CN104213834A - 一种减阻工具及往复轴向工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种减阻工具及往复轴向工艺方法，属于石油及天然气钻井技术领域。当流体通过动力部分时，驱动转子转动，由于单螺杆马达的特性，末端在阀门处的平面上往复运动；由于转子的转动，导致两个阀片相错和重合，从而导致上流的压力发生变化，周期性相对运动造成流体流经工具的截面积周期变化；截面积周期性变化导致上游压力同步的周期变化；通过振荡短节的流体的压力周期性的变化，作用在振荡短节的活塞面上，振荡短节的活塞在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，实现了与新型减阻工具相连的井下工具往复运动。本发明减少井下钻具组合与井眼之间的摩阻，从而有效提高机械钻速，缩短钻井周期，节约钻井成本。

Description

一种减阻工具及往复轴向工艺方法

技术领域

本发明涉及一种减阻工具及往复轴向工艺方法，属于石油及天然气钻井技术领域。

背景技术

随着我国各大油田开发大斜度井、水平井及水平分支井等复杂结构井的数量越来越多，如何有效地向钻头施加钻压就成为人们普遍关注的问题。然而在井斜大的井段施工中出现托压、粘卡现象，尤其在滑动钻进过程中，无法保证给钻头施加真实、有效的钻压，这已成为影响全井平均机械钻速及钻井周期的主要因素。

目前钻井主要通过复合钻进和井下动力工具滑动钻进两种钻进方式。由于这些复杂结构井沿程水力损耗增大，井底钻头可用水马力相当低，一般都是靠钻柱重力向钻头施加钻压破碎岩石。然而在大斜度井和水平井施工中，这种传统的加压方法受到一定的限制：1、由于井斜较大，钻柱重力在井眼方向的分量小或近似为0，很难满足预先设计的钻压；2、由于钻柱自重对井壁的正压力大，增大钻具在井壁上的摩阻，从而制约了向钻头上施加有效的钻压。

平滑稳定的钻压传递，甚至在经过大的方位角变化后在复杂地层中对PDC钻头工具面角的调整能力可以使钻具组合钻达更严的目的层；并且在钻进过程中不需要过多的工作来调整钻具，很快就可以达到工具面角的扭转，工具面角的保持，明显提高机械钻速，省时省力。鉴于此，世界各主要石油装备公司及各油田均加大了对能够有效传递钻压类工具的研究及生产投入。发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种减阻工具及往复轴向工艺方法，能够有效提高机械钻速，缩短钻井周期。

为了解决现有技术的问题，本发明通过特殊的设计及结构，工具自身产生的纵向往复运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，本发明可以用于所有的钻进模式，特别是在使用螺杆钻具进行定向钻进过程中改善钻压的传递，减少扭转振动，从而有效提高机械钻速，缩短钻井周期。

一种减阻工具的往复轴向工艺方法，含有以下步骤；

当流体通过动力部分时，驱动转子转动，由于单螺杆马达的特性，末端在阀门处的平面上往复运动；与动力部分连接的是阀门和轴承系统，阀门主要部件是动阀片和定阀片，动阀片和定阀片紧密配合，由于转子的转动，导致两个阀片相错和重合，从而导致上流的压力发生变化，周期性相对运动造成流体流经工具的截面积周期变化(最大值和最小值)；动阀片和定阀片重合面积最小时，由于流体通过工具的截面积为最小,所以通过工具后就产生一个最大的压力降；动阀片与定阀片最大重合,此时流体通过截面积最大,所以产生的压降最小；截面积周期性变化导致上游压力同步的周期变化；

通过振荡短节的流体的压力周期性的变化，作用在振荡短节的活塞面上，振荡短节的活塞在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，实现了与新型减阻工具相连的井下工具往复运动。

动力部分1由1：2头的螺杆马达组成，在流体的作用下，转子作行星运动，这样在转子末端的运动即为直线往复运动。

周期性变化的压力作用在振荡短节上，振荡短节不断地压缩其内在的弹簧而形成振动。

一种减阻工具，动力部的阀门下方连接轴承系统，动力部分的下方连接振荡短节，动力部分的转子与定子连接，阀门包括动阀片和静阀片，轴承系统连接动阀片和静阀片，芯轴连接弹簧和活塞。

马达的转子、定子头数比是1：2。

本发明的优点是通过自身产生的纵向往复运动来提高钻进过程中钻压传递的有效性，减少井下钻具组合与井眼之间的摩阻，特别是在有螺杆钻具的定向钻进过程中改善钻压的传递，减少摩阻，从而有效提高机械钻速，缩短钻井周期，节约钻井成本。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的动力部分示意图。

图3是本发明的阀门及轴承系统结构示意图。

图4是本发明的振荡短节示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4所示，一种减阻工具,主要由动力部分1、阀门2与轴承系统3和振荡短节4组成。刚性强的井下钻具组合要用振荡短节4；挠性强的井下钻具组合可不用振荡短节4。

一种减阻工具，动力部分1的阀门2下方连接轴承系统3，动力部分1的下方连接振荡短节4，动力部分1的转子5与定子11连接，阀门2包括动阀片6和静阀片7，轴承系统3连接动阀片6和静阀片7，芯轴10连接弹簧8和活塞9。

马达包括转子5定子11。

马达的线形设计选用转子4、定子11头数比是1：2的，保证了满足流体流经马达部分，转子行星运动，转子末端直线往复运动。转子、定子线形参数的设计保证了转子相连的动阀片的直线运动要有足够的行程，及与转子相连接的动阀片在定阀片的有效面积内运动，更重要的是保证了在一定流体流量时的设计的压力变化频率。

