CN103697107A - 一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具主要由振荡短节、容积马达和盘阀短节三部分构成。花键心轴通过矩形花键与花键体连接，限位接头和承压活塞位于调节环下方并与花键心轴固联，下筒体上设有呼吸孔。盘阀短节包括联轴器、上盘阀和下盘阀，上盘阀和下盘阀上都设有偏心圆孔并且紧密贴合。工作过程中钻井液通过容积马达，驱动盘阀引起排量波动，排量波动向上反馈到振荡短节承压活塞面上，产生压力变化作用在花键心轴上，花键心轴伸长后在碟簧反作用下复位。振荡作用到上部钻具，用于减除井壁摩阻。本发明的应用使得钻井作业更加快速高效。

Description

一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具

技术领域

本发明涉及一种用于石油、天然气大位移水平井钻井作业过程中用到的马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具。

背景技术

石油、天然气钻探过程中大位移井钻井会产生钻遇多夹层、钻压传递不佳、机械钻速太低、钻柱发生弯曲和屈曲、扭矩波动、工具面控制不佳、严重弯曲井眼等问题，导致钻柱摩阻过大，钻压下传困难，马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具可以作为解决上述问题的手段，克服以上问题即通过变静摩擦为动摩擦降低摩擦力实现钻压的准确传递。检索“轴向减阻振荡工具”关键词，无符合条件的公开专利存在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大位移井钻井过程中通过自身产生的纵向振动来减少井下钻具组合与井眼之间摩阻的马达驱动式的钻柱轴向振荡减阻工具，使钻压准确有效的传递到钻头上，可以应用在所有泥浆钻井工艺中，特别是在有螺杆的定向钻进过程中应用来改善钻压的传递，减少扭转振动。马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具可以突破大位移井的钻进深度的限制，使大位移井的靶点更远，用最简单有效的方式加强动力钻具各方面的性能。

本发明的技术方案是：一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，主要由振荡短节、容积马达和盘阀短节三部分依次串联构成，所述的振荡短节包括中空的花键心轴、花健体、中筒体和下筒体；花健体、中筒体和下筒体轴向依次连接后套装在花键心轴的外围，其形成的环形空间通过花键心轴和中筒体之间的密封接头分为上部的润滑腔和下部的弹簧腔；弹簧腔内自上而下装有碟簧和调节环；限位接头和承压活塞位于调节环下方并与花键心轴固联，同时与下筒体形成滑动配合；下筒体上设有与弹簧腔连通的呼吸孔；所述的盘阀短节包括与容积马达转子连接的上盘阀接头内的上盘阀和固定在下盘阀接头上的下盘阀，上盘阀和下盘阀紧密贴合并且截面上都设有偏心圆孔。

容积马达转子连接的上盘阀的连接方式为：容积马达通过联轴器与上盘阀阀杆连接，其中联轴器与上盘阀阀杆的连接采用平键连接。上盘阀阀杆上部插入联轴器内腔，联轴器内腔装有弹簧，联轴器下方设有锁紧帽；上盘阀和下盘阀均为耐磨材料。振荡短节、容积马达和盘阀短节三部分通过螺纹接头依次串联；下筒体通过固联的下接头与容积马达连接。下筒体上的呼吸孔装有过滤丝堵；承压活塞与下筒体之间装有活塞锁紧环、V形密封圈、挡环。

