一種水力旋流增壓裝置及增壓方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水力旋流增壓裝置及增壓方法，其特點(diǎn)主要包括：增壓裝置本體、支撐連接機(jī)構(gòu)、推力調(diào)心滾子軸承單元、滑環(huán)組合密封單元、螺旋增壓轉(zhuǎn)子。所述的推力調(diào)心滾子軸承單元與滑環(huán)組合密封單元安裝在螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端，而螺旋增壓轉(zhuǎn)子兩端通過轉(zhuǎn)子背帽與支撐連接機(jī)構(gòu)的上、下定位導(dǎo)流環(huán)連接，進(jìn)而固定在增壓裝置本體的水眼內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便；在井下連接在鉆鋌與鉆頭之間，能夠充分利用鉆井泥漿在旋轉(zhuǎn)鉆柱內(nèi)的螺旋流動(dòng)特性及井下水力能量進(jìn)行連續(xù)增壓；增壓后的高壓鉆井泥漿經(jīng)鉆頭的噴嘴能形成超高壓射流，增強(qiáng)井底清洗和攜巖效果，并輔助破碎巖石，提高破巖效率和機(jī)械鉆速，降低鉆井成本，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】
一種水力旋流増壓裝置及増壓方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于石油與天然氣工程領(lǐng)域，具體涉及一種水力旋流增壓裝置及增壓方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油天然氣資源勘探與開發(fā)的深入，地質(zhì)條件復(fù)雜、機(jī)械鉆速低、鉆井成本增加等為題已成為深井、超深井鉆井的顯著特征。并且，所鉆井深的不斷增加，井筒內(nèi)的鉆井液柱壓力也不斷而增大，對(duì)巖肩的壓持效應(yīng)越來越明顯，而傳統(tǒng)的鉆井方式在鉆井過程中的水力能量的傳輸、轉(zhuǎn)換、分配及利用效率也隨著井深的增加進(jìn)一步降低，這直接導(dǎo)致了鉆井速度的下降。利用利用地面泥漿栗輸出的栗壓泥漿作為增壓動(dòng)力，在井底增壓并與鉆頭噴嘴相結(jié)合，使鉆頭噴嘴產(chǎn)生的射流進(jìn)行井底巖肩清洗和輔助破碎巖石已經(jīng)成為提高鉆井速度、縮短建井周期、降低鉆井成本的有效手段。
[0003]但是，在深井或者超深井鉆探過程中，鉆頭噴嘴處難以獲得較高的水力壓力，這也很大程度上制約了射流清洗井底和輔助破巖的效率。因此，如何通過提高水力能量的傳輸、轉(zhuǎn)換以及充分利用來改善井底巖石的應(yīng)力狀態(tài)和流場(chǎng)分布，今兒提高井底巖肩的清洗和輔助破巖效率，是提高鉆井速度必須解決的問題。且在井底增壓栗滿足鉆井各項(xiàng)參數(shù)的條件下，如何使得井底增壓裝置達(dá)到所需的最佳效果，也是井底增壓裝置在設(shè)計(jì)過程中需要考慮考慮的重要因素之一;其次，如何通過相對(duì)簡(jiǎn)單可行的增壓裝置結(jié)構(gòu)和原理實(shí)現(xiàn)更大的增壓比，完成井底凈化所需要的沖擊力和漫流速度，也是井底增壓技術(shù)不可忽略的問題。
[0004]目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出的增壓裝置包括靜式增壓裝置、分隔式井下增壓裝置、射流增壓裝置、離心式井下增壓裝置、減震增壓裝置、螺桿井下增壓裝置等，這些裝置多數(shù)不能保證連續(xù)動(dòng)力源為鉆井泥漿持續(xù)增壓提供動(dòng)力，且內(nèi)部元件的振動(dòng)和沖擊磨損較大，因此會(huì)影響井底增壓裝置的使用壽命。
[0005]基于以上分析，并總結(jié)現(xiàn)有井下增壓裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，本發(fā)明專利設(shè)計(jì)了一種水力旋流增壓裝置，旨在通過該裝置使鉆井泥漿在井底產(chǎn)生連續(xù)增壓，增強(qiáng)井底清洗、攜巖及輔助破巖的效率，提尚機(jī)械鉆速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于為石油與天然氣鉆井工程領(lǐng)域提供一種水力旋流增壓裝置及增壓方法。其井底水力增壓裝置通過安裝在增壓裝置本體水眼內(nèi)的螺旋增壓轉(zhuǎn)子在井底泥漿的螺旋流動(dòng)及泥漿本身的水力能量的作用下產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使泥漿在螺旋流道內(nèi)隨螺旋增壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時(shí)連續(xù)離心式增壓，增壓后的超高壓鉆井泥漿經(jīng)鉆頭的噴嘴能形成超高壓射流，增強(qiáng)井底清洗、攜巖的效率，輔助破碎巖石，提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0008]一種水力旋流增壓裝置主要由增壓裝置本體、支撐連接機(jī)構(gòu)、推力調(diào)心滾子軸承單元、滑環(huán)組合密封單元、螺旋增壓轉(zhuǎn)子組成;推力調(diào)心滾子軸承單元與滑環(huán)組合密封單元安裝在螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端，而螺旋增壓轉(zhuǎn)子兩端通過轉(zhuǎn)子背帽與支撐連接機(jī)構(gòu)的上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)連接，進(jìn)而固定在增壓裝置本體的水眼內(nèi)。
