CN104234651B - 一种用于水平井的耐高温振动工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于水平井的耐高温振动工具,包括壳体组件及设于所述壳体组件内部的振动组件,其特征在于:所述壳体组件包括自上而下依次套接的上接头、上接头套、连接套、外套及下接头;所述振动组件包括自上而下依次连接的上端涡轮、偏心轴及下端涡轮,所述振动组件通过上端轴承和下端轴承安装在所述壳体组件内,所述上端轴承和下端轴承分别套装在所述偏心轴的两端轴上,在所述振动组件的两端还分别设有上止推环和下止推环,所述上止推环和下止推环分别安装在所述上接头套和下接头内,所述壳体组件及振动组件内部均设有使流体流通的通道。其有益效果是,提高了工具工作可靠性和耐高温性能;从而达到增加下入深度,施加足够的钻压效果。

Description

一种用于水平井的耐高温振动工具
技术领域
[0001] 本发明涉及石油天然气开采工具技术领域,尤其涉及一种用于水平井的耐高温振 动工具。
背景技术
[0002] 随着页岩气的迅猛发展,水平井日益增多。相比于传统的钻杆作业,连续油管能够 在不压井的情况下进行钻磨桥塞以及修井等作业。但受制于连续油管自身的原因,在大水 平井中连续油管易发生自锁,造成连续油管无法达到预定深度进行相关作业,或者到达指 定位置后因无法施加足够的钻压从而造成连续油管作业失效,无法顺利完成相关钻井作 业。已公开专利“大位移井振动工具”专利号:CN 202673216U,虽然实现了减小钻杆扭矩摩 阻,有利于井下作业施工,但尚存在如下不足:一是采用了马达作为振动动力,由于马达阻 碍通路使连续油管的排量受到了限制,导致无'法进行大排量作业;二是马达结构中包含橡 胶部件,无法在高温井中及地热井中长时间应用,使用寿命受到了极大的影响;三是其利用 万向轴、传动轴及加速器等连接结构,在高频高温作业中其连接结构易于磨损,进而影响使 用寿命。
发明内容
[0003] 本发明针对上述现有技术的不足,提供一种能够在高温井、地热井中平稳运行,能 施加足够的钻压效果的用于水平井的耐高温振动工具。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种用于水平井的耐高温振动工具, 包括壳体组件及设于所述壳体组件内部的振动组件,其特征在于:
[0005] 所述壳体组件包括自上而下依次套接的上接头、上接头套、连接套、外套及下接 头;所述振动组件包括自上而下依次连接的上端涡轮、偏心轴及下端涡轮,所述振动组件通 过上端轴承和下端轴承安装在所述壳体组件内,所述上端轴承和下端轴承分别套装在所述 偏心轴的两端轴上,在所述振动组件的两端还分别设有上止推环和下止推环,所述上止推 环和下止推环分别安装在所述上接头套和下接头内,所述壳体组件及振动组件内部均设有 使流体流通的通道。
[0006] 本发明的有益效果是,利用上、下两组涡轮机构驱动偏心轴转动,偏心轴的重心周 期性变化实现振动,从而带动整个工具和管串振动,降低了管串与管壁的摩擦,增加了连续 油管下入深度。由于利用改变液流旋向到偏心轴进而产生振动效果,没有马达阻隔,其整体 导流通径大,便于进行大排量作业;结构上避免了动力的机械传输,从而提高了工具工作可 靠性;另外取消了马达也避免了橡胶类密封件的使用,提高了工具的耐高温性。
[0007] 在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
[0008]进一步,所述上端轴承和下端轴承的外侧分别设有上隔环和下隔环。
[0009]采用上述进一步方案的有益效果是,采用上隔环和下隔环保证了轴承在上下两个 方向的限位,防止振动组件发生轴向窜动。
