专利名称：一种簧阀式水力脉动钻头短节的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油、天然气钻井的配套装置。
技术背景随着油气井深度的增大，在上覆岩层和井眼内液柱压力的作用下，机械破岩钻进效率逐渐降低，特别是在深井、超深井的钻进中，机械钻速低下的问题十分突出，而且随着人们对石油成因认识的加深以及勘探开发技术的进步，深井、超深井逐渐增多，因此如何有效提高深部地层的钻进效率已成为当前国内外钻井工程中迫切需要解决的一个问题。实践表明，井底水力脉动有助于改善岩石破碎效果，提高机械钻速，国内外钻井工程界的学者和工程师所开展的理论研究和工程实践探索也显示，井底水力脉动技术有望成为今后提高深井、超深井钻井机械钻速的一个重要手段，但是目前技术存在的主要问题是水力脉动工具井下工作可靠性低，压力损耗偏高，结构尚存在很多不合理之处，且随着井深的增大，水力脉动作用急剧衰减，适用范围有限。因此如何解决好当前水力脉动工具中存在的上述问题，充分发挥井底水力脉动作用，改善井底附近岩石的受力状况，强化岩屑的净化效果，提高破岩钻进效率是当前水力脉动破岩钻井技术研究中非常关键的问题。
发明内容
本实用新型正是为解决现有技术手段系统可靠性低、压力损耗偏高、水力脉动易衰减、适用范围有限等问题而设计的，其原理是通过压差位移反馈驱动系统内水力元件上下往复运动，周期性阻断钻井液通道，形成高峰值和高幅值的井底水力脉动，强化井底的净化效果，改善井底附近岩石的受力状况，提高机械破岩钻进效率，本实用新型的目的就是为现场提供一种更加适用的一种簧阀式水力脉动钻头短节。
本实用新型是这样来实现的，它由转换接头、滑阀、滑阀缸套、滑阀弹簧、活塞缸套、活塞、活塞弹簧、限位挡圈及壳体组成，限位挡圈装在壳体内部下端，活塞弹簧的下端套在限位挡圈上，活塞配装入活塞缸套内，活塞和活塞缸套一起装入壳体内，活塞的下端伸入活塞弹簧内，活塞的肩部与活塞弹簧上端面相接，滑阀弹簧装入滑阀缸套内，滑阀缸套的内腔加工有限位台阶，滑阀的中心加工有流道，滑阀配装入滑阀缸套内，滑阀的肩部与滑阀弹簧的上端面相接，将滑阀、滑阀弹簧和滑阀缸套一起装入壳体内，滑阀缸套的下端面与活塞缸套上端面相接，活塞上端的堵头与滑阀中心的流道的出口相接，转换接头与壳体相连，转换接头上端与钻柱相连，转换接头的下端面与滑阀的上端面相接，壳体下端与钻头相连，钻井液经转换接头进入滑阀内部，因为活塞上端的堵头将滑阀的中心流道关闭，于是钻井液推动滑阀、活塞以一定速度下行，同时压缩活塞弹簧和滑阀弹簧，下行一定距离后，滑阀被滑阀缸套内的台阶挡住，活塞则在惯性和钻井液压力联合作用下继续下行，这时活塞上端的堵头与滑阀下端脱离，滑阀中心的流道被打开，作用于滑阀上端的钻井液压力下降，滑阀在滑阀弹簧弹性力的作用下上行，直到与转换接头下端碰接，活塞下行到一定位置，活塞的动能全部转化为弹簧的弹性势能后，活塞在活塞弹簧弹性力的作用下上行，直到活塞上端的堵头与滑阀碰接将滑阀中心的流道关闭，高速钻井液因阻断产生正水击，在滑阀的上腔形成很大的压力，同时滑阀下腔因上面液流不能下行，而原来的液体继续向下流动，压力急剧降低，即在上腔产生正水击的同时，下腔产生负水击，上下腔的压力差推动滑阀和活塞向下运动，下行一定距离后，滑阀被滑阀缸套内的台阶挡住，活塞则在惯性和钻井液压力联合作用下继续下行，这时活塞