CN102418479A - 一种钻柱轴向振荡工具 - Google Patents

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本发明涉及一种在定向井、水平井、大位移井钻进中用于提高水平段延伸钻进能力的钻柱轴向振荡工具。其技术方案是：所述钻柱轴向振荡工具由定转子单元和阀单元两部分组成。定子内壁粘结有定子橡胶，定子橡胶与转子形成密封腔，转子下端开有流道斜孔，阀体通过阀体螺母固定于转子下端；阀座通过阀座螺母连接于阀座支撑体上，阀座支撑体通过螺纹安装在阀壳体内部；阀座和阀体相配合，随转子运动形成阀的开闭；阀壳体与定子壳体通过螺纹连接。本发明具有轴向振动能力强、结构简单、安全等优点，能够提高定向井、水平井和大位移井水平段的延伸钻进能力。

Description

一种钻柱轴向振荡工具
技术领域
本发明涉及一种在定向井、水平井、大位移井钻进中用于提高水平段延伸钻进能力的钻柱轴向振荡工具。
背景技术
随着勘探开发进程的不断深入，定向井、水平井、大位移井所占的比例越来越大。长水平段钻井技术在国内外得到广泛应用，主要得益于其较好的投入产出比。目前，国外水平井钻井成本已降至直井的1.2～2倍，而产量则是直井的4～8倍。水平井技术作为一项有潜力的新技术，主要有以下优势：恢复老井产能、开发复杂类型油气藏、有利于勘探开发评价、有利于环境保护。大位移井技术是随着随钻测量钻井技术、地质导向钻井技术、闭环钻井技术的发展而新兴的一种钻井技术，已基本成为开发滩海和海上油气资源的重要手段。目前，国外已经钻成了水平位移超万米的大位移井，而国内依靠自身力量只能完成水平位移约4000m 的大位移井。在水平井与大位移井的钻井过程中，由于摩擦阻力大，使得钻井效率低、钻井周期长、钻井成本高，这成为制约水平井和大位移井发展的主要瓶颈。在现场实践中，由于管柱的摩阻扭矩太大，可能出现以下情况：机械钻速明显变低；钻具不能上起或发生断钻具事故；达不到井身轨迹的设计要求，目的层中靶率低。
连续管钻井开始于上世纪 90 年代，到目前为止，全世界使用连续管钻井7000 余口，且每年增加750～850口，在定向井、水平井和大位移井中的应用越来越广泛。但由于连续管尺寸小柔度大，传递钻压能力差，因而造成其钻水平段进尺有限，限制了该技术的应用。
减少水平段中钻柱的前行摩擦阻力，是确保水平井或大位移井延伸钻进长水平段的关键。
发明内容
本发明的目的是：为了克服上述难点，提高水平井或大位移井的延伸钻进能力，特提出一种用于水平井或大位移井的钻柱轴向振荡工具。该工具通过消耗钻井液水马力，形成高频的流体冲击载荷，作用于钻柱上，从而减少钻柱在水平段遇到的摩擦阻力，提高水平段延伸钻进能力。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钻柱轴向振荡工具，是由两部分组成：定转子单元14和阀单元15，所述定转子单元14由定子壳体2、定子橡胶3和转子4组成；阀单元15由阀壳体5、阀体8、阀体螺母7、阀座10、阀座螺母11、阀座支撑体12、阀座密封件9组成，其特征是：定子壳体2内壁硫化有定子橡胶3，定子橡胶3与转子4形成密封腔，转子4下端开有流道斜孔6，阀体8通过阀体螺母7固定于转子4下端；阀座10通过阀座螺母11连接于阀座支撑体12上，阀座10和阀座螺母11之间装有阀座密封件9，阀座支撑体12通过螺纹连接于阀壳体5内部；阀座10和阀体8相配合且始终紧贴，随转子4运动形成阀单元15的开或闭，阀孔16直径小于阀体8运动距离的一半；阀壳体5与定子壳体2通过螺纹连接；工具可通过上端螺纹1和下端螺纹13分别与其它钻具相连。
本发明具有的有益效果是：(1) 轴向振动能力强、结构简单、安全，能够提高定向井、水平井和大位移井水平段的延伸钻进能力；(2)如果将工具安放在近钻头附近，可以提高机械钻速，工具的高频轴向振荡可以减少钻头的轴向振动强度，提高钻头与岩石的均匀接触时间，从而提高机械钻速；(3)轴向振荡可以有效破坏水平段已形成的岩屑床，并能预防卡钻。
附图说明
图1是本发明一种钻柱轴向振荡工具的结构示意图。
图2是本发明一种钻柱轴向振荡工具的定转子单元横剖图。
图3是本发明一种钻柱轴向振荡工具的阀单元工作曲线示意图。
图中：1.振荡器上端螺纹；2.定子壳体；3.定子橡胶；4.转子；5.阀壳体；6.流道斜孔；7.阀体螺母；8.阀体；9.阀座密封件；10.阀座；11.阀座螺母；12.阀座支撑体；13.振荡器下端螺纹；14.定转子单元；15.阀单元；16.阀孔。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，一种钻柱轴向振荡工具 ，是由两部分组成：定转子单元14和阀单元15，所述定转子单元14由定子壳体2、定子橡胶3和转子4组成；阀单元15由阀壳体5、阀体8、阀体螺母7、阀座10、阀座螺母11、阀座支撑体12、阀座密封件9组成，其特征是：定子壳体2内壁硫化有定子橡胶3，定子橡胶3与转子4形成密封腔，转子4下端开有流道斜孔6，阀体8通过阀体螺母7固定于转子4下端；而阀座10通过阀座螺母11连接于阀座支撑体12上，阀座10和阀座螺母11之间装有阀座密封件9，阀座支撑体12通过螺纹连接于阀壳体5内部；阀座10和阀体8相配合且始终紧贴，随转子4运动形成阀单元15的开或闭，阀孔16直径应小于阀体8运动距离的一半，利用转子4的运动使阀体8和阀座10流道的重合面积变化，钻柱内流体动力也随之变化，产生流体脉冲，均匀地提供给钻杆或钻头，从而达到减少摩擦阻力以及延长水平段钻进能力的目的；阀壳体5与定子壳体2通过螺纹连接；一种钻柱轴向振荡工具可通过振荡器上端螺纹1和振荡器下端螺纹13分别与其它钻具相连。该工具能够提高水平井、大位移井钻进时钻压的传递效率，减少水平段钻具前行钻进的摩擦阻力。

