本實用新型屬于油氣工程領域，具體設計一種反循環(huán)脈沖抽汲鉆桿短節(jié)。

背景技術：

油氣鉆探采用的反循環(huán)鉆井技術屬于巖土鉆掘工程學范疇，稱之為反循環(huán)鉆井，即凡沖洗介質(zhì)循環(huán)與傳統(tǒng)的正循環(huán)相反的鉆進方法皆可以稱為反循環(huán)鉆井。隨著雙壁鉆具的出現(xiàn)，反循環(huán)鉆井在巖土鉆掘工程中得到快速的發(fā)展，已在地質(zhì)、冶金、建筑、水利、煤田和軍工等系統(tǒng)推廣應用，主要涉及水井、水文地質(zhì)鉆孔、大孔徑工程施工孔、非開挖鋪設地下管線等施工方面。

具有代表性的是雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術，自2004年提出雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術概念；2005年開始對雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術進行可行性評價；2006年完成了關鍵配套設備的研發(fā)與測試；2009年在陸上與海上試驗井的鉆探成功；2013年在OTC會議上系統(tǒng)介紹了雙壁鉆桿反循環(huán)無隔水管鉆井方法，近些年反循環(huán)鉆井在國外油氣工業(yè)中已進入商業(yè)開發(fā)階段。

赫姆霍茲振蕩器具有結(jié)構(gòu)簡單，無附加驅(qū)動源，靠自身結(jié)構(gòu)就能產(chǎn)生脈沖射流等優(yōu)點，具備良好的應用前景。其產(chǎn)生的脈沖射流以其非對稱、非均勻、不穩(wěn)定特性，相對常規(guī)穩(wěn)態(tài)射流，可極大提高水力輔助破巖效率，同時在鉆頭附近形成局部低壓區(qū)，減少環(huán)空液體柱壓力對井底巖石的壓持效應。理論研究和現(xiàn)場試驗均證明脈沖射流在鉆井領域有著相當廣闊的應用前景，而將脈沖射流運用于鉆桿短節(jié)設計也已經(jīng)被理論和實驗證明其可行性。

井眼凈化，是機械鉆井的關鍵技術之一。在鉆井過程中，如果產(chǎn)生巖屑床，就可能導致托壓、底部鉆具粘托、起下鉆遇阻、憋泵、蹩鉆甚至卡鉆等復雜鉆井事故的發(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破碎，雖然有一定的效果，但降低了機械鉆速，不能從根本上清除巖屑床。

射流泵在采油、固井等領域已經(jīng)得到大規(guī)模的應用，而如何將射流泵理論應用于巖屑的清巖、攜巖卻是一個新問題，將基于射流泵的負壓抽汲理論應用于新型鉆桿短節(jié)的設計也是一個新方向。憑借流體高速特性，抽汲環(huán)空巖屑上返，從而提高清巖效率，清除巖屑床。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種反循環(huán)脈沖抽汲鉆桿短節(jié)，通過脈沖生成裝置，通過形成大尺寸渦環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高速脈沖射流，提高水力輔助破巖效率；通過負壓抽汲裝置，在負壓抽汲腔形成負壓，抽汲環(huán)空巖屑上返，提高鉆井液清巖效率，清除巖屑床。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案如下：

一種新型反循環(huán)脈沖抽汲鉆桿短節(jié)，其特征在于在常規(guī)鉆桿短節(jié)本體的基礎上加裝了脈沖生成裝置和負壓抽汲裝置。

所述的鉆桿短節(jié)本體，包括短節(jié)上接頭、短節(jié)下接頭；

所述的脈沖生成裝置包括上流道、諧振腔、沖擊壁和下流道；所述的上流道、諧振腔和下流道依次對接連通；所述的上流道、諧振腔和下流道均為圓柱形構(gòu)造；諧振腔管徑是上流道的1.5倍，下流道管徑與上流道等管徑；沖擊壁附于諧振腔底部，為150°錐形結(jié)構(gòu)于下流道相交。上流道是鉆井液進入脈沖生成裝置的通道；下流道的收縮截面使鉆井液產(chǎn)生壓力瞬變，并將壓力瞬變向上傳遞；鉆井液的不穩(wěn)定剪切層在諧振腔產(chǎn)生壓力擾動波，并與沖擊壁發(fā)生碰撞。

所述的負壓抽汲裝置包括進給腔、反向高速流道、負壓抽汲腔、混合腔、緩沖腔和返排腔；所述的進給腔、反向高速流道、混合腔、緩沖腔和返排腔依次對接連通，負壓抽汲腔入口在鉆頭外壁，與混合腔呈120°夾角相貫通，與下流道交叉設置。進給腔、負壓抽汲腔、混合腔和緩沖腔均為圓柱形構(gòu)造，返排腔為30°錐形構(gòu)造與緩沖腔對接連通；進給腔管徑為緩沖腔的1.5倍，負壓抽汲腔管徑為緩沖腔的0.8倍，混合腔于緩沖腔等管徑。負壓抽汲裝置基于射流泵，憑借反向高速流道的流體高速特性在負壓抽汲腔產(chǎn)生負壓，抽汲環(huán)空巖屑和鉆井液上返，提高清巖效率，清除巖屑床。

