專利名稱：一種諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能夠提高鉆井速度的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置。
背景技術(shù)：
鉆井是通過(guò)一系列的工具和技術(shù)開(kāi)鑿出通往地下的通道。目前，鉆井主要是用于石油、天然氣、地?zé)岷偷叵滤荣Y源的開(kāi)采，此外，鉆井也被用于核廢料處理、CO2深層儲(chǔ)存等一些前沿科學(xué)領(lǐng)域。隨著鉆井深度和難度的增加，對(duì)鉆井技術(shù)本身也提出了新的要求。特別是對(duì)于深井和超深井而言，主要難點(diǎn)是所使用的鉆井裝置鉆速低、鉆井周期長(zhǎng)、鉆井費(fèi)用高。因此，在鉆井過(guò)程中，提高鉆頭的破巖效率從而提高鉆井速度、縮短鉆井周期是鉆井過(guò)程中一直追求的目標(biāo)。鉆井過(guò)程中最重要的步驟是破碎巖石，破碎巖石所需要的能量來(lái)自地表，能量通過(guò)鉆井液、鉆桿傳遞到下部鉆頭，由鉆頭直接破巖。旋沖鉆井工具和脈沖射流鉆井短接都能有效地提高鉆井速度。旋沖鉆井工具的上端與鉆鋌或鉆桿相連接，下端與鉆頭相連接，旋沖鉆井工具將鉆井液部分能量轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使旋沖鉆井工具下端與鉆頭連接部分往復(fù)運(yùn)動(dòng)，鉆頭一邊隨鉆桿旋轉(zhuǎn)，一邊做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。旋沖鉆井工具使鉆頭能夠做往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)，鉆頭的往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)能夠提高鉆頭破巖效率，特別是對(duì)深部硬、研磨地層的破巖速度提高顯著。脈沖射流鉆井短接能夠?qū)@井液的連續(xù)流動(dòng)轉(zhuǎn)換成一定頻率的間歇流動(dòng)。這種轉(zhuǎn)換使得鉆井液在鉆頭水眼的出口速度大幅提高，這種速度的提高直接帶來(lái)射流沖擊效率的提高，使得水力破巖效率得到提高；脈沖射流鉆井短接的脈沖射流效應(yīng)能夠改變井底巖屑床的分布，提高井底鉆頭部巖屑上返速度，避免巖屑被重復(fù)破碎；脈沖射流鉆井短接能夠周期性地降低井底壓力，從而減小井底巖石的壓持效應(yīng)，使鉆井速度得到提高。脈沖射流鉆井短接能夠有效地提高鉆井裝置的機(jī)械鉆速。旋沖鉆井工具和脈沖射流鉆井短接都能夠在不提高地面機(jī)泵功率的情況下提高井下鉆頭的破巖效率。但是，旋沖鉆井工具的內(nèi)部元件的磨損沖蝕嚴(yán)重，致使其使用壽命短；脈沖射流鉆井短接則對(duì)深部硬度高、研磨性地層的鉆井提速效果十分有限。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種能夠?qū)⑦B續(xù)流動(dòng)的鉆井液調(diào)制成具有一定頻率的脈沖射流，脈沖射流經(jīng)諧振放大后脈沖幅值增大，增大后脈沖幅值使裝置下部與鉆頭連接部分產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)，同時(shí)使鉆頭水眼出口處的連續(xù)流體轉(zhuǎn)換成脈沖射流的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置包括外殼體，置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)，以及下部接頭，所述諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的上部與鉆井管柱相連接，所述諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的下部通過(guò)所述下部接頭與鉆頭相連接；所述外殼體內(nèi)部設(shè)有供置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)裝設(shè)的通孔； 置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)及諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)；所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)控制下使連續(xù)流動(dòng)的鉆井液變成具有一定周期的脈沖射流；所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)所述脈沖射流的脈沖幅值進(jìn)行放大從而進(jìn)行周期性上下往復(fù)振動(dòng)；
所述下部接頭連接于所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)。作為優(yōu)選，所述外殼體內(nèi)部設(shè)有直徑或者當(dāng)量值遞減的階梯狀通孔，所述通孔供置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)裝設(shè)，所述通孔分為I段通孔、II段通孔、III段通孔和IV段通孔； 所述I段通孔裝設(shè)所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)，所述II段通孔裝設(shè)所述脈沖調(diào)制系統(tǒng)，所述III段通孔和所述IV段通孔裝設(shè)所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)。作為優(yōu)選，所述I段通孔、II段通孔和IV段通孔為多邊形，所述III段通孔為圓形或者多邊形。作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)為渦輪或者螺桿。