CN105625958B - 一种水力脉冲式加压送钻工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井工程中水平井段用的钻柱送进工具。它解决水平井钻柱送进困难的问题。其技术方案是：锥筒上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴下端和下部钻柱丝扣连接；锥筒下端和上筒体上端丝扣连接；六个螺钉分别穿过卡瓦座凸起外缘上的六个腰形通孔和六个卡瓦螺纹连接，螺钉和卡瓦螺纹连接以后可以整体在卡瓦座腰形通孔内滑动；箍簧安装在六个卡瓦外侧表面的凹槽内；弹簧安装在上筒体外圆凸起台阶上，封盖和卡瓦座下端丝扣连接；节流体下端和传动轴上端丝扣连接；下筒体上端和上筒体下端丝扣连接，下筒体下端和防掉端盖丝扣连接。本发明利用钻井液推动节流体和传动轴轴向运动，对下部钻柱提供钻压，并进行钻柱送进，可有效延长水平段钻井长度。

Description

一种水力脉冲式加压送钻工具

技术领域

本发明涉及一种钻井工程中水平井段用的水力脉冲式加压送钻工具。

背景技术

在石油天然气行业中，钻井工程具有技术高、投入大、风险高等特点，也是油气藏开发过程中必不可少的环节。就目前的钻井工程技术发展趋势而言，水平井和大位移井以其优越的经济效益和工况特性迅速发展，尤其是水平段长度越长，对油气采收率的提高具有越发显著的作用。水平井的主要技术难度之一在于如何延长水平段的钻井长度，因为水平段井眼长度越长，躺卧在井床上的水平段钻柱越长，那么钻柱和井眼之间的摩擦阻力越大，最终导致地面提供的钻压无法保障钻柱送进。如果强行增加过大的钻压企图推动钻柱前进，可能会导致钻柱发生屈曲变形，最终破坏钻杆。因此对水平段钻柱进行送进，给钻头施加钻压，尽量延长水平段井眼长度是水平井钻井工程的一个核心技术难点。

现有的水平井钻井工具主要是减摩降阻工具，具有代表性的是安装滚轮的减摩短接和产生连续振动的水力振荡器，前者将钻柱和井眼的静摩擦变为滚动摩擦，后者将钻柱和井眼的静摩擦变为动摩擦，都在一定程度上起到了减摩降阻的作用。如果可以考虑对水平段钻井管柱主动施加连续钻压，就可以从根本上改变水平段钻柱难以送进的技术难题，这为水平井钻井工具提供了一个思路。基于上述技术背景，本发明特提供一种水力脉冲式加压送钻工具。

发明内容

本发明的目的是：为了解决钻井工程中水平段钻柱难以送进的问题，特提供一种水力脉冲式加压送钻工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水力脉冲式加压送钻工具，是由圆锥筒、卡瓦、箍簧、螺钉、活塞缸、筒体、弹簧、封盖、传动壳体、防掉端盖、传动轴、静阀座、静阀环、动阀环、轴承套、推力轴承、动阀座和螺旋转子构成；其结构特征是：圆锥筒上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴下端和下部钻柱丝扣连接；圆锥筒下部外圆设置为圆锥面，圆锥筒下端和筒体上端丝扣连接；卡瓦外侧上部设置为锯齿状，外侧下部设置一段凹槽，卡瓦内侧上部设置为圆锥面，卡瓦下端面设置一螺纹孔；活塞缸上端设置一圈凸起外缘，凸起外缘上周向均匀设置六个腰形通孔，活塞缸内腔设置为台阶孔；六个螺钉穿过活塞缸上端凸起外缘上的六个腰形通孔和卡瓦下端面的螺纹孔丝扣连接；活塞缸套在筒体外圆上，箍簧安装在六个卡瓦外侧下部的凹槽内；筒体中部周向均匀设置两个通孔，筒体两个通孔下方外圆设置一圈凸起台阶；弹簧安装在筒体外圆凸起台阶上，弹簧处于压缩状态，封盖和活塞缸下端丝扣连接；传动壳体外圆中部周向均匀设置六个扶正翼，传动壳体内腔中部设置为内八方；静阀座内腔设置为台阶孔，静阀座下部设置为外八方，静阀座外圆上部设置为丝扣；动阀座内腔设置为台阶孔，内腔上部设置为螺纹孔，动阀座中部周向均匀设置两个斜孔，两个斜孔下部外圆设置为台阶；静阀环内腔设置为偏心孔，动阀环内腔设置为偏心孔，静阀环偏心孔的偏心距和动阀环偏心孔的偏心距相等；静阀环外圆和静阀座内腔台阶孔上部过盈配合，动阀环外圆和动阀座内腔台阶孔下部过盈配合；推力轴承安装在动阀座下部外圆的台阶上；轴承套套入动阀座，轴承套下端和静阀座上端丝扣连接，轴承套上端内缘压紧推力轴承；螺旋转子设置有螺旋翼，螺旋升角为45°，螺旋转子下端和动阀座上端丝扣连接；传动轴上端和静阀座下端丝扣连接；传动壳体上端和筒体下端丝扣连接，传动壳体下端和防掉端盖丝扣连接；静阀座置入传动壳体内腔，静阀座下部外八方和传动壳体内腔中部内八方间隙配合。

