[发明专利]水力脉冲空化射流发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钻井作业的水力脉冲空化射流发生装置，尤其是一种 便于维修更换内部零件、具有良好的润滑和密封性能、能有效提高叶轮轴的使 用寿命的水力脉冲空化射流发生装置。

背景技术

水力脉冲空化射流钻井装置是实现水力脉冲空化射流钻井技术的一个重要 部件，钻井时该装置安装在钻头和钻铤之间，或钻头与井下动力钻具之间，将 钻铤或井下动力钻具流出的连续流动钻井液转变成脉冲空化射流，脉冲空化射 流经钻头喷嘴射至井底，产生水力脉冲、空化空蚀、瞬时负压3种效应，从而 改变井底流场及岩石受力状态，从而提高机械钻速。

本案申请人，在中国专利申请第“200610098598.8”号就公开了一种“水 力脉冲空化射流钻井装置、方法及钻头”，该水力脉冲空化射流钻井装置在钻进 过程中流经导流部的钻井液连续冲击叶轮座中的叶轮，叶片受到连续的切向力 作用而连续高速旋转，高速旋转过程改变过流面积导致压力及流速周期脉动变 化。水力脉冲空化射流钻井过程中该装置安装在底部钻具组合上，而井底由于 高温、高压、高流速、钻井液成分复杂等因素，导致工作环境十分恶劣。通常 一个聚晶金刚石复合片钻头正常工作时间在220小时以上，因此，为了与井下 工具配套，水力脉冲空化射流钻井装置在井下工作也必须超过220小时，而水 力脉冲空化射流钻井装置中最重要的一个环节就是叶轮轴的寿命，恶劣的井下 工作环境和高速旋转致使叶轮轴磨损严重，甚至断裂，将直接导致工具失效。 在该公知的水力脉冲空化射流钻井装置中，导流体、叶轮总成和振荡喷嘴为依 次相互抵接嵌置在本体内，通过钻井液对枢设在叶轮总成内的叶轮轴进行润滑。 在井下极其恶劣的环境下，且密封状态不佳，井下泥浆会容易的进入水力脉冲 空化射流钻井装置内，而叶轮及叶轮轴高速旋转会产生大量的热，因此易于造 成叶轮轴的磨损，单靠钻井液对叶轮的润滑无法保障其使用寿命。另外，由于 在钻井过程中，在公知的结构中大量的泥浆会进入到水力脉冲空化射流钻井装 置内，导致其内设置的导流体、叶轮总成和振荡喷嘴与本体之间卡死，在水力 脉冲空化射流钻井装置自井下取出维修时，对其内部的各零件进行拆卸和更换 非常困难，致使整个部件报废，从而提高了使用成本。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种水力脉冲空化射流发生装置，使其便于维修 更换内部零件，具有良好的润滑和密封性能，以有效提高叶轮轴的使用寿命。

为此，本发明提出一种水力脉冲空化射流发生装置，包括：一中空柱状本 体，所述本体的一端为流体入口段，另一端为流体出口段，在所述流体入口段 与流体出口段之间构成容置腔，其内依次设有导流体、叶轮总成和自激振荡喷 嘴；所述叶轮总成具有叶轮座、叶轮、以及将所述叶轮枢设在叶轮座上的叶轮 轴；其特征在于，所述容置腔靠近流体出口段一侧设有一环凸缘，所述凸缘朝 向所述流体入口段的一面构成定位端面，所述自激振荡喷嘴能抵接、定位于所 述定位端面；一顶部压环设置在靠近所述本体的流体入口段一侧，与所述本体 的容置腔通过螺纹连接并顶抵于所述导流体。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，所述顶部压环、导流体、 叶轮总成、自激振荡喷嘴、定位端面之间均设有密封垫片。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，所述容置腔的内径大于所 述导流体和叶轮总成的外径，且所述容置腔的内壁面与所述导流体和叶轮总成 的外周壁之间形成储油室。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，所述容置腔的周壁上设有 一环扩径的凹槽，所述凹槽位于所述储油室内，所述本体上设有与所述凹槽相 连通的注油孔，一注油螺栓能密封地旋合在所述注油孔内。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，轮座的侧壁上设有两相对 置的贯通轴孔，所述轴孔的轴线与所述容置腔的纵轴线相垂直，所述轴孔形成 外部直径大于内部直径的阶梯孔。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，所述叶轮轴的两端通过轴 套能转动地设置在所述轴孔内，所述轴套设置在由所述阶梯孔的外部大直径孔 构成的轴套容置孔内。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，所述轴套与所述阶梯孔的 阶梯面之间设有组合密封圈。

如上所述的水力脉冲空化射流发生装置，其中，所述轴套容置孔设有内螺 纹，所述轴套设有外螺纹，通过该内、外螺纹所述轴套与所述叶轮座固定连接。