Claims (4)

1.一种钻柱轴向振荡工具 ，是由两部分组成：定转子单元（14）和阀单元（15）；所述定转子单元（14）由定子壳体（2）、定子橡胶（3）和转子（4）组成；阀单元（15）由阀壳体（5）、阀体（8）、阀体螺母（7）、阀座（10）、阀座螺母（11）、阀座支撑体（12）、阀座密封件（9）组成，其特征在于：定子壳体（2）内壁硫化有定子橡胶（3），定子橡胶（3）与转子（4）形成密封腔，转子（4）下端开有流道斜孔（6），阀体（8）靠阀体螺母（7）固定于转子（4）下端；阀座（10）通过阀座螺母（11）连接于阀座支撑体（12）上，阀座支撑体（12）通过螺纹安装在阀壳体（5）内部；阀座（10）和阀体（8）相配合，随转子（4）运动形成阀单元（15）的开或闭；阀壳体（5）与定子壳体（2）通过螺纹连接；钻柱轴向振荡工具可通过振荡器上端螺纹（1）和振荡器下端螺纹（13）与其它钻具相连。
2.根据权利要求1所述的一种钻柱轴向振荡工具 ，其特征在于：阀体（8）和阀座（10）始终紧贴。
3.根据权利要求1和2所述的一种钻柱轴向振荡工具 ，其特征在于：阀孔（16）直径应小于阀体（8）运动距离的一半。
4.根据权利要求1所述的一种钻柱轴向振荡工具 ，其特征在于：阀座（10）和阀座螺母（11）之间装有阀座密封件（9）。
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