井下旋转粒子射流喷射钻进装置的制作方法

本发明涉及一种井下旋转粒子射流喷射钻进装置，属于石油钻采领域。

背景技术：

随着国内老油田的不断开发，油井含水率不断上升，产量不断下降，而且套损、水窜等井下事故时有发生，为重新恢复老井产能，处理井下事故，井下打塞侧钻、验窜封堵、钻塞等井下作业施工越来越多，这种方式和打新井相比，不但能够有效节约成本，而且能够有效挖潜剩余油。

目前常用的井下作业钻进的方式主要有两种，一种是在井口通过动力钳驱动油管旋转，油管下部连接钻头，通过井口动力钳的旋转驱动井下钻头旋转钻进，这种方式操作复杂，油管本体、油管连接扣处的强度有限，对钻压和转速都有较大限制，井下钻头的切削能力非常有限，因此井下钻进的效率都很低，同时在施工的过程中经常出现卡钻现象。另一种比较常用的是井下螺杆+钻头，通过油管将螺杆+钻头组合工具送至井下，油管本身不旋转，通过井口泵送循环液驱动井下螺杆旋转，进而带动钻头旋转，进行井下钻进。该方式对螺杆质量要求较高，其井下工作条件也具一定要求，而且常规螺杆+钻头的钻进速度不高。如果施工井深较浅时，钻压施加困难，以上两种方式的效率更低，而且两种方式对套管的磨损也较大，对于小直径的套管，施工也非常困难。

井下旋转粒子射流喷射钻进技术，充分利用了循环工作液的水力能量，通过在工作液中加入砂粒等粒子，通过井下专用的旋转喷射装置喷射出高速旋转粒子射流，旋转速度可调，实现了井下的快速高效钻进，粒子射流对井底的全覆盖，可有效提高钻进速度，而且不受钻压、小尺寸井眼等限制，对套管的磨损低，同时有效降低施工人员劳动强度，减少成本，有效提高油田的经济效益。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种实现井下旋转粒子射流喷射钻进，旋转粒子射流高速冲击目的层，有效的实现井下高效钻进，旋转速度可调，粒子射流能够覆盖整个井底，不受钻压、转速和小尺寸井眼的限制，有效保护套管，提高钻进速度，降低施工成本的井下旋转粒子射流喷射钻进装置。

本发明所述的井下旋转粒子射流喷射钻进装置，包括井筒、过滤器外筒、环形挡圈、过滤器、扶正器筒、扶正器叶片、连接装置、上密封块、o型密封圈、导向带、密封块唇式密封、压缩弹簧、导向轴、下密封块、止推轴承、排气孔、旋转体外筒、旋转轴、防跳轴承、扶正轴承、注油孔、压盖、压盖唇式密封、挡圈组合、粒子喷射喷头、喷头内腔、侧面喷嘴、四周喷嘴、中心喷嘴组成。过滤器外筒设置在井筒内部，过滤器外筒上部母扣下部公扣，环形挡圈与过滤器焊接，环形挡圈设置在过滤器外筒母扣底部的台阶面，台阶面可将环形挡圈卡住不向下运动，不用增加多余装置即可将过滤器外筒固定住，工作液自上而下由过滤器外筒母扣进入，在环形挡圈的作用下，粒子和工作液进入过滤器中，过滤器滤网直径1-6mm，粒子和工作液中杂质被过滤存储到过滤器中，经过过滤后的粒子和工作液向下进入扶正器筒内，扶正器叶片设置在扶正器筒外壁上，起居中扶正作用，扶正器叶片均匀分布在扶正器筒上，布置3-6个，扶正器叶片可为长方体形带倒角形也可为螺旋形。

