CN103615211A - 石油钻井用钻杆高频振动降阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是石油钻井用钻杆高频振动降阻装置，它包括振动单元、振动短节、驱动短节、涡轮、平衡鼓、上阀盘、下阀盘，振动单元通过花键安装在振动短节中，且振动单元的一端抵在振动短节上，另一端从振动短节中伸出，碟形弹簧安装在振动单元与振动短节之间的环形腔室内；振动短节连接驱动短节，涡轮通过其外筒与驱动短节固定连接，下阀盘固定在驱动短节内，上阀盘座在下阀盘上，涡轮的转子套置于上阀盘外并被平衡鼓与上阀盘共同约束，平衡鼓卡座在上阀盘上；振动单元、驱动短节、上阀盘、下阀盘通过各自的通孔共同构成用于钻井液流通的通道。本发明降摩阻、防拖压、防卡效果显著，解决钻井过程中出现的摩阻、扭矩增大和拖压现象，从而减少非作业时间提高钻井速度。

Description

石油钻井用钻杆高频振动降阻装置

 

一、     技术领域：

本发明涉及的是石油天然气钻井过程中使用的防止发生卡钻事故的工具，具体涉及的是石油钻井用钻杆高频振动降阻装置。

二、背景技术：  

目前，随着石油和天然气开采难度的增加，对钻井技术的要求越来越高，钻井设计水平井、大位移井等复杂井形的数量逐渐增加，这些类型井的显著特点是井眼深度大，井眼轨迹复杂，岩屑易沉积，导致钻进过程中，钻柱摩阻和扭矩大幅增加，钻压不能平稳送至井底即发生拖压现象，严重时发生卡钻事故，大幅度降低了钻井速度，增加了钻井成本，影响建井周期。针对以上情况，国内外研究人员开发了减小摩阻或降低拖压程度的钻柱振动工具，并取得了一定的效果，但仍存在一些突出的问题。如工具结构复杂、对钻井液性能要求高、使用寿命短、振动频率低等，这些问题严重制约现场应用和推广。

三、发明内容：

本发明的目的是提供石油钻井用钻杆高频振动降阻装置，它用于解决现有的钻柱振动工具结构复杂，使用寿命短的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种石油钻井用钻杆高频振动降阻装置包括振动单元、振动短节、驱动短节、涡轮、平衡鼓、上阀盘、下阀盘，振动单元通过花键安装在振动短节中，且振动单元的一端抵在振动短节上，另一端从振动短节中伸出，碟形弹簧安装在振动单元与振动短节之间的环形腔室内；振动短节连接驱动短节，涡轮通过其外筒与驱动短节固定连接，下阀盘固定在驱动短节内，上阀盘座在下阀盘上，涡轮的转子套置于上阀盘外并被平衡鼓与上阀盘共同约束，平衡鼓卡座在上阀盘上；振动单元具有中心通孔，上阀盘和下阀盘也具有通孔，振动单元、驱动短节、上阀盘、下阀盘通过各自的通孔共同构成用于钻井液流通的通道。

上述方案中安装碟形弹簧的环形腔室的顶部安装有密封圈。

上述方案中平衡鼓为中间粗，两头细的柱状物，上阀盘上端有中心槽，平衡鼓下端插入到上阀盘的中心槽内，并卡座在上阀盘上，平衡鼓上端伸入到固定帽的中心槽内，固定帽与驱动短节固定连接。

有益效果：

1、本发明工作时，钻井液依次流经振动短节和驱动短节，驱动短节中的涡轮转子在钻井液冲击下发生旋转，带动上阀盘转动，上阀盘的转动造成钻井液过流通道发生规律性变化，从而产生波动压力，波动压力传递到振动短节，导致振动单元的纵向移动，在碟形弹簧和波动压力共同作用下，振动单元产生规律性的往复运动，这个工作过程使钻柱产生高频的纵向振动，所产生的振动频率高、振幅小，不影响正常钻进，降摩阻、防拖压、防卡效果显著，解决钻井过程中出现的摩阻、扭矩增大和拖压现象，从而减少非作业时间提高钻井速度。

2、本发明结构简单、使用方便，直接与钻具相连，使用时不需要特殊处理，不增加非生产时间。

3、本发明全部使用钢结构部件，强度高，能适应井下复杂环境，使用寿命长。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中上阀盘的横截面图；

