本發(fā)明屬于油氣工程領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種水平井脈沖內(nèi)磨鉆桿短節(jié)。

背景技術(shù)：

井眼凈化，是水平井的關(guān)鍵技術(shù)之一。在水平井鉆井過程中，如果產(chǎn)生巖屑床，就可能導(dǎo)致托壓、底部鉆具粘托、起下鉆遇阻、憋泵、蹩鉆甚至卡鉆等復(fù)雜鉆井事故的發(fā)生。常規(guī)的解決方法多為提高鉆速、增大排量、添加潤滑劑，通過短距離上提下放鉆具，將鉆頭附近的大顆粒巖屑推回井底重復(fù)破碎，雖然有一定的效果，但降低了機(jī)械鉆速，不能從根本上清除巖屑床。產(chǎn)生巖屑床的一個很重要的原因就是大顆粒巖屑得不到有效的粉碎，理論研究和現(xiàn)場試驗(yàn)都充分證明，小尺寸巖屑的攜巖效率明顯大于大尺寸巖屑。由此，將巖屑粉碎為更小粒徑，可以更好地清除水平井巖屑床，相關(guān)理論可用于鉆桿短節(jié)設(shè)計(jì)。

射流泵在采油、固井等領(lǐng)域已經(jīng)得到大規(guī)模的應(yīng)用，而如何將射流泵理論應(yīng)用于巖屑的清巖、攜巖卻是一個新問題，將基于射流泵的負(fù)壓抽汲理論應(yīng)用于新型鉆桿接頭的設(shè)計(jì)也是一個新方向。

脈沖射流以非對稱、不穩(wěn)定特性，相對常規(guī)穩(wěn)態(tài)射流，可提高水力輔助破巖效率，理論研究和現(xiàn)場試驗(yàn)均證明脈沖射流在鉆井領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種水平井脈沖內(nèi)磨鉆桿短節(jié)，通過脈沖射流、負(fù)壓抽汲和巖屑內(nèi)磨等結(jié)構(gòu)提高清巖和攜巖效率，清除水平井巖屑床。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種水平井脈沖內(nèi)磨鉆桿短節(jié)，包括脈沖射流生成裝置、負(fù)壓抽汲裝置和巖屑內(nèi)磨裝置。

所述的脈沖射流生成裝置包括鉆井液流道、進(jìn)給腔、諧振腔、諧振管出口和分流區(qū)等部分。各部分設(shè)計(jì)為共軸圓柱形構(gòu)造，相互之間對接連通，其中分流區(qū)出口與反向高速流道、下噴流道連通；并優(yōu)化管徑：進(jìn)給腔管徑為鉆井液流道的1.2倍，諧振腔管徑為流道的0.8倍，諧振管出口為流道的0.5倍，分流區(qū)為流道的2倍。

鉆井液流道、進(jìn)給腔，是鉆井液進(jìn)入的通道；諧振管出口產(chǎn)生初始壓力波動，并將初始壓力波動反饋到諧振腔；諧振腔當(dāng)反饋的初始壓力波動與諧振腔固有頻率相匹配時，激發(fā)液體共振，產(chǎn)生斷續(xù)渦流，從而獲得脈沖射流；分流區(qū)與下噴流道、反向高速流道相連通，實(shí)現(xiàn)流量分配。

所述的負(fù)壓抽汲裝置包括反向高速流道、抽汲環(huán)空。反向高速流道與分流區(qū)相連通，出口在混合腔內(nèi)。憑借反向射流高速特性，在抽汲環(huán)空形成負(fù)壓區(qū)，抽汲巖屑脫離井底上返；抽汲環(huán)空與鉆桿環(huán)空連通，出口在混合腔中，是抽汲巖屑上返的通道。

所述的巖屑內(nèi)磨裝置包括混合腔、喉道、加速腔、內(nèi)磨腔、內(nèi)磨體和擴(kuò)散腔：

混合腔與反向高速流道、抽汲環(huán)空連通，內(nèi)端與喉道對接連通，實(shí)現(xiàn)巖屑與反向流體的混合；高壓脈沖射流經(jīng)噴嘴高速噴出，壓力迅速釋放，在混合腔內(nèi)形成負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下，巖屑被高速射流束抽汲形成兩相高速紊流。

喉道與加速腔對接連通，設(shè)計(jì)為圓柱形構(gòu)造，管徑是加速腔管徑的0.5倍，以充分加速巖屑，其收縮截面增強(qiáng)反向射流的沖擊力；

加速腔與內(nèi)磨腔連通，設(shè)計(jì)為圓柱形構(gòu)造，以避免附壁流和提高射流能量利用率，憑借鉆井液粘滯力加速巖屑，實(shí)現(xiàn)主流體與巖屑之間的能量傳遞。