连接装置设置在扶正器筒和旋转体外筒之间，连接装置外部连接旋转体外筒，内部连接上密封块，上密封块与连接装置之间设置三道o型密封圈，实现上密封块和连接装置之间的密封，上密封块不旋转，连接装置与上密封块之间设置导向轴，通导向轴的作用，连接装置与上密封块之间不存在相对旋转运动，但能够沿着导向轴方向相对运动，在导向轴外壁面的上密封块孔眼内设置压缩弹簧，压缩弹簧处于压缩状态，在压缩弹簧的作用下，上密封块和下密封块压紧，起密封作用，上密封块和下密封块材质为陶瓷或合金钢，下密封块设置在上密封块的下部内侧，下密封块旋转，下密封块伸出至上密封块内侧，导向带设置在上密封块和下密封块之间，导向带起导向和阻隔粒子的作用，密封块唇式密封设置在导向带下部，下密封块内侧具有一定压力后，压力通过流体经过导向带传输至密封块唇式密封，密封块唇式密封在压力的作用下，开始张开贴近上密封块，上密封块与下密封块之间有台阶，也具有密封和导向作用，通过导向带、密封块唇式密封、压缩弹簧压缩的共同作用，既防止了粒子进入密封腔导致的密封失效，也有效实现了对高压含有粒子流体的旋转密封。旋转轴设置在下密封块下部，旋转轴和下密封块同时旋转，止推轴承设置在旋转体外筒在旋转轴之间，止推轴承可使装置能够承受轴向方向的钻压和拉力，防跳轴承设置在旋转轴台阶下部，防跳轴承为圆锥滚子轴承，能够防止喷头在工作过程中的跳动，提高装置寿命，扶正轴承设置在防跳轴承下部，扶正轴承为圆柱滚子轴承，具有扶正作用，使旋转轴居中，保护旋转密封装置，压盖设置在旋转体外筒和旋转轴之间，用来压住上部扶正轴承，压盖唇式密封设置在压盖内侧上部，密封压盖和旋转轴，挡圈组合设置在压盖下部两侧，分别密封压盖和旋转轴以及压盖和旋转体外筒，挡圈组合包括两部分，下部盘根和上部密封圈，盘根用来密封大颗粒的粒子，密封圈用来密封流体和小颗粒粒子，通过盘根、密封圈、压盖唇式密封的三级密封作用，可有效防止外部粒子和流体进入旋转轴中。排气孔、注油孔设置在旋转体外筒上，注油孔打开后，可向旋转体外筒和旋转轴之间的孔隙内注入减速油，用来调节旋转轴的旋转速度，进而调节粒子喷射喷头的旋转速度，排气孔来用排出注油过程中在旋转体外筒和旋转轴之间的气体，使减速油顺利填充满旋转体外筒和旋转轴之间孔隙。

粒子喷射喷头设置旋转轴下部，用于喷射旋转粒子射流，喷头内腔设置在粒子喷射喷头内，粒子与流体从上部旋转轴向下流入喷头内腔，喷头内腔底部为半球形，可优化喷头内腔流场，减小流体进入下部喷嘴的阻力，粒子在流体携带下继续进入侧面喷嘴、四周喷嘴、中心喷嘴，喷出旋转粒子射流，旋转粒子射流高速冲击下部目的层，产生极大的瞬时冲击应力，可有效实现目的层的破碎，实现井下旋转粒子射流高效喷射钻进，侧面喷嘴设置在粒子喷射喷头侧面，可由侧面向外喷射旋转粒子射流，有效增加了粒子喷射喷头喷射的作用面积，也可提供粒子喷射喷头旋转的反推力，四周喷嘴设置在粒子喷射喷头底部四周，四周喷嘴可有效喷射喷头底部的目的层，四周喷嘴分为两种，一种是直喷，主要是用来冲击破碎目的层的，另一类是旋转喷，主要是用来提供喷头旋转所需的反作用力，中心喷嘴设置在粒子喷射喷头底部，中心喷嘴可有效喷射喷头下部中心目的层，α为沿着粒子喷射喷头径向上的夹角，主要用来直喷出粒子射流冲击破碎下部目的层，而且通过调节α角度，可调节粒子射流在井底的波及范围，并且均匀的打击到目的层表面上，α为0-45°，β为沿着粒子喷射喷头周向上的夹角，主要是提供粒子喷射喷头旋转的反作用力，推动粒子喷射喷头旋转，α为15-60°。本发明的有益效果是：