作為優(yōu)選，所述渦輪動(dòng)力系統(tǒng)包括軸承、上固定孔板、下固定孔板、導(dǎo)流葉片、配合筒和中心軸，所述上固定孔板和所述下固定孔板分別利用所述軸承與所述中心軸活動(dòng)連接，所述中心軸的長(zhǎng)度大于所述上固定孔板和所述下固定孔板之間的距離，從而使得所述中心軸的下端面向下伸出于所述下固定孔板一段距離，所述導(dǎo)流葉片裝設(shè)于所述中心軸位于所述上固定孔板和所述下固定孔板之間的部位上，所述上固定孔板和所述下固定孔板上對(duì)應(yīng)設(shè)置有供鉆井液流通的流道；所述配合筒安裝于所述上固定孔板和所述下固定孔板之間，所述配合筒的外表面與所述I段通孔相配合，所述配合筒中心具有直徑大于所述安裝后所述導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的通孔。作為優(yōu)選，所述中心軸的上端面與所述上固定孔板的上端面同平面。作為優(yōu)選，所述流道的數(shù)量范圍是3 15。作為優(yōu)選，所述脈沖調(diào)制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊、用于固定連接所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊和固定連接所述渦輪動(dòng)力系統(tǒng)的中心軸的偏心軸和周期導(dǎo)流板，所述周期導(dǎo)流板上設(shè)有以所述周期導(dǎo)流板為中心對(duì)稱分布的擾流通孔，所述擾流通孔的半徑小于所述擾流通孔的中心與所述周期導(dǎo)流板中心的距離，所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊的數(shù)量大于或者等于所述擾流通孔的數(shù)量，所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊的下表面能夠與所述周期導(dǎo)流板的上表面密封接觸，使得當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊未旋轉(zhuǎn)到與所述擾流通孔重合的位置時(shí)，所述擾流通孔處于最大流動(dòng)截面狀態(tài)，而當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊旋轉(zhuǎn)到與所述擾流通孔完全重合的位置時(shí)，所述擾流通孔處于被完全密封狀態(tài)。作為優(yōu)選，所述擾流通孔的數(shù)量范圍是1 10。作為優(yōu)選，所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)包括具有諧振腔的諧振脈沖傳扭腔，用于使所述諧振脈沖傳扭腔與所述III段通孔密封的密封件和置于所述III段通孔的肩部、用于使所述諧振脈沖傳扭腔復(fù)位的彈性部件，所述諧振脈沖傳扭腔中心設(shè)有在不改變脈沖頻率的情況下使脈沖幅值被放大諧振腔。作為優(yōu)選，所述諧振脈沖傳扭腔上部為圓形，中部為截面為正多邊形的柱體，下部有螺紋，所述諧振腔為階梯圓形或者多邊形通孔，直徑或者當(dāng)量值遞減，所述諧振脈沖傳扭腔的中部外表面與所述IV段通孔相配合。
作為優(yōu)選，所述彈性部件為彈簧。作為優(yōu)選，所述下部接頭為內(nèi)部具有用于鉆井液循環(huán)的通孔，所述下部接頭上部具有用于與所述諧振脈沖傳扭腔下部具有的螺紋相連接的螺紋，所述下部接頭下部具有用于連接鉆頭的螺紋。本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的有益效果在于
本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置相對(duì)于傳統(tǒng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖增加了軸向往復(fù)振動(dòng)和對(duì)井底的脈沖射流，鉆頭的軸向往復(fù)振動(dòng)和脈沖射流的引入大幅提高了鉆頭的破巖效率，有效地解決了傳統(tǒng)鉆頭破巖效率低、鉆井成本高的問(wèn)題，特別適用于深部硬度高、研磨性地層的鉆井提速。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置裝配剖視圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置外殼體剖視圖； 圖3為圖2的A-A向剖視圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的固定孔板的示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的配合筒的示意圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的周期導(dǎo)流板示意圖； 圖7 (a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置擾流通孔與轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊處于開(kāi)啟狀態(tài)的示意圖7 (b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置擾流通孔與轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊處于關(guān)閉狀態(tài)的示意圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊處于擾流通孔不同位置時(shí)產(chǎn)生的脈沖壓力值變化示意圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的諧振脈沖傳扭腔的剖視圖； 圖10為圖9的B-B向剖視圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊處于擾流通孔不同位置時(shí)產(chǎn)生的脈沖壓力值變化被諧振腔放大前后對(duì)比示意圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的下部接頭剖視圖； 圖13 (a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置帶動(dòng)鉆頭至下死點(diǎn)位置時(shí)的示意圖13 (b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置帶動(dòng)鉆頭至上死點(diǎn)位置時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例