[0010] 进一步,所述上端涡轮和下端涡轮各自包括呈一体结构的圆盘端和圆柱端,所述 圆柱端设有轴向盲孔和径向旁通孔,所述盲孔与旁通孔相连通,所述圆盘端上设有多个斜 向条形通孔,所述上止推环和下止推环上分别设有多个斜向导流孔,所述上止推环或下止 推环上斜向导流孔的旋向与上端涡轮或下端涡轮上斜向条形通孔的旋向相反。
[0011] 采用上述进一步方案的有益效果是,当有流体流过上端止推环的斜向导流孔后, 必须经过上端涡轮上的斜向条形通孔方能进入到工具内部,因此在这两者之间改变流体旋 向,可以使流体产生斜向推力,作用在上端涡轮上。上端涡轮带动与连接的偏心轴和下端涡 轮旋转。因为采用的是上下两组涡轮机构,由于液流换向产生的反作用力更进一步推动下 端涡轮旋转,从而加快偏心轴的旋转。因此产生的惯性力带动整个工具产生周期性的振动。
[0012] 进一步,所述偏心轴9包括两端空心轴及中间半边轴。
[0013] 采用上述进一步方案的有益效果是,这种偏心轴结构简单,制动力大,而且通流量 也大。
[00M]进一步,所述壳体组件的上接头、上接头套、连接套、外套及下接头,相互之间为螺 纹连接,所述上、下端涡轮与所述偏心轴之间为螺纹连接。
[0015]采用上述进一步方案的有益效果是,螺纹连接便于拆装。
[0016]进一步,所述壳体组件、振动组件、上隔环、下隔环、上止推环及下止推环均为金属 材质。
[0017]采用上述进一步方案的有益效果是,采用金属材质,能很好的适应地下高温环境, 进而延长了工具的工作寿命。
附图说明
[0018]图1为本发明的结构示意图;
[0019]图2为本发明的壳体组件结构示意图;
[0020]图3为本发明的止推环结构示意图;
[0021]图4为本发明的上端涡轮结构示意图;
[0022]图5为本发明的下端涡轮结构示意图;
[0023]图6为本发明的偏心轴结构示意图。
[0024]在图1到图6中,1、上接头;2、上端止推环;2-1、斜向导流孔;3、上端涡轮;3-1、斜向 条形通孔;4、上接头套;5、上隔环;6、上端轴承;7、连接套;8、外套;9、偏心轴;10、下隔环; 11、下端涡轮;11-1、旁通孔;12、下端止推环;13、下接头;14、下端轴承。
具体实施方式
[0025] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并 非用于限定本发明的范围。
[0026] 如图1至图6所示,一种用于水平井的耐高温振动工具,包括壳体组件及设于所述 壳体组件内部的振动组件:
[0027] 所述壳体组件包括自上而下依次套接的上接头1、上接头套4、连接套7、外套8及下 接头13;所述振动组件包括自上而下依次连接的上端涡轮3、偏心轴9及下端涡轮^,所述振 动组件通过上端轴承6和下端轴承14安装在所述壳体组件内,所述上端轴承6和下端轴承14 分别套装在所述偏心轴9的两端轴上,在所述振动组件的两端还分别设有上止推环2和下止 推环12,所述上止推环2和下止推环12分别安装在所述上接头套4和下接头13内,所述壳体 组件及振动组件内部均设有使流体流通的通道。
[0028] 所述上端轴承6和下端轴承14的外侧分别设有上隔环5和下隔环10。
[0029] 所述上端涡轮3和下端涡轮11各自包括呈一体结构的圆盘端和圆柱端,所述圆柱 端设有轴向盲孔和径向旁通孔11-1,所述盲孔与旁通孔11-1相连通,所述圆盘端上设有多 个斜向条形通孔3-1,所述上止推环2和下止推环12上分别设有多个斜向导流孔2-1,所述上 止推环2或下止推环12上斜向导流孔2-1的旋向与上端涡轮3或下端涡轮11上斜向条形通孔 2- 1的旋向相反。
