CN103382828A

CN103382828A - 石油钻井用二维水力振动器

Info

Publication number: CN103382828A
Application number: CN2012101358522A
Authority: CN
Inventors: 易先中; 高德利; 张军锋
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-05-04
Also published as: CN103382828B

Abstract

本发明涉及一种石油钻井用二维水力振动器，属石油钻井工具设计技术领域，由流量控制阀、过滤接头、螺杆马达动力接头、液力脉冲发生器等组成；流量控制阀用来调节流入振动器的泥浆的流量以及速度；过滤接头用来过滤较粗的泥浆成分；进入振动器的泥浆在螺杆马达动力接头里面形成一定的压差，推动螺杆马达里面的转子结构旋转，同时转子在橡胶定子里偏心振动；液力脉冲发生器通过PDC推力轴承静环和动环之间的过流面积循环的变化，从而产生圆周方向上的振动。本发明的石油钻井用二维水力振动器在圆周方向上产生的二维振动，能够有效克服大位移井和水平井钻柱与井壁之间的摩擦阻力、降低钻柱与井壁之间的扭矩，避免卡钻事故的发生，具有大幅度提高钻井效率，降低钻井成本的特点。

Description

石油钻井用二维水力振动器

技术领域：

本发明涉及一种石油钻井用二维水力振动器，属石油钻井工具设计技术领域。

背景技术：

在石油钻井的过程中，特别是在大位移井和水平井的钻井过程中，管柱的摩擦阻力是需要解决的核心问题，它直接决定和影响大位移井和水平井的最大延伸。

通常情况下，大位移井和水平井的位移与垂深之比大于或者等于2，其井斜角的下限值必超过63°，并且由于一般大位移井都有一个垂直段，则其最大井斜角一般在70°以上；大位移井的斜深多达几千米，对于水平井，井眼轨迹近似达到水平，井眼通常继续在油层里延伸油层厚度的六倍。在这样的情况下，大位移井和水平井钻柱的自重绝大部分将压向井壁，钻柱和井壁之间将产生很大的摩擦力，从而导致钻柱滑动困难，使钻柱承受较大扭矩，使钻进速度缓慢，还有可能发生卡钻事故。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石油钻井用二维水力振动器，能够有效克服大位移井和水平井钻柱与井壁之间的摩擦阻力、降低钻柱与井壁之间的扭矩，避免卡钻事故的发生，具有大幅度提高钻井效率，降低钻井成本的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

在石油钻井用二维水力振动器的结构中，设置有流量控制阀、过滤接头、螺杆马达动力接头、液力脉冲发生器；所述的流量控制阀由阀体、阀芯、阀座、弹簧组成；阀芯、阀座、弹簧安装在阀体内；阀芯安装在弹簧的上方，弹簧的下端安装在阀座上，阀座固定安装在阀体的内壁上；阀芯能在阀体内轴向移动；阀体的上端与钻柱通过螺纹相连接；阀体的下端与过滤接头外壳的上端通过螺纹相连接；在阀体上相对于阀芯与阀座结合处的位置开有旁通阀孔；所述的过滤接头由过滤筛、防掉连杆、过滤接头外壳组成；过滤接头外壳的上端与阀体的下端通过螺纹相连接；过滤接头外壳的下端与螺杆马达外壳的上端通过螺纹相连接；过滤筛、防掉连杆安装在过滤接头外壳内；过滤筛安装在防掉连杆的上方；在防掉连杆的上端面上开有圆孔用来增加泥浆流入的流量；在过滤筛上开有过滤孔能够将泥浆中比较大的固体颗粒过滤掉；所述的螺杆马达动力接头由螺杆马达外壳、橡胶定子、转子组成；螺杆马达外壳的上端与过滤接头外壳的下端通过螺纹相连接；螺杆马达外壳的下端与发生器外壳的上端通过螺纹相连接；橡胶定子、转子安装在螺杆马达外壳内；橡胶定子固定安装在螺杆马达外壳的内壁上；转子安装在橡胶定子中；转子的上端和防掉连杆的下端通过螺纹相连接；所述的液力脉冲发生器由发生器外壳、连接器、PDC轴承动环、PDC轴承静环、固定接头组成；发生器外壳的上端与螺杆马达外壳的下端通过螺纹相连接；连接器、PDC轴承动环、PDC轴承静环、固定接头安装在发生器外壳内；连接器的上端与转子的下端通过螺纹相连接；连接器的下端与PDC轴承动环通过螺纹相连接；固定接头的上端与PDC轴承静环通过螺纹相连接；固定接头的下端与发生器外壳通过螺纹相连接；在PDC轴承静环的园周边开有过流孔；转子的旋转和偏心振动时，其运动通过连接器直接传递到PDC轴承动环上，从而使流经PDC轴承静环上的过流孔的泥浆过流面积产生循环的变化。

