专利名称：一种水力脉冲钻头振动短节的制作方法
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，钻头破岩钻进效率逐渐降低，特别是在深井的钻进中，钻井速度低下的问题十分突出，因此如何有效提高深部地层的钻进效率是当前钻井工程中迫切需要解决的一个问题。现场实践和室内试验研究均表明，如果对钻头施加适当的周期性冲击作用力，将有助于提高钻头的破岩钻进效率，因此冲击振动钻井技术是当前国内外钻井工程界研究的一个热点，也有望成为今后提高深井机械钻速的一个重要手段，但是当前技术存在以下几个方面的问题，(一)、寿命短。由于材料性能的限制，致使有些工具难以适应井底高温高压、强酸强碱等复杂物理化学环境，寿命较短，如以弹簧作为蓄能元件冲击钻井工具。(二)、受钻井液性能影响较大，如以双稳射流作为换向元件的冲击钻井工具，当钻井液性能发生变化时，则可能导致工具工作不稳定。(三)、受井深的影响较大，如需要设置环空呼吸孔，通过位移实现压差反馈的冲击钻井工具只有在一定井深范围内才能正常工作。(四)冲击振动参数不合理，片面要求高的冲击功。这对冲击钻井工具以及钻头等配套工具的性能提出了很高的要求，使工具结构趋于复杂，制造成本上升，系统稳定性下降。上述这些因素制约了冲击振动钻井技术的发展，同时也可看出，今后冲击钻井技术研究的一个主要方向是在优化工具结构原理的前提下，设计合理的冲击振动参数，降低对配套工具的性能要求，提高系统的稳定性和寿命，形成稳定的、规模化的工业应用。
发明内容
本实用新型正是为解决现有技术手段寿命短、受钻井液性能和井深的影响较大、冲击振动参数不合理、难以有效提高深井钻井速度等问题而设计的，其原理是将调制生成的水力脉动转换为钻头的机械振动，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高破岩效率，本实用新型的目的就是为现场提供一种更加适用的一种水力脉冲钻头振动短节。
本实用新型是这样来实现的，它由转换接头、壳体、水力振荡器、缸套、钻头驱动杆、钻头连接短节等组成，钻头驱动杆与缸套配装后，一起装入壳体内，壳体下端的配合通孔和钻头驱动杆中部的配合段加工成多边形，钻头驱动杆穿过壳体下端的通孔，通过钻头连接短节与钻头相连，在缸套上端接有水力振荡器，壳体上端通过转换接头与钻柱相连，钻井液进入水力振荡器后，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，在水力振荡器出口形成脉冲射流，脉冲射流作用于钻头驱动杆顶端，对钻头形成周期性的冲击作用力，使钻头产生纵向的机械振动，通过改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率，钻头机械振动的频率、峰值和幅值通过调整水力振荡器的结构尺寸、钻头驱动杆顶端与水力振荡器出口之间的距离以及钻头驱动杆的尺寸等来获得。
本实用新型创造性地将水力振荡器调制生成的水力脉动，转换为钻头的纵向机械振动，通过改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率，本实用新型具有结构简单、使用操作方便、安全可靠、压耗低、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具结构等特点，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
图1一种水力脉冲钻头振动短节1.转换接头；2.水力振荡器；3.壳体；4.缸套；5.钻头驱动杆；6.钻头连接短节具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。
当采用本实用新型使钻头产生机械振动时，钻头驱动杆与缸套配装后，一起装入壳体内，壳体下端的配合通孔和钻头驱动杆中部的配合段加工成多边形，钻头驱动杆穿过壳体下端的通孔，通过钻头连接短节与钻头相连，在缸套上端接有水力振荡器，壳体上端通过转换接头与钻柱相连。
当采用本实用新型使钻头产生机械振动时，钻井液进入水力振荡器后，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，在水力振荡器出口形成脉冲射流，脉冲射流作用于钻头驱动杆顶端，对钻头形成周期性的冲击作用力，使钻头产生纵向的机械振动，通过改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率，钻头机械振动的频率、峰值和幅值通过调整水力振荡器的结构尺寸、钻头驱动杆顶端与水力振荡器出口之间的距离以及钻头驱动杆的尺寸等来获得。
权利要求1.一种水力脉冲钻头振动短节其特征是钻头驱动杆[5]与缸套[4]配装后，一起装入壳体[3]内，壳体[3]下端的配合通孔和钻头驱动杆[5]中部的配合段加工成多边形，钻头驱动杆[5]穿过壳体[3]下端的配合通孔，通过钻头连接短节[6]与钻头相连，在缸套[4]上端接有水力振荡器[2]，壳体[3]上端通过转换接头[1]与钻柱相连。
2.根据权利要求1所述的一种水力脉冲钻头振动短节，其特征是水力振荡器[2]与壳体[3]、钻头驱动杆[5]与缸套[4]、缸套[4]与水力振荡器[2]之间采用密封配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种水力脉冲钻头振动短节，其特征是水力振荡器[2]内部加工有亥姆霍兹谐振腔、风琴管谐振腔。
4.根据权利要求1所述的一种水力脉冲钻头振动短节，其特征是钻头驱动杆[5]加工有流道，钻头驱动杆[5]的顶端迎水面加工成流线形，钻头驱动杆[5]下端加工有螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种水力脉冲钻头振动短节，其特征是转换接头[1]和连接短节[6]轴心加工有通孔，两端加工有螺纹。
专利摘要一种水力脉冲钻头振动短节由转换接头、壳体、水力振荡器缸套、钻头驱动杆、钻头连接短节等组成，其特征是钻头驱动杆与缸套配装后，一起装入壳体内，钻头驱动杆穿过壳体下端的多边形配合通孔，通过钻头连接短节与钻头相连，在缸套上端接有水力振荡器，壳体上端通过转换接头与钻柱相连，钻井液通过水力振荡器调制形成脉冲射流，作用于钻头驱动杆顶端，对钻头形成周期性的冲击作用力，使钻头产生纵向的机械振动，通过改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率，本实用新型具有结构简单、使用操作方便安全可靠、压耗低、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具结构等特点，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
文档编号E21B7/18GK2685529SQ200420038849
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, 韩来聚, 马清明, 周明芳, 王瑞和, 许俊良 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院