CN102747974A - 一种水平井钻井震动器 - Google Patents

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郝荣明
苏山林
张国伟
王鑫
徐建飞
祝效华
石昌帅
童华
张鹏
任广兵
刘光磊
冯相尧
张中伟
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Abstract

本发明涉及一种水平井钻井震动器,包括壳体、活塞头、碟簧、上台肩、静套、滑动轴、阀壳体、弹簧,中心管、滑动阀体、喷嘴、水眼、第二流道、阀塞、第一流道、固定阀座所组成。壳体与静套采用螺纹连接,滑动轴安装在壳体与静套形成的中心孔内,静套和滑动轴靠花键配合,固定阀座通过螺纹固定在阀壳体内部,阀塞与固定阀座配合;当本发明阀塞上端水压力达到限定值时,阀塞与固定阀座分离,中心管向下压缩弹簧,钻井液流经第一流道,接着流经第二流道。当泵流量变化时,阀塞上端水压力也变化,弹簧压缩量改变,阀塞与固定阀座距离变化,第一流道过流面积也变化,引起脉冲压力,使滑动轴的上台肩压缩碟簧幅度变化,从而引起振动。

Description

一种水平井钻井震动器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种石油钻井水平井钻具,尤其是一种在定向井、水平井、大位移井钻进中用于提高水平段延伸钻进能力的水平井钻井震动器。
背景技术
[0002]目前,随着油田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。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,已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。连续油管技术在水平井、大位移井、等作业中具有较大的优势,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。全世界使用连续油管钻井7000余口,应用越来越广泛;随着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,因此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。减少水平段中钻柱或连续油管的前行摩擦阻力,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
[0003] 本发明的目的是提供一种水平井钻井震动器,克服现有技术的不足,提高水平井与大位移井的延伸钻进能力,该钻井震动器可以减少钻柱在水平段的摩擦阻力,提高水平段延伸钻进能力。
[0004] 本发明目的是这样实现的:一种水平井钻井震动器,包括壳体、活塞头、碟簧、上台肩、静套、滑动轴、阀壳体、弹簧,中心管、滑动阀体、喷嘴、水眼、第二流道、阀塞、第一流道、固定阀座所组成。壳体与静套靠螺纹连接,滑动轴安装在壳体与静套形成的中心孔内,静套和滑动轴靠花键配合,固定阀座通过螺纹固定在阀壳体内部,阀塞与固定阀座配合;当阀塞上端水压力达到限定值时,阀塞与固定阀座分离,中心管向下压缩弹簧,钻井液流经第一流道,接着流经第二流道,通过水眼流入阀塞与滑动阀体形成的容腔内,钻井液流经喷嘴产生压降,弹簧被压缩,阀塞与固定阀座分离;当泵流量变化时,阀塞上端水压力也变化,弹簧压缩量改变,阀塞与固定阀座距离变化,第一流道过流面积也变化,引起脉冲压力,使滑动轴的上台肩压缩碟簧幅度变化,从而引起振动。
[0005] 滑动轴上有上台肩,活塞头通过螺纹与滑动轴连接,垫块安置在壳体内孔的台肩上,垫块上有下台肩,碟簧由下台肩和上台肩定位。下密封圈安置在活塞头和壳体之间,上密封圈安置在滑动轴和静套之间,装置振动幅度由两个支撑端面的相对距离决定,两个支撑端面之间有滑动空腔。阀塞通过螺纹与阀壳体内部的中心管连接,阀塞上有2〜4个水目艮。中心管内安装有滑动阀体,中心管与阀壳体之间的环空间隙内安装有弹簧,弹簧下端靠挡圈定位。
[0006] 振荡部件的静套和滑动轴靠花键配合,并靠花键传递扭矩。振荡部件和阀部件靠壳体公螺纹和壳体母螺纹连接,固定阀座内部有第一流道,阀塞与固定阀座配合面为锥形。阀壳体与阀塞形成第二流道,且第二流道的过流面积大于第一流道的过流面积。
[0007] 本发明具有的有益效果是:该发明轴向振动能力强、结构简单,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,工具的轴向振荡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;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;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
[0008] 图I是本发明的结构示意图;
[0009] 图2是本发明的阀部件在停泵时的示意图;
[0010] 图3是本发明的振荡部件在停泵时的示意图;
[0011] 图4是本发明阀部件在正常工作时的示意图;
[0012] 图5是本发明的振荡部件在正常工作时的示意图;
[0013] 图6是由图3中横剖面A-A得到的静套和滑动轴配合的剖面示意图。
[0014] 图中:1为壳体、2为活塞头、3为S封圈、4为碟黃、5为支撑纟而面、6为塾块、7为上台肩、8为静套、9为滑动空腔、10为上密封圈、11为滑动轴、12为壳体公螺纹、13为阀壳体、14为挡圈、15为弹簧、16为中心管、17为滑动阀体、18为喷嘴、19为水眼、20为第二流道、21为阀塞、22为第一流道、23为固定阀座、24为壳体母螺纹、25为下台肩。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步说明,如图I-图6所示;一种水平井钻井震动器,其结构是由振荡部件和阀部件组成;振荡部件主要由壳体(I)、活塞头(2)、下密封圈(3)、碟簧⑷、支撑端面(5)、垫块(6)、上台肩(7)、静套⑶、滑动空腔(9)、上密封圈(10)、滑动轴(11)、壳体公螺纹(12)和下台肩(25)组成。阀部件主要由阀壳体(13)、挡圈(14)、弹簧(15)、中心管(16)、滑动阀体(17)、喷嘴(18)、水眼(19)、第二流道(20)、阀塞(21)、第一流道(22)、固定阀座(23)和壳体母螺纹(24)组成。振荡部件的壳体(I)与静套(8)靠螺纹连接,滑动轴(11)安装在壳体(I)与静套(8)形成的中心孔内,滑动轴(11)上有上台肩(7),活塞头⑵通过螺纹与滑动轴(11)连接,垫块(6)安置在壳体⑴内孔的台肩上,垫块(6)上有下台肩(25),碟簧⑷由下台肩(25)和上台肩(7)定位,下密封圈(3)安置在活塞头(2)和壳体(I)之间,上密封圈(10)安置在滑动轴(11)和静套(8)之间,装置振动幅度由两个支撑端面(5)的相对距离决定,两个支撑端面(5)之间有滑动空腔(9);阀部件的固定阀座(23)通过螺纹固定在阀壳体(13)内部,阀塞(21)与固定阀座(23)配合,阀塞(21)上有2〜4个水眼(19),阀塞(21)通过螺纹与阀壳体(13)内部的中心管(16)连接,中心管(16)内安装有滑动阀体(17),中心管(16)与阀壳体(13)之间的环空间隙内安装有弹簧(15),弹簧(15)下端靠挡圈(14)定位;振荡部件和阀部件靠壳体公螺纹(12)和壳体母螺纹(24)连接。[0016] 振荡部件的静套(8)和滑动轴(11)靠花键配合,并靠花键传递扭矩。固定阀座
(23)内部有第一流道(22),阀塞(21)与固定阀座(23)配合面为锥形,可以有效减小冲蚀;阀壳体(13)与阀塞(21)形成第二流道(20),且第二流道(20)过流面积大于第一流道(22)的过流面积,以便于第二次压降的产生。
[0017] 当本发明的阀塞(21)上端水压力达到限定值时,阀塞(21)与固定阀座(23)分离,中心管(16)向下压缩弹簧(15),钻井液流经第一流道(22),产生压降,接着流经第二流道(20),通过水眼(19)流入阀塞(21)与滑动阀体(17)形成的容腔内,然后钻井液流经喷嘴(18),又产生压降,弹簧(15)进一步被压缩,阀塞(21)与固定阀座(23)保持分离;现场常用泥浆泵为往复式多缸泵,泵输出排量随时间波动,当泵流量变化时,阀塞(21)上端水压力也变化,弹簧(15)压缩量改变,阀塞(21)与固定阀座(23)距离变化,第一流道(22)过流面积也变化,产生的压力降也发生变化,引起脉冲压力,使滑动轴(11)的上台肩压缩碟簧(4)幅度变化,从而引起振动。本发明提高了定向井、水平井和大位移井水平段的延伸 钻进能力;如果将振动器安放在近钻头附近,振动器的轴向振荡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;轴向振荡还可以有效破坏水平段已形成的岩屑床,并能预防卡钻;本发明还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。