通过在泵送工作液中加入砂粒等粒子，利用井下专用的旋转喷射装置，实现对粒子和流体的过滤净化，并通过扶正叶片对井下喷头进行扶正，专用的粒子喷射喷头喷射出高速旋转粒子射流，旋转粒子射流高速冲击目的层，有效的实现井下高效钻进，旋转速度可调，粒子射流能够覆盖整个井底，不受钻压、转速和小尺寸井眼的限制，有效保护套管，提高钻进速度，降低施工成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中a-a局部侧视图。

图3为图1中b-b的俯视图。

图4为图1的底部俯视图。

图5为图4中四周喷嘴c-c侧视图。

图中：1、井筒2、过滤器外筒3、环形挡圈4、过滤器5、扶正器筒6、扶正器叶片7、连接装置8、上密封块9、o型密封圈10、导向带11、密封块唇式密封12、压缩弹簧13、导向轴14、下密封块15、止推轴承16、排气孔17、旋转体外筒18、旋转轴19、防跳轴承20、扶正轴承21、注油孔22、压盖23、压盖唇式密封24、挡圈组合25、粒子喷射喷头26、喷头内腔27、侧面喷嘴28、四周喷嘴29、中心喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1～5所示，本发明所述的井下旋转粒子射流喷射钻进装置，包括井筒1、过滤器外筒2、环形挡圈3、过滤器4、扶正器筒5、扶正器叶片6、连接装置7、上密封块8、o型密封圈9、导向带10、密封块唇式密封11、压缩弹簧12、导向轴13、下密封块14、止推轴承15、旋转体外筒排气孔16、旋转体外筒17、旋转轴18、防跳轴承19、扶正轴承20、注油孔21、压盖22、压盖唇式密封23、挡圈组合24、粒子喷射喷头25、喷头内腔26、侧面喷嘴27、四周喷嘴28、中心喷嘴29。过滤器外筒2设置在井筒1内部，过滤器外筒2上部母扣下部公扣，环形挡圈3与过滤器4焊接，环形挡圈3设置在过滤器外筒2母扣底部的台阶面，台阶面可将环形挡圈3卡住不向下运动，不用增加多余装置即可将过滤器外筒2固定住，工作液自上而下由过滤器外筒2母扣进入，在环形挡圈3的作用下，粒子和工作液进入过滤器4中，过滤器4滤网直径1-6mm，粒子和工作液中杂质被过滤存储到过滤器4中，经过过滤后的粒子和工作液向下进入扶正器筒5内，扶正器叶片6设置在扶正器筒5外壁上，起居中扶正作用，扶正器叶片6均匀分布在扶正器筒5上，布置3-6个，扶正器叶片6可为长方体形带倒角形也可为螺旋形。连接装置7设置在扶正器筒5和旋转体外筒16之间，连接装置7外部连接旋转体外筒16，内部连接上密封块8，上密封块8与连接装置7之间设置三道o型密封圈9，实现上密封块8和连接装置7之间的密封，上密封块8不旋转，连接装置7与上密封块8之间设置导向轴13，通导向轴13的作用，连接装置7与上密封块8之间不存在相对旋转运动，但能够沿着导向轴13方向相对运动，在导向轴13外壁面的上密封块8孔眼内设置压缩弹簧12，压缩弹簧12处于压缩状态，在压缩弹簧12的作用下，上密封块8和下密封块14压紧，起密封作用，上密封块8和下密封块14材质为陶瓷或合金钢，下密封块14设置在上密封块8的下部内侧，下密封块14能够旋转，下密封块14伸出至上密封块8内侧，导向带10设置在