[0030] 所述偏心轴9包括两端空心轴及中间半边轴。
[0031] 所述壳体组件的上接头1、上接头套4、连接套7、外套8及下接头13,相互之间为螺 纹连接。所述上、下端涡轮3,11与所述偏心轴9之间为螺纹连接。
[0032] 所述壳体组件、振动组件、上隔环5、下隔环10、上止推环2及下止推环12均为金属 材质。
[0033] 本发明工作原理如下;
[0034] 当有流体流过上止推环2的斜向导流孔后,必须经过上端涡轮3上的斜向条形通孔 3- 1方能进入到工具内部,因此变向后的流体产生斜向推力,作用在上端涡轮3上。上端涡轮 3带动与其通过螺纹连接的偏心轴9和下端涡轮11旋转。
[0035] 基于同样的道理,流体在下端涡轮和下端至推环之间也会发生流向改变,由于流 体换向产生的反作用力更进一步推动下端涡轮11旋转,从而加快偏心轴9的旋转。
[0036] 流体作用在上端涡轮3和下端涡轮11上,从而保证了偏心轴9能够连续转动。由此 产生的惯性力带动整个工具产生周期性的振动。
[0037] 为了保证偏心轴9能够顺滑的转动,在偏心轴两端增加了上端轴承6和下端轴承 14,并通过隔环5和隔环10进行定位,减少了偏心轴9转动时所需要克服的摩擦力,更有助于 偏心轴9的转动,进而保证偏心轴能够平稳连续运动。
[0038] 具体实施时,将连接套7与外套8通过螺纹进行连接。
[0039] 将上端轴承6和下端轴承14的外圈分别安装到连接套7和外套8中。将上端轴承6和 下端轴承14的内圈分别安装到偏心轴9两端的空心轴上。偏心轴9两端的空心轴再通过螺纹 与上端涡轮3和下端涡轮11连接,通过上隔环5和下隔环10分别将上端轴承6和下端轴承14 的内圈固定在偏心轴9的上、下两端。
[0040] 将组装完成的上端涡轮3、偏心轴9、下端涡轮11、轴承及隔环作为一个整体安装到 连接套7与外套8中。然后将上接头套4与连接套7通过螺纹连接。
[0041]将上止推环2和下止推环12分别安装到上接头套4和下接头13中,并将上接头1与 上接头4固定连接,使之形成一个整体。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和 原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1. 一种用于水平井的耐高温振动工具,包括壳体组件及设于所述壳体组件内部的振动 组件,其特征在于: 所述壳体组件包括自上而下依次套接的上接头、上接头套、连接套、外套及下接头•,所 述振动组件包括自上而下依次连接的上端涡轮、偏心轴及下端涡轮,所述振动组件通过上 端轴承和下端轴承安装在所述壳体组件内,所述上端轴承和下端轴承分别套装在所述偏心 轴的两端轴上,在所述振动组件的两端还分别设有上止推环和下止推环,所述上止推环和 下止推环分别安装在所述上接头套和下接头内,所述壳体组件及振动组件内部均设有使流 体流通的通道; 所述上端涡轮和下端涡轮各自包括呈一体结构的圆盘端和圆柱端,所述圆柱端设有轴 向盲孔和径向旁通孔,所述盲孔与旁通孔相连通,所述圆盘端上设有多个斜向条形通孔,所 述上止推环和下止推环上分别设有多个斜向导流孔,所述上止推环或下止推环上斜向导流 孔的旋向与上端涡轮或下端涡轮上斜向条形通孔的旋向相反。
2. 根据权利要求1所述的用于水平井的耐高温振动工具,其特征在于,所述上端轴承和 下端轴承的外侧分别设有上隔环和下隔环。
3. 根据权利要求2所述的用于水平井的耐高温振动工具,其特征在于,所述壳体组件、 振动组件、上隔环、下隔环、上止推环及下止推环均为金属材质。
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