[0009]增壓裝置本體的內(nèi)部有水眼通孔、上下兩端分別有錐形內(nèi)螺紋，并在水眼內(nèi)部的上下分別設(shè)有定位臺(tái)階，上部定位臺(tái)階的水眼外壁有定位內(nèi)螺紋，下部定位臺(tái)階上均布有六個(gè)定位螺紋孔，分別用以安裝和固定上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)。
[0010]支撐連接機(jī)構(gòu)包括上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)、轉(zhuǎn)子背帽、內(nèi)六角定位螺釘;上定位導(dǎo)流環(huán)的外側(cè)有外螺紋，下定位導(dǎo)流環(huán)的外側(cè)有六組均布的定位螺釘孔，用以將上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)分別定位在增壓裝置本體內(nèi)部水眼的定位臺(tái)階上;上定位導(dǎo)流環(huán)和下定位導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)部有四組均布的導(dǎo)流孔，起導(dǎo)流作用，中心處有臺(tái)階孔，以提供推力調(diào)心滾子軸承單元、滑環(huán)組合密封單元以及螺旋增壓轉(zhuǎn)子的安裝空間；轉(zhuǎn)子背帽的頂部為圓弧面，起導(dǎo)流、抗沖蝕的作用，內(nèi)部有螺紋孔，用以連接螺旋增壓轉(zhuǎn)子兩端，將其固定在上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)之上。
[0011]推力調(diào)心滾子軸承單元包括上推力調(diào)心滾子軸承和下推力調(diào)心滾子軸承，分別安裝螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端，起支撐調(diào)節(jié)作用，保證螺旋增壓轉(zhuǎn)子能繞軸線旋轉(zhuǎn)，并防止其發(fā)生軸向竄動(dòng)。
[0012]滑環(huán)組合密封單元包括上滑環(huán)組合密封和下滑環(huán)組合密封，分別安裝在上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)的中心臺(tái)階孔內(nèi)；上滑環(huán)組合密封和下滑環(huán)組合密封均由齒形聚四氟乙烯滑環(huán)及O型橡膠圈組成，用以防止井底高壓鉆井泥漿滲入軸承安裝密封腔，造成推力調(diào)心滾子軸承單元失效。
[0013]螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端對(duì)稱分布有推力調(diào)心滾子軸承單元的安裝臺(tái)階以及與轉(zhuǎn)子背帽連接的外螺紋；中間本體部分的四葉型螺旋流道呈圓周均布;在支撐連接機(jī)構(gòu)及推力調(diào)心滾子軸承單元的支撐調(diào)節(jié)作用下，可以連續(xù)的繞軸線旋轉(zhuǎn)。
[0014]井底的鉆井泥漿在流經(jīng)增壓螺旋轉(zhuǎn)子時(shí)，螺旋增壓轉(zhuǎn)子可以充分利用鉆井泥漿在旋轉(zhuǎn)鉆柱內(nèi)的螺旋流動(dòng)及泥漿本身的水力能量作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而使泥漿在螺旋流道內(nèi)隨螺旋增壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時(shí)連續(xù)增壓，增壓后的超高壓鉆井泥漿可以增強(qiáng)井底清洗和攜巖效果，并輔助破碎巖石。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.本發(fā)明安裝在增壓裝置本體水眼內(nèi)的螺旋增壓轉(zhuǎn)子能夠充分利用鉆井泥漿在旋轉(zhuǎn)鉆柱內(nèi)的螺旋流動(dòng)及泥漿本身的水力能量作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使泥漿在螺旋流道內(nèi)隨螺旋增壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時(shí)連續(xù)離心式增壓，增壓后的超高壓鉆井泥漿經(jīng)鉆頭的噴嘴能形成超高壓射流，增強(qiáng)井底清洗、攜巖的效率，并輔助破碎巖石，提高破巖效率和機(jī)械鉆速，降低鉆井成本。
[0017]2.該增壓裝置的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，并且對(duì)井下環(huán)境的依賴較小。
【附圖說明】
