一种脉冲射流式岩屑床破坏器

技术领域

本发明涉及一种脉冲射流式岩屑床破坏器，属井下工具技术领域。

背景技术

在水平井及大斜度井钻井工程中，岩屑在重力作用下易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床，清洁难度大，岩屑过多后岩屑与钻杆摩擦，会导致井底高摩阻、高扭矩、阻卡，严重时造成卡钻、钻具断落等井下安全事故。传统的岩屑清理工具，是在钻杆外壁上设计扰流结构，对钻杆与井壁之间的环空内的流场起到扰流的作用，但是容易形成泥包现象，且扰流结构易把钻杆与井壁之间的环空上部岩屑又搅拌到环空底部，二次形成岩屑床，清理效果不佳。因此有必要涉及一种脉冲射流式岩屑床破坏器，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术不足，提供一种能有效清理岩屑床，且不易二次沉积，以解决现有清理工具清理效果不佳，且容易二次沉积问题的脉冲射流式岩屑床破坏器。

本发明的技术方案是：

一种脉冲射流式岩屑床破坏器，它由上接头和下接头构成，上接头前端设置有下接头，其特征在于：上接头上安装有往复增压机构，往复增压机构与下接头之间通过中间接头安装有脉冲射流器；所述的脉冲射流器的中间底部设置有偏心块，偏心块两侧的脉冲射流器上分别设置有空化射流喷嘴，空化射流喷嘴与脉冲射流器上的中心孔连通。

所述的往复增压机构由连接管、活塞缸和活塞构成，连接管的前端端头螺纹安装有活塞缸，连接管内设置有活塞，活塞的前端端头与活塞缸活动插装连接；所述的连接管与上接头螺纹连接；活塞的后端端头与上接头活动插装连接；活塞缸通过中间接头与下接头连接。

所述的活塞缸前端圆周和下接头后端圆周上分别均布有射流孔，射流孔通过空化射流喷嘴与活塞缸间歇连通。

所述的活塞呈中空的管状体，上接头一侧的活塞圆周上设置有活塞盘，活塞盘与连接管滑动密封连接。

所述的活塞盘上设置有上腔和下腔，上腔与下腔通过设置在活塞内的分隔板分隔，上腔通过活塞与上接头连通，下腔通过活塞与活塞缸连通。

所述的上腔上设置有上阀，上阀由设置在上腔内的阀芯和设置在阀芯两端端面上的阀杆构成，阀杆与上腔插装连接。

所述的下腔上设置有下阀，下阀由插装在下腔上的阀杆和阀帽构成，阀杆的两端端头分别延伸至下腔外侧，延伸至下腔外侧的阀杆端头分别设置有阀帽。

所述的活塞盘前端的连接管内壁上设置有止推板，止推板与活塞滑动密封连接。

所述的止推板前端的活塞圆周上设置有流通孔。

所述的活塞外侧的活塞缸端面设置有流通环槽，活塞缸的前端依次通过活塞缸上设置的径向孔、流通环槽、流通孔与活塞连通。

所述的活塞前端端头和径向孔后端的活塞缸内壁上分别设置有逆止阀。

本发明的有益效果在于：

该脉冲射流式岩屑床破坏器通过偏心块能保持脉冲射流器不转动，使空化射流喷嘴始终向下，进而在转动过程中使空化射流喷嘴能间歇与运动至底部的射流孔连通，从而对环空底部的岩屑进行脉冲空化射流，有效清理环空底部的岩屑，由于通过空化射流进行清理，通过射流的冲刷能有效防止泥包发生；且由于射流方向始终向下，能有效防止岩屑形成二次沉积，从而有效减小井底高摩阻、高扭矩、阻卡现象；解决现有清理工具清理效果不佳，且容易二次沉积的问题，特别适用于水平井或斜井段的岩屑床清理。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向的结构示意图；

图3是图1中B-B向的结构示意图；

图4是图1中C-C向的结构示意图；

图5是图1中D-D向的结构示意图；

图6是本发明活塞的结构示意图。

图中：1、上接头，2、下接头，3、中间接头，4、脉冲射流器，5、偏心块，6、空化射流喷嘴，7、连接管，8、活塞缸，9、活塞，10、射流孔，11、上腔，12、下腔，13、分隔板，14、阀芯，15、阀杆，16、阀帽，17、止推板，18、流通孔，19、流通环槽，20、径向孔，21、逆止阀。