本发明与现有的技术相比，可灵活控制泥浆的流量和速度，过滤掉泥浆中较大的固体颗粒，通过螺杆马达动力接头产生圆周方向的偏心振动力，使液力脉冲发生器的过流面积的变化来产生钻柱沿圆周方向上的脉动，从而有效克服大位移井和水平井钻柱与井壁之间的摩擦阻力，降低钻柱与井壁之间的扭矩，避免卡钻事故的发生，具有大幅度提高钻井效率，降低钻井成本的特点。

附图说明:

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的连接器部分开有过流通道的结构示意图。

在图中:1．阀体、2．阀芯、3．弹簧、4．阀座、5．过滤筛、6．防掉连杆、7．过滤接头外壳、8．螺杆马达外壳、9．橡胶定子、10．转子、11．连接器、12．发生器外壳、13．PDC轴承动环、14．PDC轴承静环、15．固定接头、16．旁通阀孔。

具体实施方式：

本发明石油钻井用二维水力振动器由流量控制阀、过滤接头、螺杆马达动力接头、液力脉冲发生器组成；所述的流量控制阀由阀体1、阀芯2、阀座4、弹簧3组成；阀芯2、阀座4、弹簧3安装在阀体1内；阀芯2安装在弹簧3的上方，弹簧3的下端安装在阀座4上，阀座4固定安装在阀体1的内壁上；在流入的泥浆和弹簧力的作用下，阀芯2能在阀体1内轴向移动，用来调节泥浆的流入速度和流入总量；阀体1的上端与钻柱通过螺纹相连接；阀体1的下端与过滤接头外壳7的上端通过螺纹相连接；在阀体1上相对于阀芯2与阀座4结合处的位置开有旁通阀孔16；当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯2下移，流量控制阀被关闭，即旁通阀孔16被关闭，此时的泥浆全部由阀体1向下流经阀座4；当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧3的弹力和静摩擦力时，弹簧3把阀芯2向上顶起，流量控制阀被打开，即旁通阀孔16处于开启位置，此时的部分泥浆可以从阀体1和井壁之间的环形空间进入旁通阀孔16，然后向下流经阀座4；另一部分泥浆从阀体1的轴向正常向下流经阀座4；所述的过滤接头由过滤筛5、防掉连杆6、过滤接头外壳7组成；过滤接头外壳7的上端与阀体1的下端通过螺纹相连接；过滤接头外壳7的下端与螺杆马达外壳8的上端通过螺纹相连接；过滤筛5、防掉连杆6安装在过滤接头外壳7内；过滤筛5安装在防掉连杆6的上方；在防掉连杆6的上端面上开有圆孔用来增加泥浆流入的流量；在过滤筛5上开有过滤孔能够将泥浆中比较大的固体颗粒过滤掉；所述的螺杆马达动力接头由螺杆马达外壳8、橡胶定子9、转子10组成；螺杆马达外壳8的上端与过滤接头外壳7的下端通过螺纹相连接；螺杆马达外壳8的下端与发生器外壳12的上端通过螺纹相连接；橡胶定子9、转子10安装在螺杆马达外壳8内；橡胶定子9固定安装在螺杆马达外壳8的内壁上；转子10安装在橡胶定子9中；转子10的上端和防掉连杆6的下端通过螺纹相连接；能够有效的阻止转子10在轴向方向上的滑脱；橡胶定子9的内表面、转子10的外表面具有特殊的螺旋线结构；转子10采用单头结构，并且转子10和橡胶定子9之间形成密封腔结构；泥浆流入时，密封腔结构沿轴向方向具有一定的压力梯度，梯度性的压力推动转子10旋转，并且形成一种偏心振动；转子10在橡胶定子9内作偏心转动；所述的液力脉冲发生器由发生器外壳12、连接器11、PDC轴承动环13、PDC轴承静环14、固定接头15组成；发生器外壳12的上端与螺杆马达外壳8的下端通过螺纹相连接；发生器外壳12的下端与下面的钻柱通过螺纹相连接；连接器11、PDC轴承动环13、PDC轴承静环14、固定接头15安装在发生器外壳12内；连接器11的上端与转子10的下端通过螺纹相连接；连接器11的下端与PDC轴承动环13通过螺纹相连接；固定接头15的上端与PDC轴承静环14通过螺纹相连接；固定接头15的下端与发生器外壳12通过螺纹相连接；在PDC轴承静环14的园周边开有过流孔；转子10的旋转和偏心振动时，其运动通过连接器11直接传递到PDC轴承动环13上，从而使流经PDC轴承静环14上的过流孔的泥浆过流面积产生循环的变化。

