CN105604495B - 一种偏心轮式减摩降阻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种偏心轮式减摩降阻装置，筒体上设有至少一排减阻轮总成，每排至少包括三个减阻轮总成，减阻轮总成截面与筒体轴线之间形成夹角，减阻轮总成凸出于筒体的外表面，减阻轮总成呈柱状，减阻轮总成轴线与筒体轴线为两条异面直线，多个减阻轮总成在垂直于筒体轴线的截面上的投影形成减阻轮总成投影截面，相邻两个减阻轮总成投影以筒体轴线呈旋转对称；减阻轮总成轴线与筒体轴线所成角为锐角，并且相对于筒体轴线倾斜方向一致。在钻柱送进过程中，减阻轮总成和井壁接触，使减阻轮总成发生旋转，把井壁和钻柱的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦；钻柱轴向送进和周向旋转，都可以驱动减阻轮总成旋转，减小摩擦阻力。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业钻井工程技术领域，特别是一种偏心轮式减摩降阻装置。
背景技术
在石油天然气行业中，水平井和大位移井在油气井开发建设过程中有着明显的优势，并由此衍生多分支井技术。水平井具有增大泄油面积，提高油井产能，降低单位技术成本等优点。然而在水平井段中，钻柱横躺在井壁上，钻柱自身重量对井壁产生极大的正压力，导致钻柱和井壁之间产生极大的摩擦阻力，严重阻碍了钻柱送进和钻头施压。水平段长度越长，井壁对钻柱的摩擦阻力越大，钻柱在水平段极易发生绕曲变形，严重制约了水平段钻进长度。
目前国内外使用效果较好的减摩降阻工具是水力振荡器，其工作原理在于利用动阀环和静阀环的周期性相对运动，改变钻井液过流通道，产生周期性的水击现象，使钻柱发生周期性的高频振动，从而将水平段钻柱和井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，降低摩擦阻力，帮助水平段钻柱送进。但是，水力振荡器产生的高频振动对钻柱也产生了一定了伤害，并且水击现象产生的水击压力对钻井液循环系统也提出了更高的技术要求。
发明内容
本发明提供一种偏心轮式减摩降阻装置，以解决大位移井和水平井水平段的钻柱摩擦阻力大，钻柱送进困难的的技术问题。
本发明提供一种偏心轮式减摩降阻装置，包括筒体，所述筒体上设有至少一排减阻轮总成，每排减阻轮总成至少包括三个减阻轮总成，同一排减阻轮总成上的每个减阻轮总成的中心形成减阻轮总成截面，所述减阻轮总成截面与所述筒体轴线之间形成夹角，所述减阻轮总成凸出于所述筒体的外表面，所述减阻轮总成呈柱状，所述减阻轮总成轴线与所述筒体轴线为两条异面直线，所述多个减阻轮总成在垂直于所述筒体轴线的截面上的投影形成减阻轮总成投影截面，所述相邻两个减阻轮总成投影以所述筒体轴线呈旋转对称；所述减阻轮总成轴线与所述筒体轴线所成角为锐角，并且所述减阻轮总成轴线相对于所述筒体轴线倾斜方向一致。
本发明的有益效果是：在钻柱送进过程中，由于减阻轮总成轴线与所述筒体轴线所成角为锐角，减阻轮总成和井壁接触，使减阻轮总成发生旋转，把井壁和钻柱的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦，减小摩擦阻力；钻柱轴向送进和周向旋转，都可以驱动减阻轮总成旋转，减小摩擦阻力；本发明的偏心轮式减摩降阻装置为纯机械结构，易损件少，简单可靠；同时，可以延长水平段钻井长度，节约经济成本。
进一步，所述减阻轮总成截面与所述筒体轴线之间的夹角为9度。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：由于减阻轮总成截面与筒体轴线之间的夹角为9度，使得多个减阻轮总成转化的摩擦力较为均衡。
进一步，所述相邻两个减阻轮总成投影以所述筒体轴线呈旋转对称的旋转角相等。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：由于旋转角相等，表明多个减阻轮总成均布在筒体上，使得筒体的前进较为平稳。
