[实用新型]一种井下水击式压力脉冲发生工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油行业钻井技术领域，具体的说，是一种井下水击式压力脉冲发生工具。 

背景技术

水力脉冲钻井是利用安装在井底的水力脉冲发生装置在井底产生压力脉冲波，压力脉冲波作用在井底有利于清除井底岩屑、形成井底瞬时负压，提高钻进速度。水力脉冲发生装置在原理上分为以下两种：水力振荡式和节流式。 

水力振荡式压力波发生器通过流体振荡腔室结构，在振荡腔内产生压力振动，压力振动在腔室内得到放大后，通过水力振荡腔室出口释放出来，从而形成压力脉动。从压力振动产生的原理来看，这种水力振荡产生的脉动是与流体涡结构伴生的，所产生的压力波动频率高、振幅小、衰减快。 

节流式压力波发生器通过改变过流面积可以产生压力脉冲，结构简单可靠。但是过流面积改变有限且是渐进式的，而且没有信号放大设计，所以节流工具产生的水力波振幅和频率特性受到很大制约，振幅也比较小，通过只有几个大气压，作用有限。 

以上两种水力脉冲发生装置，由于水力波发生原理的限制，在振幅与频率特性上局限很大，没有得到大规模应用。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种井下水击式压力脉冲发生工具，其通过阀控流道周期性的开关，可以产生频率可调，振幅较高的水击式压力脉冲波，进而能提高钻井速度。 

本实用新型专利的技术方案如下，一种井下水击式压力脉冲发生工具，其 特征在于，所述装置包括外部结构与内部结构，其外部结构包括一个外缸、一个上接头、一个下接头，其内部结构包括一个导流体、一个阀轮组件、一个常开流道、一个喷嘴、两个阀控流道。所述导流体设置于阀轮组件上端，所述阀轮组件设置于常开流道与阀控流道上端，所述阀控流道通过所述阀轮组件而呈周期性地开关设置，阀控流道与常开流道并联。本实用新型专利通过阀轮周期性转动开关阀控流道，产生水击式压力脉冲波。 

水击波发生原理是流体力学一种基本流动现象，流体在流道里流动，当流道里的阀门开启与关闭时候，流体速度突然变化，那么流体中就会产生水击波，振幅相对其它压力波大非常多。 

在石油钻井过程中，地面的钻井液是通过钻杆与钻铤中间的圆形流道输送到井底的钻头上，钻井液通过钻头水眼形成高速射流喷射到井底岩石上，用来破岩和清洗井底岩屑。本实用新型专利所述的井下水击式压力脉冲发生工具设置在钻铤与钻头之间，所述的上接头与钻铤连接，所述的下接头与钻头连接。这样地面的钻井液通过所述的上接头进入井下水击式压力脉冲发生工具，钻井液通过所述的导流体加速冲击到所述阀轮组件，所述阀轮组件周期性转动开关阀控流道，产生水击式压力脉冲波，水击式压力脉冲波通过钻头水眼作用在井底岩石上，提高射流破岩与清洗岩屑效果，从而提高石油行业钻井速度。 

在优选的实施方式中，所述的井下水击式压力脉冲发生工具，其特征在于，所述导流体具有一个逐渐收缩的流道，用于使流体加速并把流体引向所述阀轮组件，使流体高速冲击所述阀轮组件的阀轮。 

在优选的实施方式中，所述阀轮组件包括一个阀轮和一个阀座，所述阀轮能转动地安装在所述阀座中，所述阀轮具有多个阀体，所述阀座内具有多个与所述阀体数量相对应的流体通道，所述阀体通过所述阀轮的转动能离开地挡止于所述流体通道的入口，所述流体通道与所述阀控流道相连通。 

在石油钻井过程中，钻井液经所述的导流体加速后，冲击到所述的阀轮组 件的所述的阀轮上，所述的阀轮在钻井液的冲击下进行旋转，在旋转的过程中，所述阀轮上的所述阀体进能周期性的离开或挡止所述阀座中的流体通道，从而周期性的控制所述阀控流道的开关，所述的阀控流道周期性的开关，产生水击式压力脉冲。 

在优选的实施方式中，所述外缸中还设有一个节流组件，所述节流组件常设置在所述常开流道下部。 

在本实用新型专利工具工作过程中，所述的阀控流道会产生周期性的开启与关闭，当所述的阀控流道关闭时，钻井液只能通过所述的常开流道通过，当所述的阀控流道开启时，阀控流道与常开流道并联，钻井液分成两股从常开流道与阀控流道通过，为了降低从常开流道通过的流量，增加阀控流道的流量，那么需要在常开流道下部设置节流组件，这样可以提高水击式压力波振幅。 

在优选的实施方式中，所述的井下水击式压力脉冲发生工具，其特征在于，所述节流部件包括至少一个节流喷嘴。 

本实用新型的特点及优点是： 

1、流体经过导流体收缩段加速后，高速冲击阀轮组件的阀轮，使阀轮在阀座内产生旋转。阀轮与阀座配合，形成周期性开关，并控制阀控流道周期性的开启与关闭，阀控流道突然开启与关闭时，产生水击式压力脉冲。