一种多级反馈水力诱发共振钻井工具的制作方法

本发明涉及石油钻采领域，具体涉及一种多级反馈水力诱发共振钻井工具。

背景技术：

1、世界油气探明储量中深层超深层油气资源要占到总量的百分之四十左右，我国深层油气资源也要占到总量的百分之三十多。不断提高深层油气资源的勘探开发力度，对于保障我国能源安全具有非常重要的意义。钻井是实现深层油气资源开发的必要手段，在深层钻井过程中，深层岩石硬度高、研磨性强，导致钻头破岩效率低、钻速慢、成本高的问题突出。如何提高深层钻井硬岩破岩效率显得尤为重要。为此，国内外专家提出了多种提高深层硬岩破岩效率的方法，其中共振钻井技术，是提高钻头破岩效率的重要途径之一。共振破岩技术是为提高质硬地层破岩效率而提出的一种新兴破岩方法，通过向岩石施加周期性振动，当施加的振动频率与岩石固有频率相等时，岩石产生共振，可显著降低岩石破碎强度，提高破岩效率。

2、然而如何有效形成高频振动并施加到岩石上是该技术的关键。为此，本发明提出了一种多级反馈水力诱发共振钻井工具。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何使钻头产生高频振动并施加到岩石上。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，包括竖直设置的筒体、多个振荡组件和钻头，所述钻头上下滑动的安装于所述筒体内的下端，所述筒体的上端具有流体进口，所述钻头具有钻头流道，多个所述振荡组件依次固定于所述筒体内的中部，用于在流体流过后产生振荡并带动所述钻头上下往复移动。

3、本发明的有益效果是：多个振荡组件对流体产生的振荡依次叠加，可有效提高流体的振荡频率，从而输出高频振荡流体。钻头在高频振荡流体冲击及上下压差作用下，实现上下往复的高频振动，从而对岩石产生高频冲击。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，每个所述振荡组件包括由上至下依次设置的收缩腔体和振荡腔体，所述收缩腔体具有收缩腔，所述收缩腔的下端出口尺寸小于所述收缩腔的上端进口尺寸，所述振荡腔体具有振荡腔，所述振荡腔内设有多个第一阀块，多个所述第一阀块围绕所述振荡腔轴线沿周向间隔设置，每个所述第一阀块朝向所述振荡腔轴线的一侧由上至下逐渐远离所述振荡腔轴线。

6、采用上述进一步方案的有益效果是：对于每个振荡组件，收缩腔将流体收缩加速，流体高速进入振荡腔内，振荡腔内形成低压区，第一阀块引导进入振荡腔中部的流体向下沿振荡腔径向向外流动，并与从振荡腔底部反馈回来的压力扰动波相互作用，形成第一次流体振荡。

7、进一步，所述振荡腔内还设有多个第二阀块，多个所述第二阀块位于多个所述第一阀块外侧，且围绕所述振荡腔轴线沿周向间隔设置，每个所述第一阀块朝向所述振荡腔轴线的一侧由上至下逐渐远离所述振荡腔轴线。

8、采用上述进一步方案的有益效果是：每个振荡腔内，从振荡腔底部反馈回来的部分流体，流动到第二阀块周围，在第二阀块附近形成第二次流体振荡，在振荡腔内第一次流体振荡和第二次流体振荡叠加，可有效提高流体振荡频率。

9、进一步，所述振荡腔的下端为倒锥形，所述振荡腔的下端中心处具有振荡腔出口。

10、采用上述进一步方案的有益效果是：振荡腔的底面为倒锥面，增加了流体冲击到其底面后向上反馈的流体的量，与第一阀块和第二阀块形状相配合，增加了流体振荡的幅度。振荡腔内的流体经过振荡腔出口向下加速排出。

11、进一步，最上端的所述振荡组件为第一振荡组件，所述第一振荡组件的收缩腔体记为第一收缩腔体，所述第一收缩腔体具有第一收缩腔，所述第一收缩腔为上端敞口的球冠形孔，所述第一收缩腔的底部连通有圆柱形孔状的第一收缩腔出口。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：球冠形孔将筒体内最上端的大量流体收缩并加速，再通过第一收缩腔出口继续加速，从而高速进入到第一振荡组件的振荡腔内。

13、进一步，所述第一振荡组件下方的其余所述振荡组件均记为第二振荡组件，所述第二振荡组件的收缩腔体记为第二收缩腔体，所述第二收缩腔体具有第二收缩腔，所述第二收缩腔为上下贯通的倒置圆台形孔。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：第二收缩腔用于将流体继续加速，保持流体高速流动。

15、进一步，还包括过滤装置，所述过滤装置固定于所述筒体内的上端。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：过滤装置用于过滤钻井液中的较大颗粒，防止大颗粒堵塞工具内部流道。