进一步，所述减阻轮总成包括滚轮套、滚轮、多个防磨齿、储油囊，所述滚轮套设有内腔，所述滚轮套固定在所述筒体上，所述滚轮设置在所述滚轮套的内腔里，所述滚轮上部与所述滚轮套通过密封结构密封连接，所述滚轮下部设有滚轮内腔，所述滚轮套的底面设有底面通孔，所述底面通孔与所述滚轮内腔连通，所述底面通孔上设有密封堵头；所述滚轮下部与所述滚轮套通过滚动连接结构滚动连接，所述滚轮的下部还设有连通所述滚轮内腔和所述滚轮外表面的导油孔，所述储油囊设置在所述滚轮内腔的顶部并与其侧壁密封，所述储油囊的下部空间为储油腔，所述滚轮顶部设有与所述储油囊的上部空间连通的压力通孔，所述多个防磨齿设置在所述滚轮顶部并凸出于其外表面，所述滚轮顶部中间位置的防磨齿顶点高于边缘位置的防磨齿顶点。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：上述减阻轮总成结构中的滚轮通过滚动连接结构在滚轮套内转动，滚轮套的底面设有底面通孔便于将润滑油从底面通孔中注入滚轮内腔中，注入润滑油后，通过密封堵头堵住，避免润滑油泄露；滚轮上还设有连通滚轮内腔和滚轮外圆柱下部的导油孔，确保润滑油能够进入滚动连接结构，为滚动连接结构提供良好的润滑作用；滚轮顶部设有与储油囊的上部空间连通的压力通孔，在减阻轮总成工作时，外部的浆体通过压力通孔进入储油囊的上部空间，确保储油囊两侧的压力平衡，使其内部的润滑油更好地进入滚动连接结构，减阻轮总成的滚轮转动更为平稳和有效。
进一步，所述密封结构包括设置在所述滚轮套内壁的凹槽，所述凹槽里设有密封圈，所述密封圈与所述滚轮上部和所述凹槽均密封连接。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过密封圈结构的密封方式，密封效果较好，密封圈设置在滚轮套内壁的凹槽内，密封圈不易滑动，确保了密封的可靠性。
进一步，所述滚动连接结构包括设置在所述滚轮下部的滚轮圆弧凹槽和设置在所述滚轮套内壁与滚轮圆弧凹槽对应的圆弧凹槽，所述滚轮圆弧凹槽和所述滚轮套圆弧凹槽形成的内腔里设有多个钢珠。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过在滚轮圆弧凹槽和滚轮套圆弧凹槽形成的内腔里设有多个钢珠，这种滚动连接结构简单，制作和安装比较方便，同时滚动连接效果很好。
进一步，所述减阻轮总成轴线与所述筒体轴线所成角大于60°，并小于90°。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：减阻轮总成轴线与所述筒体轴线所成角位于60°到90°的角度范围，井壁和钻柱的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦，减小摩擦阻力的效果最好。
进一步，所述筒体轴线垂直方向上设有至少两排减阻轮总成。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：多排减阻轮总成可以增加井壁和钻柱的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦的效果，进一步较小摩擦阻力。
进一步，所述压力通孔的孔径位于0.8mm至5mm之间。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：压力通孔的孔径位于0.8mm至5mm之间，可以确保浆体的顺利进入。
进一步，所述减阻轮总成凸出于所述筒体的外表面的高度位于2mm到20mm之间。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：减阻轮总成凸出于所述筒体的外表面的高度位于2mm到20mm之间，确保减阻轮总成与井壁的良好接触。
进一步，所述滚轮套上设置有与所述滚轮套圆弧凹槽和所述滚轮套外壁连通的钢珠通孔。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：钢珠通孔便于将钢珠放入滚轮圆弧凹槽和滚轮套圆弧凹槽形成的内腔里。