參見(jiàn)附圖1，本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的外形為圓柱狀，包括外殼體1和置于外殼體1內(nèi)的渦輪動(dòng)力系統(tǒng)，脈沖調(diào)制系統(tǒng)，諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)，以及下部接頭 14。渦輪動(dòng)力系統(tǒng)用于控制脈沖調(diào)制系統(tǒng)的動(dòng)作，脈沖調(diào)制系統(tǒng)用于使連續(xù)流動(dòng)的鉆井液變成具有一定周期的脈沖射流，諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)用于使脈沖射流的脈沖幅值進(jìn)行放大從而進(jìn)行周期性上下往復(fù)振動(dòng)。參見(jiàn)附圖2，外殼體1內(nèi)具有直徑或者當(dāng)量值遞減的階梯狀通孔，分為I段通孔、II段通孔、III段通孔和IV段通孔，并且I段通孔、II段通孔、III段通孔和IV段通孔，I段通孔用于裝設(shè)渦輪動(dòng)力系統(tǒng)，II段通孔用于裝設(shè)脈沖調(diào)制系統(tǒng)，III段通孔和IV段通孔用于裝設(shè)所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)。諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的上部與鉆井管柱相連接，諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的下部通過(guò)下部接頭14與鉆頭連接。本實(shí)施例中，I段通孔、II段通孔和IV段通孔為正八方孔(參見(jiàn)附圖2和附圖3)。 III段通孔為圓形孔。參見(jiàn)附圖1，渦輪動(dòng)力系統(tǒng)包括軸承2、上固定孔板3、下固定孔板6、導(dǎo)流葉片4、配合筒5和中心軸7。上固定孔板3和下固定孔板6分別利用軸承2與中心軸7活動(dòng)連接，中心軸7的上端面與上固定孔板3的上端面同平面。參見(jiàn)附圖4，上固定孔板3的外形為正八邊形，上固定孔板3的中心設(shè)有用于安裝軸承2的通孔，上固定孔板3上設(shè)有3-15個(gè)流道401。本實(shí)施例中，上固定孔板3上設(shè)有4個(gè)流道401，中心軸7的長(zhǎng)度大于上固定孔板3 和下固定孔板6之間的距離，從而使得中心軸7的下端面向下伸出于下固定孔板6 —段距離，其中，中心軸7的下端面向下伸出于下固定孔板6的距離為50mm-500mm，導(dǎo)流葉片4裝設(shè)于中心軸7位于上固定孔板3和下固定孔板6之間的部位上，上固定孔板3和下固定孔板6上對(duì)應(yīng)設(shè)置有供鉆井液流通的流道。參見(jiàn)附圖5，配合筒5安裝于上固定孔板3和下固定孔板6之間，配合筒5的外表面呈正八方柱體，與I段通孔相配合，配合筒5中心有直徑大于安裝后導(dǎo)流葉片4轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的通孔。參見(jiàn)附圖1，脈沖調(diào)制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8、用于固定連接轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8和固定連接渦輪動(dòng)力系統(tǒng)的中心軸7的偏心軸9和周期導(dǎo)流板10。參見(jiàn)附圖6，周期導(dǎo)流板10上設(shè)有以周期導(dǎo)流板10為中心對(duì)稱分布的1-10個(gè)擾流通孔601，擾流通孔601的半徑小于擾流通孔601的中心與周期導(dǎo)流板10中心的距離。轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8的數(shù)量大于或者等于擾流通孔601的數(shù)量。轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8的下表面能夠與周期導(dǎo)流板10的上表面密封接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8能夠被中心軸7帶動(dòng)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。參見(jiàn)附圖7(a)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8未旋轉(zhuǎn)到與擾流通孔601重合的位置時(shí)，擾流通孔601處于最大流動(dòng)截面狀態(tài)，參見(jiàn)附圖7 (b)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8旋轉(zhuǎn)到與擾流通孔601完全重合的位置時(shí)，擾流通孔601處于被完全密封狀態(tài)。參見(jiàn)附圖8，脈沖壓力幅值的變化曲線中，壓力值為a時(shí)，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8的位置為圖7 (a) 所示位置；壓力值為b時(shí)，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8的位置為圖7 (b)所示位置，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊 8的旋轉(zhuǎn)，脈沖調(diào)制系統(tǒng)使得連續(xù)流動(dòng)的鉆井液形成了具有周期的脈沖射流。