本發(fā)明屬于石油工程領域，具體地，涉及一種與動力鉆具配合使用的井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，用于實現(xiàn)鉆井施工中動力鉆具帶動鉆頭高速旋轉(zhuǎn)破巖的同時，將向井底恒壓噴射的鉆井液調(diào)制成向環(huán)空與井底交替噴射形式從而提高鉆井速度的目標。

背景技術：

研究及現(xiàn)場實踐表明，油氣鉆井過程中，在井底產(chǎn)生瞬時負壓和脈沖沖擊可以減小巖屑的壓持效應，提高破巖和清巖效率。研究還表明，清巖效率及提速效果隨著鉆井液負壓脈沖幅值的增加而增加。為此，國內(nèi)外研制了多種脈沖射流工具用于產(chǎn)生井底瞬時負壓和脈沖沖擊。然而，這些工具難以滿足動力鉆具鉆井的需要，因為鉆井過程尤其是鉆定向井過程中，動力鉆具與鉆頭間不已連接過長的井下工具，這就要求用于定向井鉆井的鉆井液壓力震蕩調(diào)制工具需要具有以下特征：(1)安裝于鉆頭與動力鉆具之間，其長度不宜過長；(2)工具工作不能影響隨鉆測量工具的使用；(3)工具使用壽命不能太短，至少與動力鉆具及鉆頭壽命相近；(4)工具出現(xiàn)事故時，不能引起井下事故；(5)工具的使用不能為動力鉆具轉(zhuǎn)動提供負擔。國內(nèi)外已經(jīng)設計出的脈沖射流工具有的結構復雜、工作壽命短，難以滿足現(xiàn)場需要；有的尺寸過大，不能與動力鉆鉆具匹配，有的不能與隨鉆測量儀器并用，這些因素導致上述種類的鉆井液壓力震蕩調(diào)制工具一直未能應用于定向井提速領域。因此，研發(fā)直接連接與鉆頭與動力鉆具之間的、與隨鉆測量儀器兼容的長壽命、小尺寸鉆井液壓力震蕩調(diào)制器對深井硬地層定向井鉆井提速非常有意義，對加快油氣資源開發(fā)進度、降低鉆井成本及風險具有重要作用。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種與動力鉆具配合使用的井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，用于實現(xiàn)動力鉆具鉆井工況下將向井底恒壓噴射的鉆井液調(diào)制成向環(huán)空與井底交替噴射形式從而提高定向井鉆井速度的目標。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案：

井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，包括震蕩母軸、逆流外殼、下接頭。所述的震蕩母軸安裝于逆流外殼的內(nèi)部，震蕩母軸的轉(zhuǎn)換連接扣伸出逆流外殼底端面，震蕩母軸可在逆流外殼內(nèi)部轉(zhuǎn)動，但不可以軸向滑動；逆流外殼扶正圓面的密封槽內(nèi)安裝有密封總成，震蕩母軸逆流腔內(nèi)面與震蕩母軸上部外環(huán)面間的環(huán)形平面和逆流外殼防壓環(huán)面間安裝有防推軸承，震蕩母軸下部扶正面與逆流外殼下部支撐面下端的滑動軸承安裝孔件安裝滑動軸承；伸出逆流外殼地端面的轉(zhuǎn)換連接扣安裝下接頭；逆流外殼的逆流流道靠近井眼環(huán)空端安裝有逆流噴嘴。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器可在保持動力鉆具轉(zhuǎn)子帶動鉆頭高速旋轉(zhuǎn)的同時，實現(xiàn)瞬時負壓和脈沖沖擊發(fā)生的目的；

2、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器結構簡單、長度極短，使用時不影響動力鉆具及隨鉆測量工具的工作，有益于長時間工作，有利于運輸使用；

3、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器使用過程不改變鉆井工藝、不改變鉆井參數(shù)，沖擊幅值極易調(diào)節(jié)；

4、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器使得井底流場產(chǎn)生變化，其有益作用是可以減小巖屑的壓持效應，提高破巖和清巖效率，可提高定向效率。

5、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器與動力鉆具配合應用范圍廣，可應用于直井、定向井、水平井等，且可應用于不同鉆井方式，如平衡壓力鉆井、欠平衡鉆井及空氣鉆井等。