Claims (8)

1. 一种水平井钻井震动器,包括壳体(I)、活塞头(2)、碟簧(4)、上台肩(7)、静套(8)、滑动轴(11)、阀壳体(13)、弹簧(15),中心管(16)、滑动阀体(17)、喷嘴(18)、水眼(19)、第二流道(20)、阀塞(21)、第一流道(22)、固定阀座(23)所组成,其特征在于壳体(I)与静套(8)靠螺纹连接,滑动轴(11)安装在壳体(I)与静套(8)形成的中心孔内,静套(8)和滑动轴(11)靠花键配合,固定阀座(23)通过螺纹固定在阀壳体(13)内部,阀塞(21)与固定阀座(23)配合;当阀塞(21)上端水压力达到限定值时,阀塞(21)与固定阀座(23)分离,中心管(16)向下压缩弹簧(15),钻井液流经第一流道(22),接着流经第二流道(20),通过水眼(19)流入阀塞(21)与滑动阀体(17)形成的容腔内,钻井液流经喷嘴(18)产生压降,弹簧(15)被压缩,阀塞(21)与固定阀座(23)分离;当泵流量变化时,阀塞(21)上端水压力也变化,弹簧(15)压缩量改变,阀塞(21)与固定阀座(23)距离变化,第一流道(22)过流面积也变化,引起脉冲压力,使滑动轴(11)的上台肩(7)压缩碟簧(4)幅度变化,从而引起振动。
2.根据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于滑动轴(11)上有上台肩(7),活塞头⑵通过螺纹与滑动轴(11)连接,垫块(6)安置在壳体⑴内孔的台肩上, 垫块(6)上有下台肩(25),碟簧(4)由下台肩(25)和上台肩(7)定位。
3.根据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于下密封圈(3)安置在活塞头(2)和壳体(I)之间,上密封圈(10)安置在滑动轴(11)和静套(8)之间,装置振动幅度由两个支撑端面(5)的相对距离决定,两个支撑端面(5)之间有滑动空腔(9)。
4.根据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于阀塞(21)通过螺纹与阀壳体(13)内部的中心管(16)连接,阀塞(21)上有2〜4个水眼(19)。
5.根据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于中心管(16)内安装有滑动阀体(17),中心管(16)与阀壳体(13)之间的环空间隙内安装有弹簧(15),弹簧(15)下端靠挡圈(14)定位。
6.根据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于振荡部件和阀部件靠壳体公螺纹(12)和壳体母螺纹(24)连接。
7.据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于固定阀座(23)内部有第一流道(22),阀塞(21)与固定阀座(23)配合面为锥形。
8.根据权利要求I所述的一种水平井钻井震动器,其特征在于阀壳体(13)与阀塞(21)形成第二流道(20),且第二流道(20)的过流面积大于第一流道(22)的过流面积。
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