具体实施方式

该脉冲射流式岩屑床破坏器由上接头1和下接头2构成，上接头1前端设置有下接头2，上接头1上安装有往复增压机构，往复增压机构与下接头2之间通过中间接头3安装有脉冲射流器4；脉冲射流器4的中间底部设置有偏心块5，偏心块5两侧的脉冲射流器4上分别设置有空化射流喷嘴6，空化射流喷嘴6与脉冲射流器4上的中心孔连通；偏心块5的作用是在偏心块5重力的作用下，保持脉冲射流器4的方向，进而保持空化射流喷嘴6的方向，使空化射流喷嘴6的方向与偏心块5重力方向一致始终向下，进而保证空化射流喷嘴6的喷射方向始终向下；空化射流喷嘴6的作用是使钻井液在空化射流喷嘴6空化腔的作用下空化产生微气泡，进而增加钻井液射流对岩屑床的破坏性。

往复增压机构由连接管7、活塞缸8和活塞9构成，连接管7的前端端头螺纹安装有活塞缸8，连接管7内设置有活塞9，活塞9的前端端头与活塞缸8活动插装连接；连接管7与上接头1螺纹连接；活塞9的后端端头与上接头1活动插装连接；活塞缸8通过中间接头3与下接头2连接；活塞9的作用是通过活塞9在活塞缸8内的往复运动，使活塞缸8内的容积形成周期性变化，进而通过活塞缸8与活塞9配合形成周期性的脉冲射流；活塞缸8前端圆周和下接头2后端圆周上分别均布有射流孔10，射流孔10通过空化射流喷嘴6与活塞缸8间歇连通，钻杆转动时，带动活塞缸8和下接头2转动，从而使射流孔10进行转动，由于偏心块5的作用空化射流喷嘴6朝向始终向下，进而使射流孔10与空化射流喷嘴6间歇连通，由此在射流孔10与空化射流喷嘴6连通时，使脉冲射流器4内的钻井液依次通过射流孔10、空化射流喷嘴6向环空进行喷射，通过射流对环空底部的岩屑床进行破坏，同时在射流的冲刷作用下，不易形成泥包；同时活塞缸8和下接头2是一个连续的转动过程，使射流孔10与空化射流喷嘴6周期性的连通，进而形成连续的周期性脉冲射流，通过连续的脉冲射流对岩屑床周期性的喷射，能有效防止岩屑形成二次沉淀，保证岩屑不易堆积在环空底部，由此有效降低摩阻、扭矩和阻卡。

活塞9呈中空的管状体，上接头1一侧的活塞9圆周上设置有活塞盘，活塞盘与连接管7滑动密封连接；活塞盘上设置有上腔11和下腔12，上腔11与下腔12通过设置在活塞9内的分隔板13分隔，上腔11通过活塞9与上接头1连通，下腔12通过活塞9与活塞缸8连通；分隔板13的作用是通过分隔板13的分隔，使由上接头1流入活塞9的钻井液只能通过上腔11进入连接管7与活塞盘之间的环空中，再由连接管7与活塞盘之间的环空中进入下腔12，通过下腔12和活塞9的前端向前流动，在钻井液由进入连接管7与活塞盘之间的环空中以及由连接管7与活塞盘之间的环空中进入下腔12的过程中通过钻井液的压力带动活塞盘在连接管7内进行运动，从而使活塞盘带动活塞9进行运动；上腔11上设置有上阀，下腔12上设置有下阀，上阀和下阀的作用是改变钻井液的流向，进而对钻井液进行引导；上阀由设置在上腔11内的阀芯14和设置在阀芯14两端端面上的阀杆15构成，阀杆15与上腔11插装连接，上阀的阀芯14能在阀杆15的作用下对上腔前端或后端端面上的流通孔进行封闭，阀芯14对上腔11前端端面上的流通孔封闭时，钻井液由上腔11后端端面上的流通孔向上腔11后端的连接管7内流入，阀芯14对上腔11后端端面上的流通孔封闭时，钻井液由上腔11前端端面上的流通孔向上腔11前端的连接管7内流入；下阀由插装在下腔12上的阀杆15和阀帽16构成，阀杆15的两端端头分别延伸至下腔12外侧，延伸至下腔12外侧的阀杆15端头分别设置有阀帽16，阀帽16的作用是通过阀帽16能对下腔12前端或后端端面上的流通孔进行封闭，下腔12前端的阀帽16封闭下腔12前端端面的流通孔时，连接管7内的钻井液由下腔12后端端面上的流通孔进入下腔12内，下腔12后端的阀帽16封闭下腔12后端端面的流通孔时，连接管7内的钻井液由下腔12前端端面上的流通孔进入下腔12内；活塞盘前端的连接管7内壁上设置有止推板17，止推板17与活塞9滑动密封连接，止推板17的作用一方面是通过止推板17对活塞9的圆周面进行密封，另一方面是在上阀和下阀与止推板17作用时，通过止推板17推动上阀和下阀运动，同时止推板17能限制活塞盘的位置，进而限制活塞的运动位置，使活塞不会过量移动；止推板17前端的活塞圆周上设置有流通孔18，以使活塞9能与连接管7前端与活塞9之间的环空连通；活塞9外侧的活塞缸8端面设置有流通环槽19，活塞缸8的前端依次通过活塞缸8上设置的径向孔20、流通环槽19、流通孔18与活塞9连通；活塞9前端端头和径向孔20后端的活塞缸8内壁上分别设置有逆止阀21，活塞9前端逆止阀21的流向是由活塞9指向活塞缸8，径向孔20后端的活塞缸8内壁上的逆止阀21的流向是由活塞缸8后端指向活塞缸8前端。

