專利名稱：井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油氣井井下工具領(lǐng)域，特別涉及一種井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
水平井鉆井技術(shù)作為提高油田采收率、降低開采費(fèi)用的一項(xiàng)綜合性技術(shù)，如何實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)和提高水平段長(zhǎng)度一直是研究中所關(guān)注的焦點(diǎn)。在水平井鉆井過(guò)程中，鉆柱與井壁之間通常存在著接觸壓力，進(jìn)而會(huì)在鉆柱上施加軸向阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩，使得軸向摩擦阻力增加、旋轉(zhuǎn)扭矩增大。摩阻的存在使得井下鉆具組合的重力(鉆壓)不能有效傳遞到鉆頭，同時(shí)可能引發(fā)鉆柱強(qiáng)度破壞而造成井下事故。水平段長(zhǎng)度越長(zhǎng)，出現(xiàn)托壓、粘滑、丟失工具面等的現(xiàn)象越嚴(yán)重，限制了鉆進(jìn)速度并制約了水平段長(zhǎng)度的延伸。鉆井時(shí)鉆柱內(nèi)部的壓力波動(dòng)可以被用來(lái)為鉆柱提供軸向振動(dòng)，從而使鉆具與井壁縱向上的靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，提高鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓傳遞的有效性，減少鉆柱與井眼之間的摩阻。目前鉆柱內(nèi)部的壓力波動(dòng)主要來(lái)源是泥漿泵的泵注特性，這種波動(dòng)會(huì)受到鉆具組合以及鉆井深度的影響，且波動(dòng)的頻率及幅值均無(wú)法控制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種在油氣井鉆井過(guò)程中能夠減少鉆柱與井眼之間的摩阻，從而提高鉆進(jìn)過(guò)程鉆壓傳遞有效性的井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:一種井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器，包括上接頭、外筒、定位筒、軸承、緊定螺母、連接筒、閥芯以及閥座。上接頭和外筒均為內(nèi)部設(shè)置有空腔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，且上接頭的下端通過(guò)螺紋與外筒的上端相連接。定位筒為中心設(shè)置有通孔的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，緊定螺母為中心設(shè)置有螺紋通孔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，連接筒為薄壁圓筒狀結(jié)構(gòu)。閥座為兩端設(shè)置有階梯狀凸緣且中心設(shè)置有通孔的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，在閥座的上端凸緣上設(shè)置有內(nèi)徑較小的小泄流通孔，閥座的下端凸緣上設(shè)置有內(nèi)徑較大的大泄流通孔，閥座的中間段上設(shè)置有沿徑向貫穿的徑向通孔。閥芯包括由上到下依次相接的閥芯上段、閥芯中段以及閥芯下段，閥芯上段為圓柱形結(jié)構(gòu)，且閥芯上段的中心處設(shè)置有通液盲孔。在通液盲孔的側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相同的通液斜孔，閥芯上段的外輪廓面上設(shè)置有凸臺(tái)。閥芯中段的上下兩端分別與閥芯上段以及閥芯下段相連接。閥芯下段為長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，且閥芯下段橫截面的寬度大于徑向通孔的孔徑。定位筒和閥座分別設(shè)置于外筒內(nèi)部空腔的上下兩端。連接筒設(shè)置在外筒的內(nèi)部空腔中，且連接筒的下端與閥座的上端相貼合。軸承設(shè)置于凸臺(tái)的兩端，且軸承的內(nèi)圈與閥芯上段的外輪廓面相配合，軸承的外圈與外筒的內(nèi)輪廓面相配合。位于上方的軸承的上端面與定位筒的下端面相貼合，位于下方的軸承的下端面與連接筒的上端面相貼合。閥芯上段的上部與定位筒的中心通孔相配合，閥芯下段與閥座的中心通孔相配合，且閥芯下段沿軸向方向的位置與徑向通孔相對(duì)應(yīng)。緊定螺母通過(guò)螺紋與閥芯上段的外輪廓面相配合，且緊定螺母的上端面與位于下方的軸承的下端面相貼合。當(dāng)有液體通過(guò)上接頭進(jìn)入該工具時(shí)，液體由上接頭的內(nèi)部通孔流入到閥芯上段的通液盲孔中，進(jìn)而由通液盲孔側(cè)壁上的多個(gè)通液斜孔流出。由于通液斜孔的旋向相同，在液體沖擊的作用下，閥芯會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，閥芯下段的轉(zhuǎn)動(dòng)使得閥座上的徑向通孔周期性開啟與關(guān)閉。當(dāng)徑向通孔開啟時(shí)，進(jìn)入工具的液體可以同時(shí)經(jīng)由小泄流通孔和徑向通孔后通過(guò)大泄流通孔流出工具，此時(shí)工具內(nèi)部產(chǎn)生的壓力較??