图3是本发明中下阀盘的横截面图；

图4是本发明中花键的横截面图；

图5是本发明阀盘处产生的压力波动图。

1振动单元  2振动短节  3驱动短节  4平衡鼓   5上阀盘   6下阀盘   7转子   8定子  9涡轮外筒   10碟形弹簧   11密封圈   12花键   13固定帽。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种石油钻井用钻杆高频振动降阻装置包括振动单元1、振动短节2、驱动短节3、涡轮、平衡鼓4、上阀盘5、下阀盘6，振动单元1通过花键12安装在振动短节2中，且振动单元1的一端抵在振动短节2上，另一端从振动短节2中伸出，振动单元1可随着振动短节2的旋转发生转动。碟形弹簧10安装在振动单元1与振动短节2之间的环形腔室内，碟形弹簧10随着振动单元的往复移动而发生形变；环形腔室的顶部安装有密封圈11，用于振动短节2与振动单元1之间的密封。驱动短节3产生波动压力，振动短节2接受波动压力产生纵向振动。

振动短节2连接驱动短节3，驱动短节3连接钻杆，涡轮通过涡轮外筒9与驱动短节3固定连接，下阀盘6固定在驱动短节3内，上阀盘5座在下阀盘6上，涡轮的转子7套置于上阀盘5外并被平衡鼓4与上阀盘5共同约束，上阀盘5随转子7转动。涡轮包括定子8和转子7，定子8固定在驱动短节内壁，转子7通过平衡鼓4居于驱动短节3内的中心位置。

平衡鼓4为中间粗，两头细的柱状物，上阀盘5上端有中心槽，平衡鼓4下端插入到上阀盘5的中心槽内，并卡座在上阀盘5上，平衡鼓4上端伸入到固定帽13的中心槽内，固定帽13与驱动短节3固定连接。

振动单元1具有中心通孔，如图2所示，上阀盘5分布一个弧形通孔，供钻井液流通，如图3所示，下阀盘6分布多个通孔，供钻井液流通。振动单元1、驱动短节3、上阀盘5、下阀盘6通过各自的通孔共同构成贯通的孔道，用于钻井液流通。

本发明正常工作时两端与钻具相连接，振动短节2与驱动短节3相连，振动单元1发生规律的往复运动带动钻具发生纵向振动。

钻井液流经内部各通孔，带动涡轮转子7发生高速旋转，上阀盘5因为与转子7连接也发生高速旋转。下阀盘6固定在驱动短节3上，下阀盘6与上阀盘5有对应的通孔，随着上阀盘5的旋转，造成钻井液过流通道面积的变化，从而产生按规律变化的压力波。压力波向上传播至振动短节2，振动单元1在振动短节2内向上纵向滑动，压缩碟形弹簧10，碟形弹簧10位于振动单元1与壳体2环空之间。当压力波减弱时，碟形弹簧10恢复形变，迫使振动单元1向下滑动。这样就产生了钻具的往复振动，防止卡钻、拖压等现象的发生。

在上阀盘5旋转过程中，钻井液流通通道面积为2个圆形通孔面积或3个圆形通孔面积，并且按照一定频率变换，从而产生钻井液压力波动，阀盘处产生的压力波动如图5。

Claims (3)

1.一种石油钻井用钻杆高频振动降阻装置，其特征在于：这种石油钻井用钻杆高频振动降阻装置包括振动单元（1）、振动短节（2）、驱动短节（3）、涡轮、平衡鼓（4）、上阀盘（5）、下阀盘（6），振动单元（1）通过花键（12）安装在振动短节（2）中，且振动单元（1）的一端抵在振动短节（2）上，另一端从振动短节（2）中伸出，碟形弹簧（10）安装在振动单元（1）与振动短节（2）之间的环形腔室内；振动短节（2）连接驱动短节（3），涡轮通过其外筒与驱动短节（3）固定连接，下阀盘（6）固定在驱动短节（3）内，上阀盘（5）座在下阀盘（6）上，涡轮的转子（7）套置于上阀盘（5）外并被平衡鼓（4）与上阀盘（5）共同约束，平衡鼓（4）卡座在上阀盘（5）上；振动单元（1）具有中心通孔，上阀盘（5）和下阀盘（6）也具有通孔，振动单元（1）、驱动短节（3）、上阀盘（5）、下阀盘（6）通过各自的通孔共同构成用于钻井液流通的通道。

2.根据权利要求1所述的石油钻井用钻杆高频振动降阻装置，其特征在于：所述的安装碟形弹簧（10）的环形腔室的顶部安装有密封圈（11）。

3.根据权利要求1所述的石油钻井用钻杆高频振动降阻装置，其特征在于：所述的平衡鼓（4）为中间粗，两头细的柱状物，上阀盘（5）上端有中心槽，平衡鼓（4）下端插入到上阀盘（5）的中心槽内，并卡座在上阀盘（5）上，平衡鼓（4）上端伸入到固定帽（13）的中心槽内，固定帽（13）与驱动短节（3）固定连接。

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