CN102587832B - 一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具 - Google Patents

一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具 Download PDF

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本发明涉及一种用于降低水平井段摩擦阻力、增强水平段延伸钻进能力的防托压工具。其技术方案是:所述用于降低全井摩阻的防托压工具由脉冲部件和振动部件组成;脉冲部件主要由上接头、动力部件、上防磨块、上固定套、下防磨块、下固定套、下阀体和下接头组成;振动部件主要由花键传动轴、花键扶正筒、锁定螺母、碟簧、支撑壳体、活塞杆、活塞套、活塞螺帽和脉冲短接组成;振动部件通过螺纹连接在脉冲部件上端。阀部件在马达转子带动下总过流面积从大到小变化,把流体的能量转化成一系列的脉冲压力传递给振动部件。本发明具有轴向振动能力强、结构简单等优点,它能够降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力、提高水平井和大位移井水平段的延伸钻进能力。

Description

一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具
技术领域
[0001] 本发明涉及一种在定向井、水平井、大位移井钻进中用于降低水平井段摩擦阻力、提高水平段延伸钻进能力的防托压工具。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 连续油管技术是一种经济、效率、环保的作业手段,该技术在洗井、打捞、水平井、大位移井、现有井开窗侧钻等作业中具有较大的优势,其将成为油田增产、难动用储量开采和提高最终采收率的主导技术之一。自上世纪90年代,到目前为止,全世界使用连续油管钻井7000余口,且每年增加750-850 口,应用越来越广泛;与此同时,随着水平井数量的增多,连续油管在水平井段的长度增加,连续油管与井壁摩擦力增大,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,仅仅依靠地面注入头产生的水平驱动力往往不能使连续油管达到预期的深度,连续油管在水平井段下入难这一问题也成为制约其发展的主要因素之一。
`[0004] 降低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
[0005] 本发明的目的是:为了克服上述难点,提高水平井与大位移井水平段的延伸钻进能力,特提出一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具,该工具可以降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力,提高水平段延伸钻进能力。
[0006] 为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具,其结构是由脉冲部件和振动部件组成;脉冲部件主要由上接头、动力部件、上防磨块、上固定套、下防磨块、下固定套、下阀体和下接头组成;上接头通过螺纹连接在动力部件上端,下接头通过螺纹连接在动力部件下端,下阀体靠螺纹连接在下接头上端内孔中,下防磨块安装在下阀体上端,靠下固定套与下阀体螺纹连接固定;振动部件主要由花键传动轴、花键扶正筒、上密封组、锁定螺母、碟簧、固定套筒、支撑壳体、活塞杆、活塞套、活塞螺帽、下密封组和脉冲短接组成;花键扶正筒、固定套筒、支撑壳体和脉冲短接从上至下依次靠螺纹连接,花键传动轴安装在花键扶正筒、固定套筒、支撑壳体和脉冲短接配合形成的孔内,花键传动轴与花键扶正筒靠花键配合,花键传动轴和花键扶正筒分别有4-12个花键和花键槽,锁定螺母靠螺纹与花键传动轴连接,碟簧安装在花键传动轴外壁与固定套筒内孔形成的间隙内,靠锁定螺母和支撑壳体端面定位,活塞杆靠螺纹与花键传动轴小端连接,活塞螺帽靠螺纹与活塞杆连接,活塞套安装在支撑壳体内孔和活塞杆外壁之间,靠支撑壳体内孔端面和脉冲短接螺纹端面定位;振动部件过螺纹连接在脉冲部件上端。
[0007] 动力部件由防掉总成、马达定子和马达转子组成,马达定子与马达转子头数比为1:2,马达转子下端有2〜4个水眼;上防磨块与马达转子下端面配合,靠上固定套与马达转子下端螺纹连接固定。
[0008] 上防磨块、上固定套、下防磨块、下固定套和下阀体组成阀部件。
[0009] 上密封组由防尘圈、2〜3组动密封圈和耐磨环组成,防尘圈、动密封圈和耐磨环均安装在花键传动轴外壁和花键扶正筒内孔之间;下密封组由4〜6组静密封圈、2〜3组动密封圈和耐磨环组成,静密封圈安装在活塞套外壁和支撑壳体内孔之间,动密封圈和耐磨环均安装在活塞杆外壁和活塞套内孔之间;上密封组和下密封组之间的间隙内注满润滑油。
[0010] 花键扶正筒和支撑壳体上均有用于注润滑油的顶丝。