进一步，所述筒体为螺旋稳定器本体、钻杆大端、可换套稳定器的稳定套或螺杆钻具的扶正器。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：将减阻轮总成结构设置在螺旋稳定器本体、钻杆大端、可换套稳定器的稳定套或螺杆钻具的扶正器上，使得螺旋稳定器、钻杆、可换套稳定器和螺杆钻具在工作过程中减小摩擦阻力，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明偏心轮式减摩降阻装置中减阻轮总成的剖面结构图，
图2是本发明减阻轮总成设置在螺旋稳定器本体上的实施方式一结构图，
图3是图2中减阻轮总成局部剖视图结构图，
图4是图3中A-A方向的剖面图，
图5是减阻轮总成设置在螺旋稳定器本体上的实施方式二中A-A方向的剖面图，
图6是本发明减阻轮总成设置在钻杆大端上的实施方式结构图，
图7是本发明减阻轮总成设置在可换套稳定器的稳定套上的实施方式结构图，
图8是本发明减阻轮总成设置在螺杆钻具的扶正器上的实施方式结构图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
01、筒体，02、减阻轮总成，021、滚轮套，022、滚轮，023、防磨齿，024、压力通孔，025、储油囊，026、密封圈，027、导油孔，028、钢珠，029、密封堵头，03、螺钉，04、螺旋凹槽
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明偏心轮式减摩降阻装置中减阻轮总成的剖面结构图参见图1，减阻轮总成02包括滚轮套021、滚轮022、多个防磨齿023、储油囊025，滚轮套021设有内腔，滚轮套021固定在筒体01上，滚轮022设置在滚轮套021的内腔里，滚轮022上部与滚轮套021通过密封结构密封连接，滚轮022下部设有滚轮内腔，滚轮套021的底面设有底面通孔，底面通孔与滚轮内腔连通，底面通孔上设有密封堵头029；滚轮022下部与滚轮套021通过滚动连接结构滚动连接，滚轮022的下部还设有连通滚轮内腔和滚轮022外表面的导油孔027，储油囊025设置在滚轮内腔的顶部并与其侧壁密封，储油囊025的下部空间为储油腔，滚轮022顶部设有与储油囊025的上部空间连通的压力通孔024，多个防磨齿023设置在滚轮022顶部并凸出于其外表面，滚轮022顶部中间位置的防磨齿023顶点高于边缘位置的防磨齿023顶点；密封结构包括设置在滚轮套021内壁的凹槽，凹槽里设有密封圈026，密封圈026与滚轮022上部和凹槽均密封连接；滚动连接结构包括设置在滚轮022下部的滚轮圆弧凹槽和设置在滚轮套021内壁与滚轮圆弧凹槽对应的圆弧凹槽，滚轮圆弧凹槽和滚轮套圆弧凹槽形成的内腔里设有多个钢珠028。
减阻轮总成结构中的滚轮通过滚动连接结构在滚轮套内转动，滚轮套的底面设有底面通孔便于将润滑油从底面通孔中注入滚轮内腔中，注入润滑油后，通过密封堵头堵住，避免润滑油泄露；滚轮上还设有连通滚轮内腔和滚轮外圆柱下部的导油孔，确保润滑油能够进入滚动连接结构，为滚动连接结构提供良好的润滑作用；滚轮顶部设有与储油囊的上部空间连通的压力通孔，在减阻轮总成工作时，外部的浆体通过压力通孔进入储油囊的上部空间，确保储油囊两侧的压力平衡，使其内部的润滑油更好地进入滚动连接结构，减阻轮总成的滚轮转动更为平稳和有效。
通过密封圈结构的密封方式，密封效果较好，密封圈设置在滚轮套内壁的凹槽内，密封圈不易滑动，确保了密封的可靠性。通过在滚轮圆弧凹槽和滚轮套圆弧凹槽形成的内腔里设有多个钢珠，这种滚动连接结构简单，制作和安装比较方便，同时滚动连接效果很好。