[0018]圖1為水力旋流增壓裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為水力旋流增壓裝置沿圖1中A-A的剖視示意圖；
[0020]圖3為水力旋流增壓裝置沿圖1中B-B的剖視示意圖；[0021 ]圖4為水力旋流增壓裝置沿圖1中C-C的剖視示意圖；
[0022]圖5為水力旋流增壓裝置的螺旋增壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中:1、增壓裝置本體，21、轉(zhuǎn)子背帽，22、上定位導(dǎo)流環(huán)，23、內(nèi)六角定位螺釘，24、下定位導(dǎo)流環(huán)，31、上推力調(diào)心滾子軸承，32、下推力調(diào)心滾子軸承，41、上滑環(huán)組合密封，42、下滑環(huán)組合密封，5、螺旋增壓轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提出的【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)特征及其功效，結(jié)合【附圖說明】如下:
[0025]如圖1所示，一種水力旋流增壓裝置主要由增壓裝置本體1、支撐連接機(jī)構(gòu)2、推力調(diào)心滾子軸承單元3、滑環(huán)組合密封單元4、螺旋增壓轉(zhuǎn)子5組成;推力調(diào)心滾子軸承單元3與滑環(huán)組合密封單元4安裝在螺旋增壓轉(zhuǎn)子5的上下兩端，而螺旋增壓轉(zhuǎn)子5兩端通過轉(zhuǎn)子背帽21與支撐連接機(jī)構(gòu)2的上定位導(dǎo)流環(huán)22、下定位導(dǎo)流環(huán)24連接，進(jìn)而固定在增壓裝置本體I的水眼內(nèi)。
[0026]如圖1所示，增壓裝置本體I的內(nèi)部有水眼通孔、上下兩端分別有錐形內(nèi)螺紋，并在水眼內(nèi)部的上下分別設(shè)有定位臺(tái)階，上部定位臺(tái)階的水眼外壁有定位內(nèi)螺紋，下部定位臺(tái)階上均布有六個(gè)定位螺紋孔，分別用以安裝和固定上定位導(dǎo)流環(huán)22、下定位導(dǎo)流環(huán)24。
[0027]如圖1所示，支撐連接機(jī)構(gòu)2包括轉(zhuǎn)子背帽21、上定位導(dǎo)流環(huán)22、內(nèi)六角定位螺釘23、下定位導(dǎo)流環(huán)24;上定位導(dǎo)流環(huán)22的外側(cè)有外螺紋，下定位導(dǎo)流環(huán)24的外側(cè)有六組均布的定位螺釘孔，上定位導(dǎo)流環(huán)22、下定位導(dǎo)流環(huán)24分別通過螺紋和內(nèi)六角定位螺釘23定位在增壓裝置本體I內(nèi)部水眼的定位臺(tái)階上;如圖2、圖4所示，上定位導(dǎo)流環(huán)22和下定位導(dǎo)流環(huán)24的內(nèi)部有四組均布的導(dǎo)流孔，起導(dǎo)流作用，中心處有臺(tái)階孔，以提供推力調(diào)心滾子軸承單元3、滑環(huán)組合密封單元4以及螺旋增壓轉(zhuǎn)子5的安裝空間；轉(zhuǎn)子背帽21的頂部為圓弧面，起導(dǎo)流、抗沖蝕的作用，內(nèi)部有螺紋孔，用以連接螺旋增壓轉(zhuǎn)子5兩端，將其固定在上定位導(dǎo)流環(huán)22、下定位導(dǎo)流環(huán)24之上。
[0028]如圖1所示，推力調(diào)心滾子軸承單元3包括上推力調(diào)心滾子軸承31和下推力調(diào)心滾子軸承32，分別安裝螺旋增壓轉(zhuǎn)子5的上下兩端，起支撐調(diào)節(jié)作用，保證螺旋增壓轉(zhuǎn)子5能繞軸線旋轉(zhuǎn)，并防止其發(fā)生軸向竄動(dòng)。
[0029]如圖1所示，滑環(huán)組合密封單元4包括上滑環(huán)組合密封41和下滑環(huán)組合密封42，分別安裝在上定位導(dǎo)流環(huán)22、下定位導(dǎo)流環(huán)24的中心臺(tái)階孔內(nèi)；上滑環(huán)組合密封41和下滑環(huán)組合密封42均由齒形聚四氟乙烯滑環(huán)及O型橡膠圈組成，用以防止井底高壓鉆井泥漿滲入軸承安裝密封腔，造成推力調(diào)心滾子軸承單元3失效。
[0030]如圖1、圖5所示，螺旋增壓轉(zhuǎn)子5的上下兩端對(duì)稱分布有推力調(diào)心滾子軸承單元3的安裝臺(tái)階以及與轉(zhuǎn)子背帽21連接的外螺紋；中間本體部分的四葉型螺旋流道呈圓周均布;在支撐連接機(jī)構(gòu)2及推力調(diào)心滾子軸承單元3的支撐調(diào)節(jié)作用下，井底的鉆井泥漿在流經(jīng)增壓螺旋轉(zhuǎn)子5時(shí)，螺旋增壓轉(zhuǎn)子5可以充分利用鉆井泥漿在旋轉(zhuǎn)鉆柱內(nèi)的螺旋流動(dòng)及泥漿本身的水力能量作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力產(chǎn)生連續(xù)的繞軸線旋轉(zhuǎn)，使泥漿在螺旋流道內(nèi)隨螺旋增壓轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)的同時(shí)連續(xù)離心式增壓，增壓后的超高壓鉆井泥漿可以增強(qiáng)井底清洗和攜