该脉冲射流式岩屑床破坏器通入钻井液后，钻井液由上接头1进入活塞9中，进入活塞9后端的钻井液进入活塞盘的上腔11中，当上腔11上的上阀阀芯14的初始状态是阀芯14封闭上腔11前端端面的流通孔时，钻井液通过上腔11进入上腔11后端的连接管7内，进入上腔11后端的连接管7内的钻井液推动活塞盘向止推板17运动，进而在活塞盘运动过程中带动活塞9向活塞缸8内插入；活塞8向活塞缸8插入过程中，活塞9在活塞9前端逆止阀21的作用下，挤压活塞9前端活塞缸8内的钻井液，使活塞缸8内的钻井液通过活塞缸8上的逆止阀21向脉冲射流器4的中心孔内喷射，使脉冲射流器4内的钻井液压力增大；同时活塞盘在向前运动过程中，活塞盘挤压活塞盘前端连接管7内的钻井液，使活塞盘前端连接管7内的钻井液通过下阀进入活塞盘的下腔12，进入活塞盘下腔12的钻井液依次通过活塞9、流通孔18、连接管7、流通环槽19、径向孔20进入脉冲射流器4中，进一步对脉冲射流器内的钻井液压力增大；活塞盘向止推板17逐渐运动，止推板17一侧的上阀阀杆15以及下阀的阀帽16逐渐抵靠在止推板17上，止推板17推动上阀和下阀运动，使止推板17一侧的上阀阀杆15向上腔11内运动，进而使上阀的阀芯14对上腔11后端端面的流通孔封闭，对上腔11前端端面的流通孔打开，同时止推板17使止推板17一侧的下阀阀帽16向下腔12的前端端面运动，使下腔12前端端面的流通孔被阀帽16封闭，下腔12后端端面的流通孔打开，改变钻进液的流向，使由上接头1流入的钻井液由上腔11向活塞盘与止推板17之间的连接管7内流入，钻井液流入时，一方面积蓄活塞盘与止推板17之间的钻井液，另一方面推动活塞盘向上接头1一侧运动，进而带动活塞9由活塞缸8中向后运动，活塞9由活塞缸8中向后运动的过程中吸入钻井液，在活塞缸8中积蓄钻井液；活塞盘运动至上接头1处时，上阀和下阀在上接头1的推动下运动，再次改变上腔11中钻井液的流向，使上腔11中的钻井液由上腔11后端端面的流通孔向活塞盘后端的连接管7内流入，进而推动活塞9向前运动，使活塞缸8中以及活塞盘与止推板17之间积蓄钻井液向脉冲射流器4中喷射；如此循环，使脉冲缓冲器4中的钻井液形成连续的周期性脉冲射流；控制钻井液的压力和钻杆的转速，使脉冲射流器4中的钻井液压力最大时，射流孔10转动至与空化射流喷嘴6连通，使钻井液依次通过射流孔10和空化射流喷嘴6向环空底部喷射，对环空底部的岩屑床进行破坏清理。

该脉冲射流式岩屑床破坏器通过偏心块5能保持脉冲射流器4不转动，使空化射流喷嘴6始终向下，进而在转动过程中使空化射流喷嘴6能间歇与运动至底部的射流孔10连通，从而对环空底部的岩屑进行脉冲空化射流，有效清理环空底部的岩屑，由于通过空化射流进行清理，通过射流的冲刷能有效防止泥包发生；且由于射流方向始终向下，能有效防止岩屑形成二次沉积，从而有效减小井底高摩阻、高扭矩、阻卡现象；解决现有清理工具清理效果不佳，且容易二次沉积的问题，特别适用于水平井或斜井段的岩屑床清理。