上端的堵头与滑阀下端脱离，滑阀中心的流道被打开，作用于滑阀上端的钻井液压力下降，滑阀在滑阀弹簧弹性力的作用下上行，直到与转换接头碰接，活塞下行到一定位置，活塞的动能全部转化为弹簧的弹性势能后，活塞在活塞弹簧弹性力的作用下上行，使得活塞上端的堵头与滑阀碰接又将滑阀中心的流道关闭，又在滑阀的上下腔形成水击压力，上下腔的压力差推动滑阀和活塞向下运动，如此周而复始，通过活塞和滑阀的压差位移反馈，滑阀和活塞在水击压力、惯性力和弹簧弹性力的综合作用下往复运动，滑阀中心的流道时而打开时而关闭，在流道内产生很高的水击压力，这个水击压力向下传播，使得井底流场产生高幅值和高峰值的脉动，这种水力脉动有利于岩屑克服“压持效应”，促使岩屑启动和新的岩石破碎面暴露，强化井底的净化效果，改善井底附近岩石的受力状况，提高机械破岩钻进的效率，水力脉动的峰值和频率通过调整活塞弹簧和滑阀弹簧的刚度、活塞的行程、活塞和滑阀的重量等来获得。
本实用新型创造性地利用通过活塞和滑阀的压差位移反馈，利用弹簧蓄积和释放能量，周期性阻断钻井液的流动，在流道内产生很高的水击压力，该压力向下传播至井底，在井底形成高幅值、高峰值的水力脉动，该水力脉动可减少井底岩屑的“压持效应”，强化井底净化效果，提高射流破岩、辅助破岩钻进的效率。本实用新型具有结构简单、使用操作方便、安全可靠、适应性广等特点，对于提高深井、超深井钻井的机械钻速具有非常重要的实际意义。
图1一种簧阀式水力脉动钻头短节1.转换接头；2.滑阀；3.滑阀缸套；4.滑阀弹簧；5.活塞缸套；6.活塞；7.活塞弹簧；8.限位挡圈；9.壳体具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。
当采用本实用新型产生水力脉动时，限位挡圈装在壳体内部下端，活塞弹簧的下端套在限位挡圈上，活塞配装入活塞缸套内，活塞和活塞缸套一起装入壳体内，活塞的下端伸入活塞弹簧内，活塞的肩部与活塞弹簧上端面相接，滑阀弹簧装入滑阀缸套内，滑阀缸套的内腔加工有限位台阶，滑阀的中心加工有流道，滑阀配装入滑阀缸套内，滑阀的肩部与滑阀弹簧的上端面相接，将滑阀、滑阀弹簧和滑阀缸套一起装入壳体内，滑阀缸套的下端面与活塞缸套上端面相接，活塞上端的堵头与滑阀中心的流道的出口相接，转换接头与壳体相连，转换接头上端与钻柱相连，转换接头的下端面与滑阀的上端面相接，壳体下端与钻头相连。
当采用本实用新型产生水力脉动时，钻井液经转换接头进入滑阀内部，因为活塞上端的堵头将滑阀的中心流道关闭，于是钻井液推动滑阀、活塞以一定速度下行，同时压缩活塞弹簧和滑阀弹簧，下行一定距离后，滑阀被滑阀缸套内的台阶挡住，活塞则在惯性和钻井液压力联合作用下继续下行，这时活塞上端的堵头与滑阀下端脱离，滑阀中心的流道被打开，作用于滑阀上端的钻井液压力下降，滑阀在滑阀弹簧弹性力的作用下上行，直到与转换接头下端碰接，活塞下行到一定位置，活塞的动能全部转化为弹簧的弹性势能后，活塞在活塞弹簧弹性力的作用下上行，直到活塞上端的堵头与滑阀碰接将滑阀中心的流道关闭，高速钻井液因阻断产生正水击，在滑阀的上腔形成很大的压力，同时滑阀下腔因上面液流不能下行，而原来的液体继续向下流动，压力急剧降低，即在上腔产生正水击的同时，下腔产生负水击，上下腔的压力差推动滑阀和活塞向下运动，下行一定距离后，滑阀被滑阀缸套内的台阶挡住，活塞则在惯性和钻井液压力联