本发明的有益效果是：(1)本发明动阀环和静阀环相对转动，使钻井液过流面积产生周期性变化，从而在动阀环以上钻柱内腔产生脉冲压力，给传动轴提供脉冲钻压，推动传动轴向前蠕动；(2)本发明循环钻井液获取动力，无需额外配送动力；(3)产生脉冲高压的时候，卡瓦伸出咬死井壁，防止上部钻柱回退；(4)产生脉冲低压时，卡瓦缩回，上部钻柱可以向前送进；(5)本发明可连续运转，持续送钻。

附图说明

图1是本发明一种水力脉冲式加压送钻工具卡瓦和传动轴收回状态的结构示意图；

图2是本发明一种水力脉冲式加压送钻工具卡瓦和传动轴伸出状态的结构示意图；

图3是图1A-A截面的剖视图；

图4是图1B-B截面的剖视图；

图5是本发明一种水力脉冲式加压送钻工具卡瓦的三维示意图；

图6是本发明一种水力脉冲式加压送钻工具螺旋转子的三维示意图；

图中：1.圆锥筒、2.卡瓦、3.箍簧、4.螺钉、5.活塞缸、6.筒体、7.弹簧、8.封盖、9.传动壳体、10.防掉端盖、11.传动轴、12.静阀座、13.静阀环、14.动阀环、15.轴承套、16.推力轴承、17.动阀座、18.螺旋转子。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种水力脉冲式加压送钻工具，是由圆锥筒1、卡瓦2、箍簧3、螺钉4、活塞缸5、筒体6、弹簧7、封盖8、传动壳体9、防掉端盖10、传动轴11、静阀座12、静阀环13、动阀环14、轴承套15、推力轴承16、动阀座17和螺旋转子18构成；其结构特征是：圆锥筒1上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴11下端和下部钻柱丝扣连接；圆锥筒1下部外圆设置为圆锥面，圆锥筒1下端和筒体6上端丝扣连接；如图3所示，活塞缸5上端设置一圈凸起外缘，凸起外缘上周向均匀设置六个腰形通孔，活塞缸5内腔设置为台阶孔；六个螺钉4穿过活塞缸5上端凸起外缘上的六个腰形通孔和卡瓦2下端面的螺纹孔丝扣连接；活塞缸5套在筒体6外圆上，箍簧3安装在六个卡瓦2外侧下部的凹槽内；筒体6中部周向均匀设置两个通孔，筒体6两个通孔下方外圆设置一圈凸起台阶；弹簧7安装在筒体6外圆凸起台阶上，弹簧7处于压缩状态，封盖8和活塞缸5下端丝扣连接；如图4所示，传动壳体9外圆中部周向均匀设置六个扶正翼，传动壳体9内腔中部设置为内八方；静阀座12内腔设置为台阶孔，静阀座12下部设置为外八方，静阀座12外圆上部设置为丝扣；动阀座17内腔设置为台阶孔，内腔上部设置为螺纹孔，动阀座17中部周向均匀设置两个斜孔，两个斜孔下部外圆设置为台阶；静阀环13内腔设置为偏心孔，动阀环14内腔设置为偏心孔，静阀环13偏心孔的偏心距和动阀环14偏心孔的偏心距相等；静阀环13外圆和静阀座12内腔台阶孔上部过盈配合，动阀环14外圆和动阀座17内腔台阶孔下部过盈配合；推力轴承16安装在动阀座17下部外圆的台阶上；轴承套15套入动阀座17，轴承套15下端和静阀座12上端丝扣连接，轴承套15上端内缘压紧推力轴承16；如图6所示，螺旋转子18设置有螺旋翼，螺旋升角为45°，螺旋转子18下端和动阀座17上端丝扣连接；传动轴11上端和静阀座12下端丝扣连接；传动壳体9上端和筒体6下端丝扣连接，传动壳体9下端和防掉端盖10丝扣连接；静阀座12置入传动壳体9内腔，静阀座12下部外八方和传动壳体9内腔中部内八方间隙配合。