；當(dāng)徑向通孔關(guān)閉時(shí)，進(jìn)入工具的液體只能經(jīng)由小泄流通孔一種渠道流至大泄流通孔處，此時(shí)工具內(nèi)部產(chǎn)生的壓力較大；徑向通孔的周期性開啟與關(guān)閉可以使工具內(nèi)的壓力發(fā)生周期性變化。通過(guò)改變流經(jīng)該工具的流量以及通液斜孔的孔徑，可以調(diào)整閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而改變脈沖壓力頻率。通過(guò)調(diào)整閥座上小泄流通孔和徑向通孔的截面積，可以改變脈沖壓力幅值。優(yōu)選的，在定位筒的內(nèi)部通孔以及閥芯上段的內(nèi)部通孔的上端均設(shè)置有圓錐形導(dǎo)向斜坡，以利于液體的流入。優(yōu)選的，在定位筒與外筒的接觸面之間、閥芯與定位筒的接觸面之間、閥座與外筒的接觸面之間以及閥芯下段與閥座中心通孔的接觸面之間分別設(shè)置有密封圈。密封圈起到液體密封的作用，進(jìn)一步提高了工具的可靠性。采用本實(shí)用新型的井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器，可以在有液體通過(guò)時(shí)使管路中產(chǎn)生具有一定幅值與頻率的脈沖壓力，且對(duì)壓力脈沖的幅值與頻率調(diào)整方便，不受鉆井深度的影響。

圖1是本實(shí)用新型井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中A-A截面的剖視圖。圖3是圖1中B-B截面當(dāng)閥座的徑向通孔開啟時(shí)的剖視圖。圖4是圖1中B-B截面當(dāng)閥座的徑向通孔關(guān)閉時(shí)的剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，I為上接頭,2為外筒,3為定位筒,4為軸承,5為緊定螺母,6為連接筒，7為閥芯，8為閥座。上接頭I和外筒2均為內(nèi)部設(shè)置有空腔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，且上接頭I的下端通過(guò)螺紋與外筒2的上端相連接。定位筒3為中心設(shè)置有通孔的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，緊定螺母5為中心設(shè)置有螺紋通孔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，連接筒6為薄壁圓筒狀結(jié)構(gòu)。閥座8為兩端設(shè)置有階梯狀凸緣且中心設(shè)置有通孔的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，在閥座8的上端凸緣上設(shè)置有內(nèi)徑較小的小泄流通孔801，閥座8的下端凸緣上設(shè)置有內(nèi)徑較大的大泄流通孔802，閥座8的中間段上設(shè)置有沿徑向貫穿的徑向通孔803。閥芯7包括由上到下依次相接的閥芯上段701、閥芯中段702以及閥芯下段703，閥芯上段701為圓柱形結(jié)構(gòu)，且閥芯上段701的中心處設(shè)置有通液盲孔704。在通液盲孔704的側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相同的通液斜孔705，如圖2所示。閥芯上段701的外輪廓面上設(shè)置有凸臺(tái)706。閥芯中段702的上下兩端分別與閥芯上段701以及閥芯下段703相連接，閥芯下段703為長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，且閥芯下段703橫截面的寬度大于徑向通孔803的孔徑。定位筒3和閥座8分別設(shè)置于外筒2內(nèi)部空腔的上下兩端。連接筒6設(shè)置在外筒2的內(nèi)部空腔中，且連接筒6的下端與閥座8的上端相貼合。軸承4設(shè)置于凸臺(tái)706的兩端，且軸承4的內(nèi)圈與閥芯上段701的外輪廓面相配合，軸承4的外圈與外筒2的內(nèi)輪廓面相配合。位于上方的軸承4的上端面與定位筒3的下端面相貼合，位于下方的軸承4的下端面與連接筒6的上端面相貼合。閥芯上段701的上部與定位筒3的中心通孔相配合，閥芯下段703與閥座8的中心通孔相配合，且閥芯下段703沿軸向方向的位置與徑向通孔803相對(duì)應(yīng)。緊定螺母5通過(guò)螺紋與閥芯上段701的外輪廓面相配合，且緊定螺母5的上端面與位于下方的軸承4的下端面相貼合。在定位筒3的內(nèi)部通孔以及閥芯上段701的內(nèi)部通孔的上端均設(shè)置有圓錐形導(dǎo)向斜坡。在定位筒3與外筒2的接觸面之間、閥芯7與定位筒3的接觸面之間、閥座8與外筒2的接觸面之間以及閥芯下段703與閥座8中心通孔的接觸面之間分別設(shè)置有密封圈9。當(dāng)有液體通過(guò)上接頭I進(jìn)入該工具時(shí)，液體由上接頭I的內(nèi)部通孔流入到閥芯上段701的通液盲孔704中，進(jìn)而由通液盲孔704側(cè)壁上的多個(gè)通液斜孔705流出。由于通液斜孔705的旋向相同，在液體沖擊的作用下，閥芯7會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，閥芯下段703的轉(zhuǎn)動(dòng)使得閥座8上的徑向通孔803周期性開啟與關(guān)閉。當(dāng)徑向通孔803開啟時(shí)，如圖3所示，進(jìn)入工具的液體可以同時(shí)經(jīng)由小泄流通孔801和徑向通孔803后通過(guò)大泄流通孔802流出工具，此時(shí)工具內(nèi)部產(chǎn)生的壓力較??