合作用下继续下行，这时活塞上端的堵头与滑阀下端脱离，滑阀中心的流道被打开，作用于滑阀上端的钻井液压力下降，滑阀在滑阀弹簧弹性力的作用下上行，直到与转换接头碰接，活塞下行到一定位置，活塞的动能全部转化为弹簧的弹性势能后，活塞在活塞弹簧弹性力的作用下上行，使得活塞上端的堵头与滑阀碰接又将滑阀中心的流道关闭，又在滑阀的上下腔形成水击压力，上下腔的压力差推动滑阀和活塞向下运动，如此周而复始，通过活塞和滑阀的压差位移反馈，滑阀和活塞在水击压力、惯性力和弹簧弹性力的综合作用下往复运动，滑阀中心的流道时而打开时而关闭，在流道内产生很高的水击压力，这个水击压力向下传播，使得井底流场产生高幅值和高峰值的脉动，这种水力脉动有利于岩屑克服“压持效应”，促使岩屑启动和新的岩石破碎面暴露，强化井底的净化效果，改善井底附近岩石的受力状况，提高机械破岩钻进的效率，水力脉动的峰值和频率通过调整活塞弹簧和滑阀弹簧的刚度、活塞的行程、活塞和滑阀的重量等来获得。
权利要求1.一种簧阀式水力脉动钻头短节其特征是限位挡圈[8]装在壳体[9]内部下端，活塞弹簧[7]的下端套在限位挡圈[8]上，活塞[6]配装入活塞缸套[5]内，活塞[6]和活塞缸套[5]一起装入壳体[9]内，活塞[6]的下端伸入活塞弹簧[7]内，活塞[6]的肩部与活塞弹簧[7]上端面相接，滑阀弹簧[4]装入滑阀缸套[3]内，滑阀缸套[3]的内腔加工有限位台阶，滑阀[2]的中心加工有流道，滑阀[2]配装入滑阀缸套[3]内，滑阀[2]的肩部与滑阀弹簧[4]的上端面相接，将滑阀[2]滑阀弹簧[4]和滑阀缸套[3]一起装入壳体[9]内，滑阀缸套[3]的下端面与活塞缸套[5]上端面相接，活塞[6]上端的堵头与滑阀[2]中心的流道的出口相接，转换接头[1]与壳体[9]相连，转换接头[1]上端与钻柱相连，转换接头[1]的下端面与滑阀[2]的上端面相接，壳体[9]下端与钻头相连。
2.根据权利要求1所述的一种簧阀式水力脉动钻头短节，其特征是活塞[6]和限位挡圈[8]的均加工有流道。
3.根据权利要求1所述的一种簧阀式水力脉动钻头短节，其特征是在活塞[6]的表面与活塞缸套[5]接触部位加工有润滑油槽。
4.根据权利要求1所述的一种簧阀式水力脉动钻头短节，其特征是活塞[6]的下端与限位挡圈[8]的上端之间留有间隙。
专利摘要一种簧阀式水力脉动钻头短节其特征是由转换接头、滑阀滑阀缸套、滑阀弹簧、活塞缸套、活塞、活塞弹簧、限位挡圈及壳体组成，限位挡圈活塞弹簧、活塞、活塞缸套、滑阀缸套、滑阀弹簧和滑阀由下至上顺序装在壳体内部，活塞上端的堵头将滑阀中心的流道关闭，转换接头与壳体相连，转换接头的下端面与滑阀的上端面相接，壳体下端与钻头相连，通过活塞和滑阀的压差位移反馈，滑阀和活塞在水击压力惯性力和弹簧弹性力的综合作用下往复运动，周期性阻断钻井液的流动，在流道内产生很高的水击压力，该压力向下传播至井底，形成高幅值高峰值的水力脉动，该水力脉动可强化井底净化效果，提高射流破岩辅助破岩钻进的效率。
文档编号E21B7/18GK2685527SQ20042003884
公开日2005年3月16日 申请日期2004年3月9日 优先权日2004年3月9日
发明者倪红坚, 马清明, 韩来聚, 周明芳, 王瑞和 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院