如图1、图2和图5所示，卡瓦2外侧上部设置为锯齿状，外侧下部设置一段凹槽，卡瓦2内侧上部设置为圆锥面，卡瓦2下端面设置一螺纹孔。

本发明一种水力脉冲式加压送钻工具的工作原理是：下入本发明至水平井段，并施加一定钻压，此时本发明状态如图1所示，开泵循环钻井液，螺旋转子18在钻井液冲力作用下发生旋转，此时静阀环13和动阀环14发生相对转动，静阀环13偏心孔和动阀环14偏心孔的重合面积周期性变化，导致钻井液过流面积周期性变化，于是产生连续水击作用，钻柱内钻井液压力呈现周期性变化；钻井液压力升高时，推动螺旋转子18、动阀座17、静阀座12和传动轴11整体轴向下移，为水平段钻柱提供钻压，卡瓦2轴向上移，并在圆锥筒1的作用下径向张开咬死井壁，如图2所示；钻井液压力降低时，卡瓦2在弹簧7的作用下轴向下移，卡瓦2径向收回，圆锥筒1、筒体6和传动壳体9在上部钻压的作用下轴向下移，回到初始位置如图1所示；如此连续循环钻井液即可保证传动轴11给下部钻柱提供持续的脉冲钻压，帮助钻柱送进。

Claims (4)

1.一种水力脉冲式加压送钻工具，是由圆锥筒(1)、卡瓦(2)、箍簧(3)、螺钉(4)、活塞缸(5)、筒体(6)、弹簧(7)、封盖(8)、传动壳体(9)、防掉端盖(10)、传动轴(11)、静阀座(12)、静阀环(13)、动阀环(14)、轴承套(15)、推力轴承(16)、动阀座(17)和螺旋转子(18)构成；其特征在于：圆锥筒(1)上端和上部钻柱丝扣连接，传动轴(11)下端和下部钻柱丝扣连接；圆锥筒(1)下部外圆设置为圆锥面，圆锥筒(1)下端和筒体(6)上端丝扣连接；活塞缸(5)上端设置一圈凸起外缘，凸起外缘周向均匀设置六个腰形通孔，活塞缸(5)内腔设置为台阶孔；六个螺钉(4)分别穿过活塞缸(5)上端凸起外缘上的六个腰形通孔和六个卡瓦(2)下端面的螺纹孔丝扣连接；活塞缸(5)套在筒体(6)外圆上，箍簧(3)安装在六个卡瓦(2)外侧下部的凹槽内；筒体(6)中部周向均匀设置两个通孔，筒体(6)两个通孔下方外圆设置一圈凸起台阶；弹簧(7)安装在筒体(6)外圆凸起台阶上，弹簧(7)处于压缩状态，封盖(8)和活塞缸(5)下端丝扣连接；传动壳体(9)外圆中部周向均匀设置六个扶正翼，传动壳体(9)内腔中部设置为内八方；静阀环(13)外圆和静阀座(12)内腔台阶孔上部过盈配合，动阀环(14)外圆和动阀座(17)内腔台阶孔下部过盈配合；推力轴承(16)安装在动阀座(17)下部外圆的台阶上；轴承套(15)套入动阀座(17)，轴承套(15)下端和静阀座(12)上端丝扣连接，轴承套(15)上端内缘和推力轴承(16)接触；螺旋转子(18)设置有螺旋翼，螺旋升角为45°，螺旋转子(18)下端和动阀座(17)上端丝扣连接；传动轴(11)上端和静阀座(12)下端丝扣连接；传动壳体(9)上端和筒体(6)下端丝扣连接，传动壳体(9)下端和防掉端盖(10)丝扣连接；静阀座(12)置入传动壳体(9)内腔，静阀座(12)下部外八方和传动壳体(9)内腔中部内八方间隙配合。

2.根据权利要求1所述的水力脉冲式加压送钻工具，其特征是：所述静阀座(12)内腔设置为台阶孔，静阀座(12)下部设置为外八方，静阀座(12)外圆上部设置为丝扣；动阀座(17)内腔设置为台阶孔，内腔上部设置为螺纹孔，动阀座(17)中部周向均匀设置两个斜孔，两个斜孔下部外圆设置为台阶。

3.根据权利要求1所述的水力脉冲式加压送钻工具，其特征是：所述静阀环(13)内腔设置为偏心孔，动阀环(14)内腔设置为偏心孔，静阀环(13)偏心孔的偏心距和动阀环(14)偏心孔的偏心距相等。

4.根据权利要求1所述的水力脉冲式加压送钻工具，其特征是：所述卡瓦(2)外侧上部设置为锯齿状，外侧下部设置一段凹槽，卡瓦(2)内侧上部设置为圆锥面，卡瓦(2)下端面设置一螺纹孔。