6、井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器制作成本低，與動力鉆具配合使用大幅度降低鉆井成本，提高鉆井效率，拓寬動力鉆具的應用范圍。

附圖說明

圖1是井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器整體結構圖；

圖2是井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器A-A剖面圖；

圖3是井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器B-B剖面圖；

圖中：1、逆流外殼，2、震蕩母軸，3、防推軸承，4、下接頭，5、滑動軸承，6、逆流噴嘴，7、密封總成，8、鉆井液逆流腔體，9、鉆井液順流腔體，101、逆流外殼扶正圓面，102、逆流流道，103、逆流外殼防壓環(huán)面，104、分流腔面，105、正流調(diào)制槽，201、芯軸傳動面，202、逆流分流孔，203、震蕩母軸逆流調(diào)制槽，204、正流過流孔，205、正流回流孔。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3所示，井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器，包括逆流外殼1，震蕩母軸2，下接頭4；逆流外殼1與動力鉆具定子相連，震蕩母軸2上部與動力鉆具轉(zhuǎn)子相連，下部與下接頭4相連，震蕩母軸2與下接頭4的連接體隨著動力鉆具轉(zhuǎn)子一起相對于逆流外殼1與動力鉆具定子連接體旋轉(zhuǎn)。

所述的逆流外殼1外部為一等直徑圓柱面，內(nèi)部從上到下依次為動力鉆具定子連接扣，逆流外殼扶正圓面101，逆流外殼防壓環(huán)面103，分流腔面104，逆流外殼下部支撐面；動力鉆具定子連接扣用于實現(xiàn)井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器與動力鉆具定子的連接；逆流外殼扶正圓面101為逆流外殼1與震蕩母軸2提供上部扶正；逆流外殼防壓環(huán)面103為防推軸承3提供下支撐，并實現(xiàn)逆流外殼1與震蕩母軸2的軸向限位；分流腔面104直徑小于逆流外殼扶正圓面101，為鉆井液的流動調(diào)制提供外腔面；逆流外殼下部支撐面直徑小于分流腔面104，為逆流外殼1與震蕩母軸2提供下部扶正；逆流外殼下部支撐面上端為正流調(diào)制槽105，下端為滑動軸承安裝孔；如圖2所示，正流調(diào)制槽105結構類似于短尺寸內(nèi)花鍵，用于為鉆井液脈動順流提供通道；滑動軸承安裝孔的內(nèi)徑略大于滑動軸承5外徑，與滑動軸承5外徑可實現(xiàn)間隙配合；逆流外殼扶正圓面101中部開有密封槽；分流腔面104中部開有與井眼環(huán)空連接的逆流流道102。

所述的震蕩母軸2外部從上向下依次為：震蕩母軸上部外環(huán)面，逆流腔內(nèi)面，分流支撐面，下部扶正面，轉(zhuǎn)換連接扣；震蕩母軸上部外環(huán)面直徑略小于逆流外殼扶正圓面101，震蕩母軸外環(huán)面與逆流外殼扶正圓面101配合實現(xiàn)震蕩母軸2與逆流外殼1間的扶正；分流支撐面下端為圓柱面，上端為震蕩母軸逆流調(diào)制槽203，其結構類似于短尺寸外花鍵結構，下端圓柱面直徑與震蕩母軸逆流調(diào)制槽203外徑相等，該直徑略小于分流腔面104，分流支撐面與分流腔面104配合，實現(xiàn)鉆井液逆流過程的調(diào)制；震蕩母軸逆流調(diào)制槽203用于為鉆井液脈動逆流提供通道，分流支撐面下端圓柱面用于分隔逆向流動鉆井液與順向流動鉆井液；逆流腔內(nèi)面位于分流支撐面與震蕩母軸上部外環(huán)面之間，其直徑小于分流支撐面與震蕩母軸上部外環(huán)面直徑，用于為鉆井液的逆向流動提供內(nèi)腔面；下部扶正面為圓柱面，其直徑小于分流支撐面直徑，用于實現(xiàn)逆流外殼1與震蕩母軸2下部扶正；轉(zhuǎn)換連接扣位于震蕩母軸2最底端，其結構為鉆具連接扣，用于連接下接頭4；震蕩母軸2內(nèi)部從上向下依次為：傳扭結構，鉆井液總流道，順向鉆井液流道；傳扭結構與動力鉆具轉(zhuǎn)子輸出扭矩端外部結構相匹配，用于與動力鉆具轉(zhuǎn)子連接后實現(xiàn)扭矩的傳遞；鉆井液總流道為圓形孔道，鉆井液總流道與鉆井液逆流腔體8間開有逆流分流孔202，鉆井液總流道與鉆井液順流腔體9間開有正流過流孔204，鉆井液總流道用于將動力鉆具傳輸來的鉆井液傳給逆流分流孔202、正流過流孔204；順向鉆井液流道亦為圓形孔道，鉆井液順流腔體9與順向鉆井液流道間開有正流回流孔205，順向鉆井液流道用于將正流回流孔205分流來的順向鉆井液下傳；鉆井液總流道與順向鉆井液流道中間不連通。