本发明的钻柱轴向振荡减阻工具的工作原理是：花键心轴上部设有缩径，花键心轴中部轴向上有碟簧加载，碟簧位于密封接头与承压活塞之间，花键心轴与中筒体构成弹簧腔，当下部盘阀排量变化作用在花键心轴下部的承压活塞面上，产生压力作用在工具心轴上，花键心轴相对花键体上移，花键心轴突出花键体的部分伸长，压力消失，碟簧使心轴返回初始位置；在中筒体上设有呼吸孔，使钻具内外形成压力差，呼吸孔上设有过滤丝堵。容积马达主要包括防掉总成、定子、转子，防掉总成与转子相连，转子下端连接筒上盘阀相连的联轴器，采用2:1容积式马达，确保盘阀产生排量及压力波动频率与MWD等井下测量工具频率不互相干扰。盘阀短节主要包括联轴器、联轴器通过平键连接的上盘阀、下盘阀以及上盘阀外接头及下盘阀外接头，马达转子通过联轴器、键与上盘阀相连，上盘阀上有偏心圆孔，上盘阀为动盘阀，处于旋转扫略运动状态，下盘阀上为偏心椭圆孔，下盘阀为定盘阀，固定在下盘阀外接头内部，上盘阀阀杆上部插入联轴器，联轴器内腔弹簧压紧上盘阀阀杆。上下盘阀为耐磨材料，并且二者紧密配合。

振荡短节心轴伸长复位即心轴振荡，可通过碟簧对合、叠合数目配合调节环调整，使心轴产生振荡幅度可调，产生微小幅度振荡，避免因振荡幅度过大损害仪器。振荡短节花健体注油孔通过注油泵注入润滑油，花键腔内充满润滑油，确保内外花键以及花健体及花键心轴缩颈润滑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少井下钻具组合与井眼之间的摩阻，这就意味着马达驱动式的钻柱轴向振荡减阻工具可以应用在所有的钻进模式中，随着当前的井眼越来越不规则，大位移井钻进模式必须面临更大的挑战，马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具通过简单有效的方式，可以配合所有公司的MWD系统使用，在大位移井钻进过程中，通过有效的提高机械钻速，减少牙轮钻头钻具的起下钻次数，降低钻具组合粘卡机率，使大位移井钻进更加容易和有效。

附图说明

图1为本发明的钻柱轴向振荡减阻工具上半部分结构示意图。

图2为本发明的钻柱轴向振荡减阻工具下半部分结构示意图。

图3为图1沿A_A面的剖视图。

图4为图2沿B-B面的剖视图。

其中：1 花键心轴，2 防尘圈，3 花键体，4 中筒体，5 非标油堵，6 Y形密封圈，7 密封接头，8 碟簧，9 调节环，10 下筒体，11 过滤丝堵，12 限位接头，13 活塞锁紧环，14 V形密封圈，15 挡环，16 承压活塞，17 下接头，18 容积马达，19 上盘阀接头，20 联轴器，21 弹簧，22 平键，23 上盘阀阀杆，24 锁紧帽，25 上盘阀，26 下盘阀，27 下盘阀接头。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步详细描述：

参见附图1和图2，马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具主要由振荡短节、容积马达和盘阀短节三部分构成。振荡短节包括花键心轴1、花健体3、中筒体4、下筒体10和下接头17，花健体3、中筒体4和下筒体10通过螺纹依次连接，并整体套在花键心轴1的外围，花键心轴1上端螺纹接头伸出花键体3。参见附图3，花键心轴1通过矩形花键与花键体3连接，花键心轴1与花键体3之间安装有防尘圈2。花键心轴1、花健体3和密封接头7形成花键腔，通过注油泵由花健体3注油孔注入润滑油，花键腔内充满润滑油。花键心轴1与中筒体4装有Y形密封圈6，密封接头7固定在花键心轴1上，非标油堵5安装在花健体3的注油孔上。碟簧8套在花键心轴1中部，调节环9位于碟簧8下方并套在花键心轴1上，调节环9下方设有限位接头12和承压活塞16。花键心轴1、限位接头12和承压活塞16通过螺纹依次连接并且与泥浆流道贯通。承压活塞16上装有活塞锁紧环13、V形密封圈14和挡环15，使承压活塞16与下筒体10之间实现密封。下筒体10上设有呼吸孔，呼吸孔上装有过滤丝堵11，防止岩屑进入弹簧腔。下筒体10通过螺纹依次连接下接头17和容积马达18。