[0011] 本发明具有的有益效果是:(1)该工具轴向振动能力强,可以有效降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力,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,工具的轴向脉冲可以降低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)轴向振动可以有效破坏水平段已形成的岩屑床,并能预防卡钻;(4)可以提高井深轨迹控制精度,同时提高轨迹的平滑性,有效的减少钻井工具面不稳定造成的钻井台阶。
附图说明
[0012] 图1是本发明一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具结构示意图;
[0013] 图2是本发明一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具的脉冲部件I的结构示意图;
[0014] 图3是本发明一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具的振动部件2的结构示意图;
[0015] 图4是由图1中横剖面A-A得到的花键传动轴和花键扶正筒的剖面示意图;
[0016] 图5是本发明一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具的阀部件工作过程中过流面积大小变化曲线示意图。
[0017] 图中:1.脉冲部件;2.振动部件;3.上接头;4.动力部件;5.防掉总成;6.马达定子马达转子;8.水眼;9.上防磨块;10.上固定套;11.下防磨块;12.下固定套;13.下阀体;14.下接头;15.花键传动轴;16.防尘圈;17.动密封圈;18.耐磨环;19.花键扶正筒;20.顶丝;21.锁定螺母;22.碟簧;23.固定套筒;24.支撑壳体;25.活塞杆;26.静密封圈;27.顶丝;28.动密封圈;29.耐磨环;30.活塞套;31.活塞螺帽;32.脉冲短接。具体实施方式
[0018] 如图1-图5所示,一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具,其结构是由脉冲部件I和振动部件2组成;脉冲部件I主要由上接头3、动力部件4、上防磨块9、上固定套10、下防磨块11、下固定套12、下阀体13和下接头14组成;上接头3通过螺纹连接在动力部件4上端,下接头14通过螺纹连接在动力部件4下端,下阀体13靠螺纹连接在下接头14上端内孔中,下防磨块11安装在下阀体13上端,靠下固定套12与下阀体13螺纹连接固定;振动部件2主要由花键传动轴15、花键扶正筒19、上密封组、锁定螺母21、碟簧22、固定套筒23、支撑壳体24、活塞杆25、活塞套30、活塞螺帽31、下密封组和脉冲短接32组成;花键扶正筒19、固定套筒23、支撑壳体24和脉冲短接32从上至下依次靠螺纹连接,花键传动轴15安装在花键扶正筒19、固定套筒23、支撑壳体24和脉冲短接32配合形成的孔内,花键传动轴15与花键扶正筒19靠花键配合,花键传动轴15和花键扶正筒19分别有4-12个花键和花键槽,锁定螺母21靠螺纹与花键传动轴15连接,碟簧22安装在花键传动轴15外壁与固定套筒23内孔形成的间隙内,靠锁定螺母21和支撑壳体24端面定位,活塞杆25靠螺纹与花键传动轴15小端连接,活塞螺帽31靠螺纹与活塞杆25连接,活塞套30安装在支撑壳体24内孔和活塞杆25外壁之间,靠支撑壳体24内孔端面和脉冲短接32螺纹端面定位;振动部件I通过螺纹连接在脉冲部件上端。
[0019] 动力部件4由防掉总成5、马达定子6和马达转子7组成,马达定子6与马达转子7头数比为1: 2,马达转子7下端有2〜4个水眼8 ;上防磨块9与马达转子7下端面配合,靠上固定套10与马达转子7下端螺纹连接固定。
[0020] 上防磨块9、上固定套10、下防磨块11、下固定套12和下阀体13组成阀部件。
[0021] 上密封组由防尘圈16、2〜3组动密封圈17和耐磨环18组成,防尘圈16、动密封圈17和耐磨环18均安装在花键传动轴15外壁和花键扶正筒19内孔之间;下密封组由4〜6组静密封圈26、2〜3组动密封圈28和耐磨环29组成,静密封圈26安装在活塞套30外壁和支撑壳体24内孔之间,动密封圈28和耐磨环29均安装在活塞杆25外壁和活塞套30内孔之间;上密封组和下密封组之间的间隙内注满润滑油。
[0022] 花键扶正筒19和支撑壳体24上分别有用于注润滑油的顶丝20和27。
[0023] 上防磨块9和下防磨块11相配合且始终紧贴,随着马达转子7的偏心转动,阀部件的过流面积大小周期性地变化,从而把流体的能量转化成一系列的压力脉冲刺激振动部件工作,振动部件的轴向运动破坏了钻柱与井壁之间的静摩擦,从而达到减少摩擦阻力以及延长水平段钻进能力的目的。
[0024] 该工具能够提高定向井、水平井和大位移井水平段的延伸钻进能力;如果将工具安放在近钻头附近,工具的轴向脉冲可以降低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;工具的轴向振动可以有效破坏水平段已形成的岩屑床,并能预防卡钻;而且该工具还可以提高井深轨迹控制精度,以及轨迹的平滑性,有效的减少钻井工具面不稳定造成的钻井台阶。