17、进一步，还包括冲击盘，所述冲击盘上具有多个高压流道，所述冲击盘布置于所述钻头与最下方的所述振荡组件之间。

18、采用上述进一步方案的有益效果是：通过振荡腔将振荡多级叠加，形成高频振动流体，高压流道用于输送高频振荡流体，高频振荡流体对冲击盘产生冲击，冲击盘在高频振荡流体冲击及上下压差作用下产生振动，可对下部钻头进行高频往复冲击，带动钻头产生高频振动，从而实现钻头共振破岩，有效提高钻头的破岩效率，提高钻井机械钻速，降低钻井成本。

19、进一步，还包括限位块，所述限位块固定于所述筒体内，且位于最下方的所述振荡组件下端，所述限位块具有供流体通过的限位块通孔，所述冲击盘位于所述限位块下方，所述限位块通孔对应位于多个所述高压流道上方。

20、采用上述进一步方案的有益效果是：限位块对冲击盘限位，同时，可避免冲击盘对振荡组件造成冲击损伤。

21、进一步，还包括往复块，所述往复块固定于所述钻头上端，所述往复块与所述筒体的下端密封的滑动连接，所述往复块的上端面呈倒锥形，且具有与所述钻头流道连通的通孔。

22、采用上述进一步方案的有益效果是：钻头通过往复块滑动安装在筒体上，往复块与筒体之间密封，从而避免流体从两者之间留出。流体经过往复块内的通孔和钻头流道排出。往复块的上端呈倒锥形，增加流体与其接触面积，增加冲击力度。

技术特征：

1.一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，包括竖直设置的筒体、多个振荡组件和钻头(24)，所述钻头(24)上下滑动的安装于所述筒体内的下端，所述筒体的上端具有流体进口，所述钻头(24)具有钻头流道(25)，多个所述振荡组件依次固定于所述筒体内的中部，用于在流体流过后产生振荡并带动所述钻头(24)上下往复移动。

2.根据权利要求1所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，每个所述振荡组件包括由上至下依次设置的收缩腔体和振荡腔体，所述收缩腔体具有收缩腔，所述收缩腔的下端出口尺寸小于所述收缩腔的上端进口尺寸，所述振荡腔体具有振荡腔，所述振荡腔内设有多个第一阀块(8)，多个所述第一阀块(8)围绕所述振荡腔轴线沿周向间隔设置，每个所述第一阀块(8)朝向所述振荡腔轴线的一侧由上至下逐渐远离所述振荡腔轴线。

3.根据权利要求2所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，所述振荡腔内还设有多个第二阀块(9)，多个所述第二阀块(9)位于多个所述第一阀块(8)外侧，且围绕所述振荡腔轴线沿周向间隔设置，每个所述第一阀块(8)朝向所述振荡腔轴线的一侧由上至下逐渐远离所述振荡腔轴线。

4.根据权利要求2所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，所述振荡腔的下端为倒锥形，所述振荡腔的下端中心处具有振荡腔出口。

5.根据权利要求2所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，最上端的所述振荡组件为第一振荡组件，所述第一振荡组件的收缩腔体记为第一收缩腔体(5)，所述第一收缩腔体(5)具有第一收缩腔，所述第一收缩腔为上端敞口的球冠形孔，所述第一收缩腔的底部连通有圆柱形孔状的第一收缩腔出口(6)。

6.根据权利要求5所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，所述第一振荡组件下方的其余所述振荡组件均记为第二振荡组件，所述第二振荡组件的收缩腔体记为第二收缩腔体(12)，所述第二收缩腔体(12)具有第二收缩腔(13)，所述第二收缩腔(13)为上下贯通的倒置圆台形孔。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，还包括过滤装置(4)，所述过滤装置(4)固定于所述筒体内的上端。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，还包括冲击盘(18)，所述冲击盘(18)上具有多个高压流道(19)，所述冲击盘(18)布置于所述钻头(24)与最下方的所述振荡组件之间。

9.根据权利要求8所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，还包括限位块(17)，所述限位块(17)固定于所述筒体内，且位于最下方的所述振荡组件下端，所述限位块(17)具有供流体通过的限位块通孔，所述冲击盘(18)位于所述限位块(17)下方，所述限位块通孔对应位于多个所述高压流道(19)上方。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，其特征在于，还包括往复块(21)，所述往复块(21)固定于所述钻头(24)上端，所述往复块(21)与所述筒体的下端密封的滑动连接，所述往复块(21)的上端呈倒锥形，且具有与所述钻头流道(25)连通的通孔。

技术总结本发明涉及一种多级反馈水力诱发共振钻井工具，涉及石油钻采领域，多级反馈水力诱发共振钻井工具包括竖直设置的筒体、多个振荡组件和钻头，钻头上下滑动的安装于筒体内的下端，筒体的上端具有流体进口，钻头具有钻头流道，多个振荡组件依次固定于筒体内的中部，用于在流体流过后产生振荡并带动钻头上下往复移动。本发明的有益效果是：多个振荡组件对流体产生的振荡依次叠加，可有效提高流体的振荡频率，从而输出高频振荡流体。钻头在高频振荡流体冲击及上下压差作用下，实现上下往复的高频振动，从而对岩石产生高频冲击。技术研发人员：武强,纪国栋,黄洪春,陈畅畅,刘力,呼怀刚,于金平,孙钰淇,邵方源,于璟受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17