上密封块8和下密封块14之间，导向带10起导向和阻隔粒子的作用，密封块唇式密封11设置在导向带10下部，下密封块14内侧具有一定压力后，压力通过流体经过导向带10传输至密封块唇式密封11，密封块唇式密封11在压力的作用下，开始张开贴近上密封块8，上密封块8与下密封块14之间有台阶，也具有密封和导向作用，通过导向带10、密封块唇式密封11、压缩弹簧12压缩的共同作用，既防止了粒子进入密封腔导致的密封失效，也有效实现了对高压含有粒子流体的旋转密封。旋转轴17设置在下密封块14下部，旋转轴18和下密封块14同时旋转，止推轴承15设置在旋转体外筒16在旋转轴18之间，止推轴承15可使装置能够承受轴向方向的钻压和拉力，防跳轴承19设置在旋转轴18台阶下部，防跳轴承19为圆锥滚子轴承，能够防止喷头在工作过程中的跳动，提高装置寿命，扶正轴承20设置在防跳轴承19下部，扶正轴承20为圆柱滚子轴承，具有扶正作用，使旋转轴18居中，保护旋转密封装置，压盖22设置在旋转体外筒17和旋转轴18之间，用来压住上部扶正轴承20，压盖唇式密封23设置在压盖22内侧上部，密封压盖22和旋转轴18，挡圈组合24设置在压盖22下部两侧，分别密封压盖22和旋转轴18以及压盖22和旋转体外筒17，挡圈组合24包括两部分，下部盘根和上部密封圈，盘根用来密封大颗粒的粒子，密封圈用来密封流体和小颗粒粒子，通过盘根、密封圈、压盖唇式密封23的三级密封作用，可有效防止外部粒子和流体进入旋转轴18中。排气孔16、注油孔21设置在旋转体外筒17上，注油孔21打开后，可向旋转体外筒17和旋转轴18之间的孔隙内注入减速油，用来调节旋转轴18的旋转速度，进而调节粒子喷射喷头25的旋转速度，排气孔16来用排出注油过程中在旋转体外筒17和旋转轴18之间的气体，使减速油顺利填充满旋转体外筒17和旋转轴18之间孔隙。粒子喷射喷头25设置旋转轴18下部，用于喷射旋转粒子射流，喷头内腔26设置在粒子喷射喷头25内，粒子与流体从上部旋转轴18向下流入喷头内腔26，喷头内腔26底部为半球形，可优化喷头内腔26流场，减小流体进入下部喷嘴的阻力，粒子在流体携带下继续进入侧面喷嘴27、四周喷嘴28、中心喷嘴29，喷出旋转粒子射流，旋转粒子射流高速冲击下部目的层，产生极大的瞬时冲击应力，可有效实现目的层的破碎，实现井下旋转粒子射流高效喷射钻进，侧面喷嘴27设置在粒子喷射喷头25侧面，可由侧面向外喷射旋转粒子射流，有效增加了粒子喷射喷头25喷射的作用面积，也可提供粒子喷射喷头25旋转的反推力，四周喷嘴28设置在粒子喷射喷头25底部四周，四周喷嘴28可有效喷射喷头底部的目的层，四周喷嘴28分为两种，一种是直喷，主要是用来冲击破碎目的层的，另一类是旋转喷，主要是用来提供喷头旋转所需的反作用力，中心喷嘴29设置在粒子喷射喷头25底部，中心喷嘴29可有效喷射喷头下部中心目的层，α为沿着粒子喷射喷头23径向上的夹角，主要用来直喷出粒子射流冲击破碎下部目的层，而且通过调节α角度，可调节粒子射流在井底的波及范围，并且均匀的打击到目的层表面上，α为0-45°，β为沿着粒子喷射喷头23周向上的夹角，主要是提供粒子喷射喷头25旋转的反作用力，推动粒子喷射喷头25旋转，α为15-60°。