本发明减阻轮总成设置在螺旋稳定器本体上的实施方式一结构图参见图2至图4，包括筒体01，筒体01为螺旋稳定器本体，筒体01上设有至少一排减阻轮总成02，每排减阻轮总成02至少包括三个减阻轮总成02，同一排减阻轮总成02上的每个减阻轮总成02的中心形成减阻轮总成截面，减阻轮总成截面与筒体01轴线之间形成夹角，减阻轮总成02凸出于筒体01的外表面，减阻轮总成02呈柱状，减阻轮总成02轴线与筒体01轴线为两条异面直线，多个减阻轮总成02在垂直于筒体01轴线的截面上的投影形成减阻轮总成投影截面，相邻两个减阻轮总成投影以筒体01轴线呈旋转对称；减阻轮总成02轴线与筒体01轴线所成角为锐角，其角度α为60-90°，并且减阻轮总成02轴线相对于筒体01轴线倾斜方向一致，减阻轮总成02凸出于筒体01的外圆柱表面，其凸出高度为2-20mm；筒体01外表面上设有多个螺旋凹槽04。
两条异面直线所成角的定义为：过空间任意一点引两条直线分别平行于两条异面直线，它们所成的锐角，就是异面直线所成的角。减阻轮总成轴线与筒体轴线为两条异面直线，即减阻轮总成偏离筒体轴线；三个减阻轮总成以所述筒体轴线旋转对称，即三个减阻轮总成偏离筒体轴线的方向一致，并均布在筒体(螺旋稳定器本体)的表面上。在偏心轮式减摩降阻装置的使用过程中减阻轮总成和井壁接触，使减阻轮总成发生旋转，把井壁和钻柱的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦，减小摩擦阻力；钻柱轴向送进和周向旋转，都可以驱动减阻轮总成旋转，减小摩擦阻力；本发明的偏心轮式减摩降阻装置为纯机械结构，易损件少，简单可靠；同时，可以延长水平段钻井长度，节约经济成本。
本实施例中，减阻轮总成02轴线位于截面的中心线的右侧，适用于减阻轮总成轴线与钻柱下钻方向小于90°时使用。
本实施例中，所述减阻轮总成截面与所述筒体(01)轴线之间的夹角为90度。使得多个减阻轮总成转化的摩擦力较为均衡。
本实施例中，所述相邻两个减阻轮总成投影以所述筒体(01)轴线呈旋转对称的旋转角相等。由于旋转角相等，表明多个减阻轮总成均布在筒体上，使得筒体的前进较为平稳。
在具体实施例中，述减阻轮总成02轴线与筒体01轴线所成角，α可以为60°至90°之间的任意值，去满足产品实际工作的需要。
减阻轮总成设置在螺旋稳定器本体上的实施方式二中A-A方向的剖面图参见图5，图4相比，其区别在于，减阻轮总成02轴线位于截面的中心线的左侧；适用于减阻轮总成轴线与钻柱下钻方向大于90°时使用。
本发明减阻轮总成设置在钻杆大端上的实施方式结构图参见图6，筒体01为钻杆大端，减阻轮总成02设置在钻杆大端上，钻杆在前进时，减阻轮总成与井壁接触并发生旋转，把井壁和钻杆的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦，减小摩擦阻力；提高了钻杆的工作效率。
本发明减阻轮总成设置在可换套稳定器的稳定套上的实施方式结构图参见图7，筒体01为可换套稳定器的稳定套，减阻轮总成02设置在可换套稳定器的稳定套上，可换套稳定器在前进时，减阻轮总成与井壁接触并发生旋转，把井壁和可换套稳定器的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦，减小摩擦阻力；提高了可换套稳定器的工作效率。
本发明减阻轮总成设置在螺杆钻具的扶正器上的实施方式结构图参见图8，筒体01为螺杆钻具的扶正器，减阻轮总成02设置在螺杆钻具的扶正器上，可换套稳定器在前进时，减阻轮总成与井壁接触并发生旋转，把井壁和螺杆钻具的滑动摩擦转化为井壁和减阻轮总成的滚动摩擦，减小摩擦阻力；提高了螺杆钻具的工作效率。
本发明中的减阻轮总成还可以设置在其它的钻井工具上，已达到减小钻井工具摩擦阻力的作用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明的偏心轮式减摩降阻装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种偏心轮式减摩降阻装置，包括筒体(01)，其特征在于，所述筒体(01)上设有至少一排减阻轮总成(02)，每排减阻轮总成(02)至少包括三个减阻轮总成(02)，同一排减阻轮总成(02)上的每个减阻轮总成(02)的中心形成减阻轮总成截面，所述减阻轮总成截面与所述筒体(01)轴线之间形成夹角，所述减阻轮总成(02)凸出于所述筒体(01)