內(nèi)磨腔與加速腔相互連通，為圓柱形構(gòu)造，橫截面為加速腔圓形橫截面的外接正六邊形，軸線與加速腔軸線呈138°夾角；內(nèi)磨體附于內(nèi)磨腔內(nèi)壁，正對加速腔，利用顆粒-顆粒和顆粒-內(nèi)磨體之間的高壓作用力、水楔效應(yīng)粉碎巖屑。

擴(kuò)散腔與內(nèi)磨腔相互連通，為錐度10°的漸增式錐形構(gòu)造，軸線與內(nèi)磨腔呈138°夾角并接環(huán)空，以有效降低巖屑速度，減小巖屑流對井壁的沖擊，巖屑流速度降下來之后，經(jīng)擴(kuò)散腔外排入環(huán)空。

綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單、易于加工；

(2)脈沖內(nèi)磨裝置產(chǎn)生不穩(wěn)定的高速脈沖射流，一方面水力輔助破巖，提高機(jī)械鉆速；另一方面改善鉆井液清巖、攜巖；

(3)負(fù)壓抽汲裝置，反向高速射流憑借高速特性，在抽汲環(huán)空形成負(fù)壓，抽汲環(huán)空巖屑上返，提高清巖效率；

(4)巖屑內(nèi)磨裝置，基于顆粒-顆粒和顆粒-內(nèi)磨體之間的高壓作用力、水楔效應(yīng)，進(jìn)一步減小巖屑粒徑，提高攜巖效率，清除巖屑床。

附圖說明

圖1為水平井脈沖內(nèi)磨鉆桿短節(jié)的示意圖。

圖2為圖1的左視示意圖圖。

圖3為圖1中A-A剖面示意圖。

圖4為圖1中B-B剖面示意圖。

圖5為圖1中C-C剖面示意圖。

圖中：1、擴(kuò)散腔，2、內(nèi)磨腔，3、內(nèi)磨體，4、加速腔，5、喉道，6、混合腔，7、反向高速流道，8、抽汲環(huán)空，9、短節(jié)上接頭，10、鉆井液流道，11，進(jìn)給腔，12、諧振腔，13、諧振管出口，14、分流區(qū)，15、短節(jié)下接頭。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種水平井脈沖內(nèi)磨鉆桿短節(jié)，包括1、擴(kuò)散腔，2、內(nèi)磨腔，3、內(nèi)磨體，4、加速腔，5、喉道，6、混合腔，7、反向高速流道，8、抽汲環(huán)空，9、短節(jié)上接頭，10、鉆井液流道，11，進(jìn)給腔，12、諧振腔，13、諧振管出口，14、分流區(qū)，15、短節(jié)下接頭。主要為四部分：鉆桿短節(jié)本體、脈沖生成部分、負(fù)壓抽汲部分和巖屑內(nèi)磨部分。

鉆桿短節(jié)本體部分，包括短節(jié)上接頭9、短節(jié)下接頭15。

脈沖生成部分包括鉆井液流道10、進(jìn)給腔11、諧振腔12、諧振管出口13、分流區(qū)14，產(chǎn)生脈沖射流。如圖1所示，穩(wěn)定的鉆井液流體經(jīng)鉆井液流道10、進(jìn)給腔11進(jìn)入，流經(jīng)諧振管出口13時，在收縮截面的作用下，產(chǎn)生初始壓力波動；產(chǎn)生的壓力波動被反饋到諧振腔12，當(dāng)壓力波動的頻率與諧振腔12固有頻率相匹配時，激發(fā)液體共振，在諧振腔12內(nèi)產(chǎn)生斷續(xù)渦流，獲得脈沖射流；得到的脈沖射流在分流區(qū)14分別流向反向高速流道7和鉆桿下接頭15。

負(fù)壓抽汲部分包括反向高速流道7、抽汲環(huán)空8，抽汲環(huán)空巖屑上返。如圖1所示，流經(jīng)反向高速流道7的脈沖射流形成高速射流束，憑借高速特性在抽汲環(huán)空8形成負(fù)壓；在負(fù)壓作用下，抽汲環(huán)空流體和巖屑上返，在混合腔6實(shí)現(xiàn)與反向高速射流混合。

巖屑內(nèi)磨部分包括混合腔6、喉道5、加速腔4、內(nèi)磨腔2、內(nèi)磨體3和擴(kuò)散腔1，減小顆粒粒徑，提高攜巖效率。如圖1所示，在混合腔6混合后的鉆井液-巖屑流經(jīng)喉道5進(jìn)入加速腔4，憑借鉆井液粘滯力，巖屑獲得加速并進(jìn)入內(nèi)磨腔2；在內(nèi)磨腔2中，巖屑與內(nèi)磨體3發(fā)生碰撞，由于顆粒與顆粒和顆粒與內(nèi)磨體3之間的高壓作用力、水楔效應(yīng)的作用，巖屑被進(jìn)一步粉碎，速度降下來之后經(jīng)擴(kuò)散腔1排出。