參見(jiàn)附圖1，諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)包括具有諧振腔的諧振脈沖傳扭腔12，用于使諧振脈沖傳扭腔12與III段通孔密封的密封件11和置于III段通孔的肩部、用于使諧振脈沖傳扭腔12復(fù)位的彈性部件。本實(shí)施例使用的彈性部件是彈簧13。參見(jiàn)附圖9，諧振脈沖傳扭腔12上部為圓形，中部為截面為正多邊形的柱體。參見(jiàn)附圖10，本實(shí)施例的中部截面為正八邊形，下部有螺紋，圓形的直徑大于正八邊形外接圓的直徑。諧振脈沖傳扭腔12 的上部圓形外側(cè)具有用于裝設(shè)密封件11的密封槽901，諧振脈沖傳扭腔12的上部圓形與外殼體1的III段通孔配合安裝，并且密封槽901和密封件11使諧振脈沖傳扭腔12的上部圓形與外殼體1的III段通孔密封，諧振脈沖傳扭腔12中心設(shè)有諧振腔902，諧振腔902為階梯圓形或者多邊形通孔，直徑或者當(dāng)量值遞減，諧振脈沖傳扭腔12的中部外表面與IV段通孔相配合。參見(jiàn)附圖11，諧振腔902的作用是在不改變脈沖頻率的情況下使脈沖幅值被放大， 使得沖擊力增強(qiáng)，從而，諧振脈沖傳扭腔12產(chǎn)生周期性的上下往復(fù)振動(dòng)，同時(shí)，彈簧13用于幫助諧振脈沖傳扭腔12復(fù)位。參見(jiàn)附圖1和附圖12，下部接頭14為內(nèi)部具有用于鉆井液循環(huán)的通孔，下部接頭 14上部具有用于與諧振脈沖傳扭腔12下部具有的螺紋相連接的螺紋，下部接頭14下部具有用于連接鉆頭的螺紋。下面闡述本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的工作原理
參見(jiàn)附圖13 (a)，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8與擾流通孔601處于圖7 (a)所示位置，鉆井液沿圖13 (a)中箭頭方向流動(dòng)，鉆井液首先通過(guò)上固定孔板3的流道401，然后通過(guò)周期導(dǎo)流板10的擾流通孔601，隨后經(jīng)過(guò)諧振脈沖傳扭腔12的諧振腔，最后通過(guò)鉆頭1301的內(nèi)流道 1302射入井底，此時(shí)，彈簧13被壓縮到最短，諧振脈沖傳扭腔12帶動(dòng)鉆頭1301處于往復(fù)振動(dòng)的下死點(diǎn)位置。參見(jiàn)附圖13 (b)，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8與擾流通孔601處于圖7 (b)所示位置，鉆井液沿圖13 (b)中箭頭方向流動(dòng)，鉆井液通過(guò)上固定孔板3的流道401，由于轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊8與擾流通孔601密封，鉆井液無(wú)法流入到諧振脈沖傳扭腔12中，從而，周期導(dǎo)流板 10以下至鉆頭1301的內(nèi)流道1302內(nèi)無(wú)鉆井液，此時(shí)，諧振脈沖傳扭腔12無(wú)法獲取向下的沖擊力，彈簧13處于自然狀態(tài)，諧振脈沖傳扭腔12帶動(dòng)鉆頭1301處于往復(fù)振動(dòng)的上死點(diǎn)位置。應(yīng)用本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置進(jìn)行鉆井時(shí)，由于本發(fā)明提供的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置相對(duì)于傳統(tǒng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖增加了軸向往復(fù)振動(dòng)和對(duì)井底的脈沖射流，鉆頭的軸向往復(fù)振動(dòng)和脈沖射流的引入大幅提高了鉆頭的破巖效率，有效地解決了傳統(tǒng)鉆頭破巖效率低、鉆井成本高的問(wèn)題，特別適用于深部硬度高、研磨性地層的鉆井提速。以上所述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，包括外殼體，置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)，以及下部接頭，所述諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的上部與鉆井管柱相連接，所述諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置的下部通過(guò)所述下部接頭與鉆頭相連接，其特征在于所述外殼體內(nèi)部設(shè)有供置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)裝設(shè)的通孔；置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)及諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)；所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)控制下使連續(xù)流動(dòng)的鉆井液變成具有一定周期的脈沖射流；所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)所述脈沖射流的脈沖幅值進(jìn)行放大從而進(jìn)行周期性上下往復(fù)振動(dòng)；所述下部接頭連接于所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述外殼體內(nèi)部設(shè)有直徑或者當(dāng)量值遞減的階梯狀通孔，所述通孔供置于所述外殼體內(nèi)的系統(tǒng)裝設(shè)，所述通孔分為I段通孔、II段通孔、III段通孔和IV段通孔；所述I段通孔裝設(shè)所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)，所述II段通孔裝設(shè)所述脈沖調(diào)制系統(tǒng)，所述III段通孔和所述IV段通孔裝設(shè)所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述I段通孔、II段通孔和IV段通孔為多邊形，所述III段通孔為圓形或者多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)為渦輪或者螺桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述渦輪包括軸承、 