动阀片6、定阀片7及轴承系统3采用抗冲击、耐磨材料，有效承受转子传给动阀片6、定阀片7的水力载荷，以及动阀片6在定阀片7上往复直线运动的耐磨性。动阀片6、定阀片7过流孔的设计，可满足其紧密配合，及动阀片直线运动过程中能够实现过流面积周期性变化最大值和最小值。

振荡短节4的活塞面积的设计和弹簧8的设计，可以保证当压力传递到振荡短节，振荡短节的活塞就在压力和弹簧力的推动下，带动振荡短节的芯轴10向上运动，当压力减小是时，振荡短节的芯轴10复位压缩弹簧。从而实现当这样压力周期变化，振荡短节芯轴10实现往复轴向运动，使得与振荡短节4相连的其他井下工具作往复轴向运动。

参阅图1。流体自动力部分1上端流入，马达的转子带动动阀片6进行直线运动，导致两个阀片相错和重合，从而导致流体流过动阀片6和静阀片7的过流截面积就发生了变化，这样就导致上流的压力发生变化，周期性相对运动造成流体流经工具的截面积周期变化(最大值和最小值)。动阀片6与静阀片7最少重合时,由于流体通过工具的截面积为最小,流体通过工具后就产生一个最大的压力降；动阀片与静阀片最大重合,此时流体通过截面积最大,产生的压降最小。截面积周期性变化导致上游压力同步的周期变化。当压力传递到振荡短节4，振荡短节4的活塞9就在压力和弹簧力的推动下，带动振荡短节的芯轴向上运动，当压力减小是时，振荡短节4的芯轴10复位压缩弹簧8。从而实现当这样压力周期变化，芯轴10实现往复轴向运动，使得与振荡短节相连的其他井下工具作往复轴向运动。

所述新型减阻工具包括动力部分1、阀门2与轴承系统3和振荡短节4组成。动力部分由1：2的螺杆马达组成，当流体通过动力部分时，驱动转子5转动，由于单螺杆马达的特性，末端在阀门2处的平面上往复运动。与动力部分连接的是阀门2和轴承系统3，主要部件就是动阀片6和定阀片7，动阀片6和定阀片7紧密配合，由于转子5的转动，导致两个阀片相错和重合，从而导致上流的压力发生变化，周期性相对运动造成流体流经工具的截面积周期变化(最大值和最小值)。动阀片6和定阀片7重合面积最小时，由于流体通过工具的截面积为最小,所以通过工具后就产生一个最大的压力降；动阀片与定阀片最大重合,此时流体通过截面积最大,所以产生的压降最小。截面积周期性变化导致上游压力同步的周期变化。

通过振荡短节4的流体的压力周期性的变化，作用在振荡短节的活塞9面上，振荡短节4的活塞9就在压力和弹簧8的双重作用下，轴向上往复运动，从而实现了与新型减阻工具相连的井下工具往复运动的目的。

参阅图2。动力部分1是选用转子5、定子11头数比是1：2的，保证了满足流体流经动力部分1，转子5行星运动，转子5末端直线往复运动。

参阅图3。动阀片6、静阀片7及轴承系统3采用抗冲击、耐磨材料，有效承受转子5传给动阀片6、静阀片7的水力载荷，以及动阀片6在静阀片7上往复直线运动的耐磨性。动阀片6、静阀片7过流孔的设计，可满足其紧密配合，及动阀片6直线运动过程中能够实现过流面积周期性变化最大值和最小值。

参阅图4。振荡短节4的弹簧8与活塞9的面积设计，可以保证当压力传递到振荡短节，振荡短节的活塞9就在压力和弹簧8推力的作用下，带动振荡短节的芯轴10向上运动，当压力减小时，振荡短节的芯轴10复位压缩弹簧8。从而实现当这样压力周期变化，振荡短节芯轴10实现往复轴向运动，使得与振荡短节4相连的其他井下工具作往复轴向运动。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减阻工具的往复轴向工艺方法，其特征在于含有以下步骤；

当流体通过动力部分时，驱动转子转动，由于单螺杆马达的特性，末端在阀门处的平面上往复运动；与动力部分连接的是阀门和轴承系统，阀门主要部件是动阀片和定阀片，动阀片和定阀片紧密配合，由于转子的转动，导致两个阀片相错和重合，从而导致上流的压力发生变化，周期性相对运动造成流体流经工具的截面积周期变化(最大值和最小值)；动阀片和定阀片重合面积最小时，由于流体通过工具的截面积为最小,所以通过工具后就产生一个最大的压力降；动阀片与定阀片最大重合,此时流体通过截面积最大,所以产生的压降最小；截面积周期性变化导致上游压力同步的周期变化；

通过振荡短节的流体的压力周期性的变化，作用在振荡短节的活塞面上，振荡短节的活塞在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，实现了与新型减阻工具相连的井下工具往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种减阻工具的往复轴向工艺方法，其特征在于：动力部分1由1：2头的螺杆马达组成，在流体的作用下，转子作行星运动，这样在转子末端的运动即为直线往复运动。

3.根据权利要求1和2所述的一种减阻工具的往复轴向工艺方法，其特征在于：周期性变化的压力作用在振荡短节上，振荡短节不断地压缩其内在的弹簧而形成振动。

4.一种减阻工具，其特征在于：动力部的阀门下方连接轴承系统，动力部分的下方连接振荡短节，动力部分的转子与定子连接，阀门包括动阀片和静阀片，轴承系统连接动阀片和静阀片，芯轴连接弹簧和活塞。

5.根据权利要求4所述的一种减阻工具，其特征在于：马达的转子、定子头数比是1：2。