) 相连,中心孔外侧圆周设有多个小孔(621)的活塞压盖(611)与活塞(61) 用螺钉或丝扣相连,活塞压盖(611)的多个小孔(621)左端直接与换向 阀的泥浆流道B相通,右端通过多个小孔(622)把来自换向阀泥浆流道 B的泥浆分别引入活塞(61′)的左腔;动力缸(6)的缸体(60)内与 活塞(61)、(61′)的外径之间有动密封,活塞(61′)的中心孔与活塞 杆(62)外径有静密封,中间缸盖(63)用钢丝圈(64)固定,钢丝圈(64) 两侧均有密封,中间缸盖(63)中心孔与活塞杆(62)外径有动密封;缸 体(60)的壁上分布多个小孔(605)并通过多个径向小孔(602)、(603) 将来自换向阀泥浆流道A的泥浆分别引入活塞(61)、(61′)的右腔,缸 体外缘有两个或多个凹槽(111或111′)形成的泥浆主流道。
8、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述动力 缸为一级动力缸,活塞(61)通过增压缸活塞杆(76)的左端丝扣与活塞 杆(62)相连,动力缸(6)的缸体(60)内与活塞(61)的外径之间有 动密封,活塞(61)的中心孔与活塞杆(62)外径有静密封,缸体(60) 的壁上分布多个小孔(605)并通过多个径向小孔(602)将来自换向阀泥 浆流道A的泥浆分别引入活塞(61)的右腔,缸体外缘有两个或多个凹槽 (111或111′)形成的泥浆主流道。
9、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述增压 缸(7)包括排出单向阀(71)、吸入单向阀(72)、防污单向阀(73)、过 滤装置(74)、活塞(75)、活塞杆(76)、增压缸筒(77)、左缸盖(78)、 右缸盖(79);由阀芯、阀座、弹簧和弹簧座组成的排液单向阀(71)位 于活塞(75)右端中心位置,该阀开启时能够把增压缸(7)右腔的超高 压泥浆通过活塞杆(76)上的多个小孔(751)引入增压缸(7)左腔的环 形空间,并最终经增压缸筒(77)和右缸盖(79)的小孔迫使防污单向阀 (73)开启,再从钻头的高压小喷嘴喷出;当吸入单向阀(72)开启时, 能够把增压缸外径与壳体(3)内的主流道泥浆通过过滤装置(74)、增压 钢筒(73)的凹槽和右缸盖(79)上的流道引入增压缸(7)的右腔;左 缸盖(78)、右缸盖(79)用螺钉或丝扣分别与增压钢筒(77)连接并对 增压钢筒(77)的内径和高压排液小孔端密封,活塞杆(76)的左端与动 力缸活塞杆(76)相连。
10、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述增 压缸(7)包括至少两个排液单向阀(711)、(711′)和两个吸入单向阀 (722)、(722′)、防污单向阀(73)、过滤装置(74)、活塞(75)、平衡 杆(756),排出单向阀(711)、(711′)和吸入单向阀(722)、(722′) 由阀座、阀芯、限位座、压帽组成,当吸入单向阀(722)、(722′)开启 时,来自泵压泥浆主流道的泥浆通过过滤装置(74)、缸筒(77)上的凹 槽、小孔和排液单向阀(722)、(722′)压帽下端凹槽分别进入增压缸(7) 左腔环室和右腔环室;当排液单向阀(711)、(711′)开启时,增压缸(7) 左右两腔高压泥浆可分别通过压帽下端凹槽和缸筒(77)及右端盖(79) 上的小孔(757)排出高压泥浆;平衡杆(756)中心设有通孔直接与换向 阀(4或4′)的乏泥浆排泄口“o”相通。
11、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所二位 四通滑阀的阀体内孔过盈装有配流导套(413),其外侧、内侧分别有多道 凹槽并通过多个小孔将内外凹槽连通,中心带有通孔的阀芯(415)的外 径上过盈装有阀套(414),阀套(414)的左端第一道多个小孔通过阀芯 (415)左端第一道凹槽和多个小孔把配流导套(413)上的左端第一道凹 槽和二位四通滑阀的乏泥浆排泄口“O”连通,阀套(414)中间两道多个 小孔通过阀芯(415)中间凹槽把二位四通滑阀的“B”与泵压泥浆入口 “P”口连通,阀套(414)右端一道多个小孔通过阀芯(415)右端凹槽 把二位四通滑阀的泥浆通道口“A”与乏泥浆排泄口“O”连通。