上固定孔板、下固定孔板、導(dǎo)流葉片、配合筒和中心軸，所述上固定孔板和所述下固定孔板分別利用所述軸承與所述中心軸活動(dòng)連接，所述中心軸的長(zhǎng)度大于所述上固定孔板和所述下固定孔板之間的距離，從而使得所述中心軸的下端面向下伸出于所述下固定孔板一段距離，所述導(dǎo)流葉片裝設(shè)于所述中心軸位于所述上固定孔板和所述下固定孔板之間的部位上，所述上固定孔板和所述下固定孔板上對(duì)應(yīng)設(shè)置有供鉆井液流通的流道；所述配合筒安裝于所述上固定孔板和所述下固定孔板之間，所述配合筒的外表面與所述I段通孔相配合，所述配合筒中心具有直徑大于所述安裝后所述導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述中心軸的上端面與所述上固定孔板的上端面同平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述流道的數(shù)量范圍是3 15。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述脈沖調(diào)制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊、用于固定連接所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊和固定連接所述渦輪動(dòng)力系統(tǒng)的中心軸的偏心軸和周期導(dǎo)流板，所述周期導(dǎo)流板上設(shè)有以所述周期導(dǎo)流板為中心對(duì)稱分布的擾流通孔，所述擾流通孔的半徑小于所述擾流通孔的中心與所述周期導(dǎo)流板中心的距離，所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊的數(shù)量大于或者等于所述擾流通孔的數(shù)量，所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊的下表面能夠與所述周期導(dǎo)流板的上表面密封接觸，使得當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊未旋轉(zhuǎn)到與所述擾流通孔重合的位置時(shí)，所述擾流通孔處于最大流動(dòng)截面狀態(tài)，而當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)密封塊旋轉(zhuǎn)到與所述擾流通孔完全重合的位置時(shí)，所述擾流通孔處于被完全密封狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述擾流通孔的數(shù)量范圍是1 10。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)包括具有諧振腔的諧振脈沖傳扭腔，用于使所述諧振脈沖傳扭腔與所述III段通孔密封的密封件和置于所述III段通孔的肩部、用于使所述諧振脈沖傳扭腔復(fù)位的彈性部件， 所述諧振脈沖傳扭腔中心設(shè)有在不改變脈沖頻率的情況下使脈沖幅值被放大諧振腔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述諧振脈沖傳扭腔上部為圓形，中部為截面為正多邊形的柱體，下部有螺紋，所述諧振腔為階梯圓形或者多邊形通孔，直徑或者當(dāng)量值遞減，所述諧振脈沖傳扭腔的中部外表面與所述IV段通孔相配
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述彈性部件為彈
13.根據(jù)權(quán)利要求1或11所述的諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，其特征在于所述下部接頭為內(nèi)部具有用于鉆井液循環(huán)的通孔，所述下部接頭上部具有用于與所述諧振脈沖傳扭腔下部具有的螺紋相連接的螺紋，所述下部接頭下部具有用于連接鉆頭的螺紋。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種諧振脈沖振動(dòng)鉆井裝置，屬于鉆井裝置技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括外殼體，置于外殼體內(nèi)的系統(tǒng)，以及下部接頭，該裝置的上部與鉆井管柱相連接，該裝置的下部通過(guò)下部接頭與鉆頭相連接，外殼體內(nèi)部設(shè)有供置于外殼體內(nèi)的系統(tǒng)裝設(shè)的通孔，置于外殼體內(nèi)的系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)，脈沖調(diào)制系統(tǒng)，諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)，下部接頭連接于諧振脈沖與往復(fù)振動(dòng)系統(tǒng)。該裝置有效地解決了傳統(tǒng)鉆頭破巖效率低、鉆井成本高的問(wèn)題，特別適用于深部硬度高、研磨性地層的鉆井提速。
文檔編號(hào)E21B7/18GK102191915SQ20111014774
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者劉力, 卓魯斌, 崔龍連, 張富成, 查永進(jìn), 汪海閣, 陳志學(xué) 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院