巖效果，并輔助破碎巖石，從而提高破巖效率和機(jī)械鉆速，降低鉆井成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水力旋流增壓裝置主要由增壓裝置本體、支撐連接機(jī)構(gòu)、推力調(diào)心滾子軸承單元、滑環(huán)組合密封單元、螺旋增壓轉(zhuǎn)子組成；其特征在于:推力調(diào)心滾子軸承單元與滑環(huán)組合密封單元安裝在螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端，而螺旋增壓轉(zhuǎn)子兩端通過轉(zhuǎn)子背帽與支撐連接機(jī)構(gòu)的上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)連接，進(jìn)而固定在增壓裝置本體的水眼內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力旋流增壓裝置，其特征在于:所述的增壓裝置本體的內(nèi)部有水眼通孔、上下兩端分別有錐形內(nèi)螺紋，并在水眼內(nèi)部的上下分別設(shè)有定位臺(tái)階，分別用以安裝和固定上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力旋流增壓裝置，其特征在于:所述的支撐連接機(jī)構(gòu)包括上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)、轉(zhuǎn)子背帽、內(nèi)六角定位螺釘;上定位導(dǎo)流環(huán)的外側(cè)有外螺紋，下定位導(dǎo)流環(huán)的外側(cè)有六組均布的定位螺釘孔，分別定位在增壓裝置本體內(nèi)部水眼的定位臺(tái)階上;上定位導(dǎo)流環(huán)和下定位導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)部有四組均布的導(dǎo)流孔，起導(dǎo)流作用，中心處有臺(tái)階孔，以提供推力調(diào)心滾子軸承單元、滑環(huán)組合密封單元以及螺旋增壓轉(zhuǎn)子的安裝空間;轉(zhuǎn)子背帽的頂部為圓弧面，起導(dǎo)流、抗沖蝕的作用，內(nèi)部有螺紋孔，用以連接螺旋增壓轉(zhuǎn)子兩端，將其固定在上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)之上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力旋流增壓裝置，其特征在于:所述的推力調(diào)心滾子軸承單元包括上推力調(diào)心滾子軸承和下推力調(diào)心滾子軸承，分別安裝螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端，起支撐調(diào)節(jié)作用，保證螺旋增壓轉(zhuǎn)子能繞軸線旋轉(zhuǎn)，并防止其發(fā)生軸向竄動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力旋流增壓裝置，其特征在于:所述的滑環(huán)組合密封單元包括上滑環(huán)組合密封和下滑環(huán)組合密封，分別安裝在上定位導(dǎo)流環(huán)、下定位導(dǎo)流環(huán)的中心臺(tái)階孔內(nèi)；上滑環(huán)組合密封和下滑環(huán)組合密封均由齒形聚四氟乙烯滑環(huán)及O型橡膠圈組成，用以防止井底高壓鉆井泥漿滲入軸承安裝密封腔，造成推力調(diào)心滾子軸承單元失效。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力旋流增壓裝置，其特征在于:所述的螺旋增壓轉(zhuǎn)子的上下兩端對(duì)稱分布有推力調(diào)心滾子軸承單元的安裝臺(tái)階以及與轉(zhuǎn)子背帽連接的外螺紋；中間本體部分的四葉型螺旋流道呈圓周均布;在支撐連接機(jī)構(gòu)及推力調(diào)心滾子軸承單元的支撐調(diào)節(jié)作用下，可以連續(xù)的繞軸線旋轉(zhuǎn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力旋流增壓裝置，其特征在于:井底的鉆井泥漿在流經(jīng)增壓螺旋轉(zhuǎn)子時(shí)，可以充分利用鉆井泥漿在旋轉(zhuǎn)鉆柱內(nèi)的螺旋流動(dòng)及泥漿本身的水力能量作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而使泥漿在螺旋流道內(nèi)隨螺旋增壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并連續(xù)的離心式增壓，增壓后的超高壓鉆井泥漿可以增強(qiáng)井底清洗和攜巖效果，并輔助破碎巖石。
【文檔編號(hào)】E21B21/00GK106014303SQ201610454576
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】辛男, 辛一男, 楊進(jìn), 劉煒超, 閆博, 鄭璐, 徐文強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(北京)