在连接器11上开有过流通道，与其相对应，在PDC轴承动环13和PDC轴承静环14的中心也开有过流孔；当转子10的旋转和偏心振动时，其运动通过连接器11直接传递到PDC轴承动环13上，此时的泥浆从连接器11上的过流通道、PDC轴承动环13中心处的过流孔和PDC轴承静环14中心处的过流孔中通过；使得流经PDC轴承静环14上的过流孔的泥浆过流面积产生循环的变化。

本发明的石油钻井用二维水力振动器由流量控制阀、过滤接头、螺杆马达动力接头、液力脉冲发生器组成；流量控制阀用来调节流入振动器的泥浆的流量以及速度；过滤接头用来过滤较粗的泥浆成分；进入振动器的泥浆在螺杆马达动力接头里面形成一定的压差，推动螺杆马达里面的转子结构旋转，同时转子在橡胶定子里偏心振动；液力脉冲发生器通过PDC推力轴承静环和动环之间的过流面积循环的变化，从而产生圆周方向上的振动。

本发明的石油钻井用二维水力振动器在圆周方向上产生的二维振动能够提高大位移井和水平井的钻柱在下放过程中钻柱克服井壁对钻柱的阻力的能力；减少由于钻柱压力与底层压力之差较大造成的钻柱向井壁推靠以及卡钻等井下事故的发生，降低钻柱所受到的地层作用的扭矩。

Claims

1.石油钻井用二维水力振动器，由流量控制阀、过滤接头、螺杆马达动力接头、液力脉冲发生器组成；其特征在于所述的流量控制阀由阀体（1）、阀芯（2）、阀座（4）、弹簧（3）组成；阀芯（2）、阀座（4）、弹簧（3）安装在阀体（1）内；阀芯（2）安装在弹簧（3）的上方，弹簧（3）的下端安装在阀座（4）上，阀座（4）固定安装在阀体（1）的内壁上；阀芯（2）能在阀体（1）内轴向移动；阀体（1）的下端与过滤接头外壳（7）的上端通过螺纹相连接；所述的过滤接头由过滤筛（5）、防掉连杆（6）、过滤接头外壳（7）组成；过滤接头外壳（7）的上端与阀体（1）的下端通过螺纹相连接；过滤接头外壳（7）的下端与螺杆马达外壳（8）的上端通过螺纹相连接；过滤筛（5）、防掉连杆（6）安装在过滤接头外壳（7）内；过滤筛（5）安装在防掉连杆（6）的上方；所述的螺杆马达动力接头由螺杆马达外壳（8）、橡胶定子（9）、转子（10）组成；螺杆马达外壳（8）的上端与过滤接头外壳（7）的下端通过螺纹相连接；螺杆马达外壳（8）的下端与发生器外壳（12）的上端通过螺纹相连接；橡胶定子（9）、转子（10）安装在螺杆马达外壳（8）内；橡胶定子（9）固定安装在螺杆马达外壳（8）的内壁上；转子（10）安装在橡胶定子（9）中；转子（10）的上端和防掉连杆（6）的下端通过螺纹相连接；所述的液力脉冲发生器由发生器外壳（12）、连接器（11）、PDC轴承动环（13）、PDC轴承静环（14）、固定接头（15）组成；发生器外壳（12）的上端与螺杆马达外壳（8）的下端通过螺纹相连接；连接器（11）、PDC轴承动环（13）、PDC轴承静环（14）、固定接头（15）安装在发生器外壳（12）内；连接器（11）的上端与转子（10）的下端通过螺纹相连接；连接器（11）的下端与PDC轴承动环（13）通过螺纹相连接；固定接头（15）的上端与PDC轴承静环（14）通过螺纹相连接；固定接头（15）的下端与发生器外壳（12）通过螺纹相连接；在PDC轴承静环（14）的园周边开有过流孔。

2.根据权利要求1所述的石油钻井用二维水力振动器，其特征在于在阀体（1）上相对于阀芯（2）与阀座（4）结合处的位置开有旁通阀孔（16）。

3.根据权利要求2所述的石油钻井用二维水力振动器，其特征在于在防掉连杆（6）的上端面上开有圆孔用来增加泥浆流入的流量；在过滤筛（5）上开有过滤孔能够将泥浆中比较大的固体颗粒过滤掉。

4.根据权利要求3所述的石油钻井用二维水力振动器，其特征在于在连接器（11）上开有过流通道，与其相对应，在PDC轴承动环（13）和PDC轴承静环（14）的中心开有过流孔。