所述的下接頭4外部為一圓柱面，該圓柱面直徑與逆流外殼1外徑相等；下接頭4內(nèi)部從上到下依次為：震蕩母軸連接扣，鉆井液順流孔，鉆頭連接扣；震蕩母軸連接扣與震蕩母軸2轉(zhuǎn)換連接扣螺紋連接，用于實現(xiàn)下接頭4與震蕩母軸2的連接；鉆井液順流孔為圓形孔，用于將震蕩母軸分流下來的順向鉆井液傳輸?shù)姐@頭內(nèi)；鉆頭連接扣用于連接下部鉆頭。

所述的震蕩母軸2安裝于逆流外殼1的內(nèi)部，震蕩母軸2的轉(zhuǎn)換連接扣伸出逆流外殼1地端面，震蕩母軸2可在逆流外殼1內(nèi)部轉(zhuǎn)動，但不可以軸向滑動；逆流外殼扶正圓面101的密封槽內(nèi)安裝有密封總成7，震蕩母軸2逆流腔內(nèi)面與震蕩母軸上部外環(huán)面間的環(huán)形平面和逆流外殼防壓環(huán)面103間安裝有防推軸承3，震蕩母軸2下部扶正面與逆流外殼下部支撐面下端的滑動軸承安裝孔件安裝滑動軸承5；伸出逆流外殼1地端面的轉(zhuǎn)換連接扣安裝下接頭4；逆流外殼1的逆流流道102靠近井眼環(huán)空端安裝有逆流噴嘴6。

井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器工作原理：

井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制器的鉆頭連接扣通過螺紋連接鉆頭，逆流外殼1的動力鉆具定子連接扣通過螺紋連接動力鉆具的外殼(轉(zhuǎn)子)，震蕩母軸2傳扭結構與動力鉆具轉(zhuǎn)子傳動接頭通過傳扭結構連接；當動力鉆具開始工作時，動力鉆具轉(zhuǎn)子帶震蕩母軸2與下接頭4的連接體相對于逆流外殼1產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)使得震蕩母軸2的震蕩母軸逆流調(diào)制槽203相對于逆流流道102相對運動，正流回流孔205與正流調(diào)制槽105相對運動；當震蕩母軸逆流調(diào)制槽203與逆流流道102位置重合時，正流回流孔205與正流調(diào)制槽105完全錯開或者錯開一定角度，此時全部或者部分鉆井液經(jīng)逆流分流孔202、鉆井液逆流腔體8、逆流流道102、逆流噴嘴6流出，噴向井眼環(huán)空；隨著動力鉆具轉(zhuǎn)子帶震蕩母軸2與下接頭4連接體相對于逆流外殼1旋轉(zhuǎn)繼續(xù)，正流回流孔205與正流調(diào)制槽105位置重合，而震蕩母軸逆流調(diào)制槽203與逆流流道102完全錯開或者錯開一定角度，此時全部或者部分鉆井液經(jīng)正流過流孔204、鉆井液順流腔體9、逆流流道102、逆流噴嘴6流出，正流調(diào)制槽105，正流回流孔205流入震蕩母軸2的順向鉆井液流道，最終流入鉆頭噴出；隨著旋轉(zhuǎn)過程的不斷繼續(xù)，流向井底鉆頭的鉆井液和經(jīng)逆流噴嘴6噴向井眼環(huán)空的鉆井液交替，從而實現(xiàn)了井底鉆井液壓力震蕩調(diào)制提高鉆井速度的目的。