；當(dāng)徑向通孔803關(guān)閉時(shí)，如圖4所示，進(jìn)入工具的液體只能經(jīng)由小泄流通孔801—種渠道流至大泄流通孔802處，此時(shí)工具內(nèi)部產(chǎn)生的壓力較大；徑向通孔803的周期性開啟與關(guān)閉可以使工具內(nèi)的壓力發(fā)生周期性變化。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器，包括上接頭(I)、外筒(2)、定位筒(3)、軸承(4)、緊定螺母(5)、連接筒(6)、閥芯(7)以及閥座(8)，其特征在于: 所述定位筒(3)為中心設(shè)置有通孔的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)；所述緊定螺母(5)為中心設(shè)置有螺紋通孔的圓筒狀結(jié)構(gòu)；所述連接筒(6)為薄壁圓筒狀結(jié)構(gòu)； 所述閥座(8)為兩端設(shè)置有階梯狀凸緣且中心設(shè)置有通孔的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)；在所述閥座(8)的上端凸緣上設(shè)置有內(nèi)徑較小的小泄流通孔(801)，所述閥座(8)的下端凸緣上設(shè)置有內(nèi)徑較大的大泄流通孔(802)，所述閥座(8)的中間段上設(shè)置有沿徑向貫穿的徑向通孔(803)； 所述閥芯(7)包括由上到下依次相接的閥芯上段(701)、閥芯中段(702)以及閥芯下段(703);所述閥芯上段(701)為圓柱形結(jié)構(gòu)，且所述閥芯上段(701)的中心處設(shè)置有通液盲孔(704);在所述通液盲孔(704)的側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相同的通液斜孔(705);所述閥芯上段(701)的外輪廓面上設(shè)置有凸臺(tái)(706);所述閥芯中段(702)的上下兩端分別與所述閥芯上段(701)以及所述閥芯下段(703)相連接；所述閥芯下段(703)為長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，且所述閥芯下段(703)橫截面的寬度大于所述徑向通孔(803)的孔徑； 所述定位筒(3)和所述閥座(8)分別設(shè)置于所述外筒(2)內(nèi)部空腔的上下兩端；所述連接筒(6)設(shè)置在所述外筒(2)的內(nèi)部空腔中，且所述連接筒(6)的下端與所述閥座(8)的上端相貼合；所述軸承(4)設(shè)置于所述凸臺(tái)(706)的兩端，且所述軸承(4)的內(nèi)圈與所述閥芯上段(701)的外輪廓面相配合，所述軸承(4)的外圈與所述外筒(2)的內(nèi)輪廓面相配合；位于上方的所述軸承(4)的上端面與所述定位筒(3)的下端面相貼合，位于下方的所述軸承(4)的下端面與所述連接筒￠)的上端面相貼合；所述閥芯上段(701)的上部與所述定位筒(3)的中心通孔相配合，所述閥芯下段(703)與所述閥座(8)的中心通孔相配合，且所述閥芯下段(703)沿軸向方向的位置與所述徑向通孔(803)相對(duì)應(yīng)；所述緊定螺母(5)通過(guò)螺紋與所述閥芯上段(701)的外輪廓面相配合，且所述緊定螺母(5)的上端面與位于下方的所述軸承(4)的下端面相貼合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器，其特征在于:在所述定位筒(3)的內(nèi)部通孔以及所述閥芯上段(701)的內(nèi)部通孔的上端均設(shè)置有圓錐形導(dǎo)向斜坡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器，其特征在于:在所述定位筒(3)與所述外筒(2)的接觸面之間、所述閥芯(7)與所述定位筒(3)的接觸面之間、所述閥座(8)與所述外筒⑵的接觸面之間以及所述閥芯下段(703)與所述閥座⑶中心通孔的接觸面之間分別設(shè)置有密封圈(9)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種井下旋塞閥式脈沖發(fā)生器，包括上接頭、外筒、定位筒、軸承、緊定螺母、連接筒、閥芯以及閥座。閥座的上端凸緣、下段凸緣和中間段上分別設(shè)置有小泄流通孔、大泄流通孔和徑向通孔。閥芯上段設(shè)置有通液盲孔和凸臺(tái)，通液盲孔的側(cè)壁上設(shè)置有通液斜孔。閥芯下段為長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，其橫截面寬度大于徑向通孔孔徑。軸承設(shè)置于凸臺(tái)兩端，且軸承內(nèi)外圈分別與閥芯上段和外筒相配合。閥芯下段與閥座的中心通孔相配合，且閥芯下段沿軸向方向的位置與徑向通孔相對(duì)應(yīng)。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以在有液體通過(guò)時(shí)使管路中產(chǎn)生具有一定幅值與頻率的脈沖壓力，且對(duì)壓力脈沖的幅值與頻率調(diào)整方便，不受鉆井深度的影響。
文檔編號(hào)E21B28/00GK203035142SQ20132004743
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者馮強(qiáng), 張文華, 李瑞明, 吳杰, 吳欣袁, 泰淑媛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司