綜上所述，與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

(1)赫姆霍茲諧振腔結(jié)構(gòu)簡單，無附加驅(qū)動源，靠自身結(jié)構(gòu)形成大尺度的渦環(huán)結(jié)構(gòu)，將穩(wěn)態(tài)射流束轉(zhuǎn)換為脈沖射流；相對于常規(guī)連續(xù)射流，脈沖射流非均勻、非對稱、非穩(wěn)定沖擊破巖，提高水力輔助破巖和鉆井液清洗井底的能力；

(2)負壓抽汲裝置憑借反向高速流道的流體高速特性在負壓抽汲腔產(chǎn)生負壓，抽汲環(huán)空巖屑和鉆井液上返，提高清巖效率，清除巖屑床。

附圖說明

圖1為反循環(huán)脈沖抽汲鉆桿短節(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6為圖1中D-D剖面示意圖。

圖中：1、鉆桿短節(jié)本體，101、短節(jié)上接頭，102、短節(jié)下接頭；2、脈沖生成裝置，201、上流道，202、諧振腔，203、沖擊壁，204、下流道；3、負壓抽汲裝置，301、進給腔，302、反向高速流道，303、 負壓抽汲腔，304、混合腔，305、緩沖腔，306、外排腔。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，說明本實用新型提出的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如下：

一種新型反循環(huán)脈沖抽汲鉆桿短節(jié)，其特征在于在常規(guī)鉆桿短節(jié)本體1的基礎上加裝了脈沖生成裝置2和負壓抽汲裝置3。

所述的鉆桿短節(jié)本體1，包括短節(jié)上接頭101、短節(jié)下接頭102；

所述的脈沖生成裝置2包括上流道201、諧振腔202、沖擊壁203和下流道204；所述的上流道201、諧振腔202和下流道204依次對接連通；所述的上流道201、諧振腔202和下流道204均為圓柱形構(gòu)造；諧振腔202管徑是上流道201的1.5倍，下流道204管徑與上流道201等管徑；沖擊壁203附于諧振腔202底部，為150°錐形結(jié)構(gòu)于下流道204相交。上流道201是鉆井液進入脈沖生成裝置2的通道；下流道204的收縮截面使鉆井液產(chǎn)生壓力瞬變，并將壓力瞬變向上傳遞；鉆井液的不穩(wěn)定剪切層在諧振腔202產(chǎn)生壓力擾動波，并與沖擊壁203發(fā)生碰撞。

所述的負壓抽汲裝置3包括進給腔301、反向高速流道302、負壓抽汲腔303、混合腔304、緩沖腔305和返排腔306；所述的進給腔301、反向高速流道302、混合腔304、緩沖腔305和返排腔306依次對接連通，負壓抽汲腔303入口在鉆頭外壁，與混合腔304呈120°夾角相貫通，與下流道204交叉設置。進給腔301、負壓抽汲腔303、混合腔304和緩沖腔305均為圓柱形構(gòu)造，返排腔306為30°錐形構(gòu)造與緩沖腔305相對接連通；進給腔301管徑為緩沖腔305的1.5倍，負壓抽汲腔303管徑為緩沖腔305的0.8倍，混合腔304于緩沖腔305等管徑。負壓抽汲裝置3基于射流泵，憑借反向高速流道的流體高速特性在負壓抽汲腔303產(chǎn)生負壓，抽汲環(huán)空巖屑和鉆井液上返，提高清巖效率，清除巖屑床。

本實用新型的反循環(huán)脈沖抽汲鉆桿短節(jié)的工作過程如下：

穩(wěn)態(tài)鉆井液由雙壁鉆桿外管經(jīng)上流道201進入脈沖生成裝置2，形成高速流動的射流束，并進入諧振腔202；在諧振腔202中，射流束的不穩(wěn)定剪切層產(chǎn)生壓力擾動波；同時射流束流經(jīng)下流道204，經(jīng)收縮截面作用，產(chǎn)生壓力瞬變并以聲速向上游反射；上游射流束與沖擊壁203發(fā)生碰撞反射；經(jīng)下流道204產(chǎn)生的壓力瞬變與高速射流束剪切層產(chǎn)生的壓力擾動波在諧振腔202中發(fā)生干涉，形成大尺度的渦環(huán)結(jié)構(gòu)。在大尺度渦環(huán)結(jié)構(gòu)的作用下，射流束轉(zhuǎn)變成斷續(xù)渦旋，從而得到脈沖射流。得到的脈沖射流通過下流道204進入下一級雙壁鉆桿外管。循環(huán)鉆進后巖屑流回流，經(jīng)進給腔301進入負壓抽汲裝置3，在反向高速流道302收縮截面的作用下，巖屑流被轉(zhuǎn)換為反向高速射流，憑借其高速特性，鉆井液在負壓抽汲腔303產(chǎn)生負壓，負壓抽汲腔303與鉆頭外壁相連通，抽汲環(huán)空巖屑和鉆井液上返，在混合腔304實現(xiàn)環(huán)空巖屑流與反向高速巖屑流的混合，混合后的巖屑流在緩沖腔305速度得到降低并流向外排腔306，經(jīng)外排腔306錐形結(jié)構(gòu)的進一步降速后匯入雙壁鉆桿內(nèi)管。