Claims (3)

1.一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具,是由脉冲部件(I)和振动部件(2)组成;脉冲部件(I)主要由上接头(3)、动力部件(4)、上防磨块(9)、上固定套(10)、下防磨块(11)、下固定套(12)、下阀体(13)和下接头(14)组成;上接头(3)通过螺纹连接在动力部件(4)上端,下接头(14)通过螺纹连接在动力部件(4)下端,所述动力部件(4)由防掉总成(5)、马达定子(6)和马达转子(7)组成,马达定子(6)与马达转子(7)头数比为1:2,马达转子(7)下端有2〜4个水眼(8);上防磨块(9)与马达转子(7)下端面配合,靠上固定套(10)与马达转子(7)下端螺纹连接固定;下阀体(13)靠螺纹连接在下接头(14)上端内孔中,下防磨块(11)安装在下阀体(13)上端,靠下固定套(12)与下阀体(13)螺纹连接固定;振动部件(2 )主要由花键传动轴(15)、花键扶正筒(19 )、上密封组、锁定螺母(21)、碟簧(22 )、固定套筒(23 )、支撑壳体(24)、活塞杆(25 )、活塞套(30 )、活塞螺帽(31)、下密封组和脉冲短接(32)组成;花键扶正筒(19)、固定套筒(23)、支撑壳体(24)和脉冲短接(32)从上至下依次靠螺纹连接,花键传动轴(15)安装在花键扶正筒(19)、固定套筒(23)、支撑壳体(24)和脉冲短接(32)配合形成的孔内,花键传动轴(15)与花键扶正筒(19)靠花键配合,锁定螺母(21)靠螺纹与花键传动轴(15)连接,碟簧(22)安装在花键传动轴(15)外壁与固定套筒(23)内孔形成的间隙内,靠锁定螺母(21)和支撑壳体(24)端面定位,活塞杆(25)靠螺纹与花键传动轴(15)小端连接,活塞螺帽(31)靠螺纹与活塞杆(25)连接,活塞套(30)安装在支撑壳体(24)内孔和活塞杆(25)外壁之间,靠支撑壳体(24)内孔端面和脉冲短接(32)螺纹端面定位;振动部件(2)通过螺纹连接在脉冲部件(I)上端。
2.根据权利要求1所述的一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具,其特征在于:上防磨块(9)、上固定套(10)、下防磨块(11)、下固定套(12)和下阀体(13)组成阀部件。
3.根据权利要求1所述的一种用于降低水平井段摩阻的防托压工具,其特征在于:所述上密封组由防尘圈(16)、2〜3组动密封圈(17)和耐磨环(18)组成,防尘圈(16)、动密封圈(17)和耐磨环(18)均安装在花键传动轴(15)外壁和花键扶正筒(19)内孔之间;下密封组由4〜6组静密封圈(26)、2〜3组动密封圈(28)和耐磨环(29)组成,静密封圈(26)安装在活塞套(30 )外壁和支撑壳体(24 )内孔之间,动密封圈(28 )和耐磨环(29 )均安装在活塞杆(25)外壁和活塞套(30)内孔之间。
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