12、根据权利要求2所述的井底增压泵,其特征在于,所述排液单 向阀(43)主要由扁条弹簧座(431)、阀芯(432)和弹簧(433)构成, 扁条弹簧座(431)的中间为圆柱体,两侧为扁条,弹簧(433)的一端套 在扁条弹簧座的圆柱体上,另一端位于阀芯背部的凹位中,将阀芯(432) 的锥面压紧在乏泥浆排泄口上,由乏泥浆压力克服弹簧弹力将其打开,阀 体上开设有排液单向阀安装孔,整个排液单向阀都座落在安装孔中,安装 孔在其端口两侧的内壁上对称地开设有两道弧形槽(434),排液单向阀 (43)放入安装孔并旋转90度后其两侧的扁条卡入弧形槽(434)而定位。
13、根据权利要求2所述的井底增压泵,其特征在于,所述换向阀 (4或4′)与壳体(3)的内壁之间形成泵压泥浆空间,动力缸(6)的 缸体外表面上沿长度方向均匀地分布有两个或多个凹槽(111或111′), 与壳体(3)的内壁之间形成泵压泥浆流道,增压缸(7)的缸筒与壳体(3) 的内壁之间形成泵压泥浆空间,其右端缸盖的外圆柱面上开有泵压泥浆流 道,泵压泥浆通过此流道直达双流道钻头的大喷嘴。
14、根据权利要求3或4所述的井底增压泵,其特征在于,所述动 力缸(6)为四级动力缸,动力缸(6)的左端两级动力缸共用一个缸体(60), 右端两级动力缸共用一个缸体(61′),或四级缸分别采用单独的缸体组 合,缸体与缸体之间通过中间缸盖、密封环和定位销连接,在缸体(60) 内有两个活塞(61)、(61′)及一个中间缸盖(63),在缸体(60′)内 有两个活塞(61″)、(61″′)及一个中间缸盖(63′),活塞杆(62) 通过卡键(65、65′)和压帽(66、66′)与活塞(61′、61″)相连, 活塞(61″′)通过卡键(65″)、增压缸活塞杆(76)的左端丝扣与活 塞杆(62)相连,活塞杆(62)与活塞间有密封,活塞杆与中间缸盖有动 密封;中间缸盖(63)、(63′)分别与缸体(60)、(60′)用钢丝圈(64)、 (64′)固定;中间缸盖(63)、(63′)与缸体间各设有两道密封;两个 动力缸缸体(60)和(60′)间设有中间缸盖(63A),中间缸盖(63A) 的凸台或独立卡键用作缸体(60)、(60′)的连接定位;在缸体(60)、 (60′)间设有一个密封环(68)和一个定位销(69),定位销(69)左 端有丝扣,拧入缸体(60)的丝孔中,定位销(69)右端插入缸体(60 ′)的相应孔中定位,中心孔外侧圆周设有多个小孔(621)的活塞压盖 (611)用螺钉或丝扣与活塞(61)相连,活塞杆(62)的壁上沿轴向设 有多个小孔(620),活塞(61)左端直接与换向阀的泥浆流道B相通,并 通过活塞杆(62)壁上的多个径向小孔(622)与活塞(61′)的左腔相 通,活塞杆(62)右端中心孔设有限位支撑杆(67),限位支撑杆(67) 的左端面形成换向控制装置的右限位台阶(631),限位支撑杆(67)的左 端外径与活塞杆(62)内径配合并密封,限位支撑杆(67)的外径与活塞 杆(62)的右端中心孔形成的环形空间把来自换向阀泥浆流道B的泥浆通 过活塞杆(62)右端壁上的多个径向小孔(623、624)引入活塞(61″、 61″′)的左腔;缸体壁上设有多个轴向小孔(605)并通过其壁上的多 个径向小孔(602、606、603、604)将来自换向阀泥浆流道A的泥浆分别 引入活塞(61、61′、61″、61″′)的右腔,缸体外缘有两个或多个凹 槽(111或111′)与壳体(3)内径形成泥浆主流道。
15、一种井底增压泵增压方法,其特征在于,通过钻柱把来自地面 泥浆泵的部分流量通过换向阀引入井底增压泵的动力缸作动力,再从泥浆 泵总流量中分流小于1升/秒的流量进入增压缸并增加到超高压,从双流 道钻头的小喷嘴喷出完成对井底岩石的水力切割,其余大部分流量通过增 压泵壳体与多个部件的外缘构成的泵压泥浆主流道直接从双流道钻头大 喷嘴喷出,实现对水力及钻头机械破碎后的井底岩屑净化与清除,并最终 与小喷嘴喷出的泥浆和从动力缸排出的乏动力泥浆合流共同完成携岩屑 上返至地面。
本发明涉及石油钻井设备,确切地说是能够提高中硬岩石地层钻井速 度的井底增压泵及其增压方法。
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