采用2:1容积式马达，确保盘阀产生排量及压力波动频率与MWD等井下测量工具频率不互相干扰。容积马达18主要包括防掉总成、定子、转子。盘阀短节主要包括联轴器20、上盘阀阀杆23、上盘阀25、下盘阀26和下盘阀接头27。钻井液通过容积式马达18，驱动转子转动，马达转子通过联轴器20、平键22与上盘阀25相连。马达转子与联轴器20固定连接，上盘阀阀杆23上部插入联轴器20，联轴器20通过平键22连接上盘阀阀杆23，联轴器20内腔弹簧21压紧上盘阀阀杆23，联轴器20下方设有锁紧帽24，上盘阀阀杆23和上盘阀25固定连接。上盘阀25上设有偏心圆孔，处于旋转扫略运动状态，参见图4，下盘阀26上也设有偏心椭圆孔，下盘阀26为定盘阀，固定在下盘阀接头27内部。上下盘阀为耐磨材料，二者紧密配合。

由于花健体3、中筒体4、下筒体10、下接头17、容积马达18、上盘阀接头19和下盘阀接头27有上述连接关系，构成通过上述一系列零件向下传递钻杆扭矩的钻具体。上盘阀25的转动，导致上盘阀25和下盘阀26相错、重合，由于上下盘阀偏心孔的关系，造成流体流经工具的截面积在最大值和最小值之间出现周期性的变化，产生排量波动。排量波动反馈到振荡短节上，盘阀短节中的波动作用在花键心轴1下部承压活塞16的底面上，又通过限位接头12将产生的压力作用在工具花键心轴1上，花键心轴1相对花键体3上移，花键心轴1突出花键体3的部分伸长，压力消失，碟簧8使花键心轴1返回初始位置。容积马达18使下部盘阀短节产生周期性的排量波动，排量波动向上反馈到振荡短节的承压活塞16底面上，振荡短节内就形成了对碟簧8周期性的压力作用，形成周期性振动，从而带动钻柱产生周期性轴向振荡。花键心轴1的振荡幅度，可通过碟簧8对合、叠合数目配合调节环9调整，使花键心轴1产生微小幅度振荡。

Claims (5)

1.一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，其特征在于，主要由振荡短节、容积马达（18）和盘阀短节三部分依次串联构成，所述的振荡短节包括中空的花键心轴（1）、花健体（3）、中筒体（4）和下筒体10；花健体（3）、中筒体（4）和下筒体（10）轴向依次连接后套装在花键心轴（1）的外围，其形成的环形空间通过花键心轴（1）和中筒体（4）之间的密封接头（7）分为上部的润滑腔和下部的弹簧腔；弹簧腔内自上而下装有碟簧（8）和调节环（9）；限位接头（12）和承压活塞（16）位于调节环（9）下方并与花键心轴（1）固联，同时与下筒体（10）形成滑动配合；下筒体（10）上设有与弹簧腔连通的呼吸孔；所述的盘阀短节包括与容积马达（18）转子连接的上盘阀接头（19）内的上盘阀（25）和固定在下盘阀接头（27）上的下盘阀（26），上盘阀（25）和下盘阀（26）紧密贴合并且截面上都设有偏心圆孔。

2.根据权利要求1所述的马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，其特征在于，所述容积马达（18）转子连接的上盘阀（25）的连接方式为：容积马达（18）通过联轴器（20）与上盘阀阀杆（23）连接，其中联轴器（20）与上盘阀阀杆（23）的连接采用平键连接。

3.根据权利要求2所述的马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，其特征在于，所述上盘阀阀杆（23）上部插入联轴器（20）内腔，联轴器（20）内腔装有弹簧（21），联轴器（20）下方设有锁紧帽（24）；所述上盘阀（25）和下盘阀（26）均为耐磨材料。

4.根据1-3任一权利要求所述的马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述振荡短节、容积马达（18）和盘阀短节三部分通过螺纹接头依次串联；所述下筒体（10）通过固联的下接头（17）与容积马达（18）连接。

5.根据权利要求4所述的马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述下筒体（10）上的呼吸孔装有过滤丝堵（11）；所述承压活塞（16）与下筒体之间装有活塞锁紧环（13）、V形密封圈（14）、挡环（15）。

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