的外表面，所述减阻轮总成(02)呈柱状，所述减阻轮总成(02)轴线与所述筒体(01)轴线为两条异面直线，所述多个减阻轮总成(02)在垂直于所述筒体(01)轴线的截面上的投影形成减阻轮总成投影截面，所述相邻两个减阻轮总成投影以所述筒体(01)轴线呈旋转对称；所述减阻轮总成(02)轴线与所述筒体(01)轴线所成角为锐角，并且所述减阻轮总成(02)轴线相对于所述筒体(01)轴线倾斜方向一致；所述减阻轮总成(02)轴线与所述筒体(01)轴线所成角大于60°，并小于90°；所述减阻轮总成(02)凸出于所述筒体(01)的外表面的高度位于2mm到20mm之间。
2.根据权利要求1所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述减阻轮总成截面与所述筒体(01)轴线之间的夹角为90度。
3.根据权利要求2所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述相邻两个减阻轮总成投影以所述筒体(01)轴线呈旋转对称的旋转角相等。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述减阻轮总成(02)包括滚轮套(021)、滚轮(022)、多个防磨齿(023)、储油囊(025)，所述滚轮套(021)设有内腔，所述滚轮套(021)固定在所述筒体(01)上，所述滚轮(022)设置在所述滚轮套(021)的内腔里，所述滚轮(022)上部与所述滚轮套(021)通过密封结构密封连接，所述滚轮(022)下部设有滚轮内腔，所述滚轮套(021)的底面设有底面通孔，所述底面通孔与所述滚轮内腔连通，所述底面通孔上设有密封堵头(029)；所述滚轮(022)下部与所述滚轮套(021)通过滚动连接结构滚动连接，所述滚轮(022)的下部还设有连通所述滚轮内腔和所述滚轮(022)外表面的导油孔(027)，所述储油囊(025)设置在所述滚轮内腔的顶部并与其侧壁密封，所述储油囊(025)的下部空间为储油腔，所述滚轮(022)顶部设有与所述储油囊(025)的上部空间连通的压力通孔(024)，所述多个防磨齿(023)设置在所述滚轮(022)顶部并凸出于其外表面，所述滚轮(022)顶部中间位置的防磨齿(023)顶点高于边缘位置的防磨齿(023)顶点。
5.根据权利要求4所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述密封结构包括设置在所述滚轮套(021)内壁的凹槽，所述凹槽里设有密封圈(026)，所述密封圈(026)与所述滚轮(022)上部和所述凹槽均密封连接。
6.根据权利要求4所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述滚动连接结构包括设置在所述滚轮(022)下部的滚轮圆弧凹槽和设置在所述滚轮套(021)内壁与滚轮圆弧凹槽对应的圆弧凹槽，所述滚轮圆弧凹槽和所述滚轮套圆弧凹槽形成的内腔里设有多个钢珠(028)。
7.根据权利要求1至3任一权利要求所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述筒体(01)轴线垂直方向上设有至少两排减阻轮总成(02)。
8.根据权利要求4所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述压力通孔(024)的孔径位于0.8mm至5mm之间。
9.根据权利要求 6所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述滚轮套(021)上设置有与所述滚轮套圆弧凹槽和所述滚轮套(021)外壁连通的钢珠通孔。
10.根据权利要求1至3任一权利要求所述的偏心轮式减摩降阻装置，其特征在于，所述筒体(01)为螺旋稳定器本体、钻杆大端、可换套稳定器的稳定套或螺杆钻具的扶正器。
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