CN106320984B - 利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具，包括减震器、涡激振荡器、冲击接头。所述的涡激振荡器前端连接冲击接头，后端连接减震器，通过前端安装的冲击接头缓和钻头与工具之间的冲击作用，提高工具使用寿命，利用减震器吸收工具工作时产生的振动，避免振动向上传递，影响上部钻具的正常工作，泥浆流过变阻短节时，将产生涡激振动，从而使涡激振荡器产生轴向冲击，从而加速钻头破岩。本发明的利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具利用泥浆压力变化，产生一定频率的轴向力，无其他驱动装置，能够有效节约钻井能量，实现高效破岩。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钻探工程领域利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具，其主要应用于石油天然气钻井工程。
背景技术
随着传统油气资源日趋枯竭，新型油气资源如页岩气、煤层气等的已经进入勘探开采阶段，使钻井工程面临更为复杂的地层工作环境，钻井深度不断增加，硬地层、研磨性高的地层也普遍存在。在现有钻井技术基础上，大位移定向井、水平井、分支井技术也得以迅速发展与应用，因此，开发配套的钻井提速工具具有必然性。
当钻进地层岩石坚硬、研磨极值高时，容易导致单只钻头进尺较少、钻头寿命降低、机械钻速较低的情况。研制轴向冲击工具，能够为钻头提供额外的轴向冲击，加速钻头破岩，大幅度提高钻井机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本。但是传统的冲击工具，正常工作时，压耗较高，使用寿命也收到限制，所以降低工具压耗，提高钻具使用寿命是研制新型冲击钻井工具的关键技术。当钻具受到轴向振动冲击力的作用时，钻具与井壁之间的静摩擦将为动摩擦，并且所产生的动摩擦力小于静摩擦力，从而降低钻具与井壁之间的摩擦，提高钻井效率。所以在井底钻具组合中轴向冲击工具，可以延长钻头的使用寿命，增加单只钻头进尺，提高机械钻速，还可以增加分支井、水平井等结构井的井深，为深井油气的勘探开发提供方便。
发明内容
为了探索解决背景技术中所述的冲击工具压耗较高，使用寿命较低，将井底钻具所受的静摩阻转变为动摩阻，本发明提供了一种利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具。本发明的轴向冲击器通过前端安装的冲击接头缓和钻头与工具之间的冲击作用，提高工具使用寿命，利用减震器吸收工具工作时产生的振动，避免振动向上传递，影响上部钻具的正常工作，当泥浆流过变阻短节时，驱动变阻短节产生涡激振动，从而使涡激振荡器产生轴向冲击，从而加速钻头破岩。
本发明的技术方案是：利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具通过螺纹连接固定安装在钻头上部，其包括减震器、涡激振荡器、冲击接头总成，在涡激振荡器前端连接冲击接头总成，后端连接减震器；所述减震器包括花键轴、密封圈a、耐磨环、花键外壳、上外壳、碟簧、防掉短节、油塞、矩形密封圈a、挡环、密封圈b、密封圈c、防掉帽，依次将密封圈a和耐磨环装入花键外壳后端内圆周上,再将花键外壳安装到花键轴上，将碟簧安装到花键轴前端后，再安装上外壳，在花键轴前端安装矩形密封圈a，然后安装防掉短节，将密封圈b和密封圈c与挡环组合为一个整体后，将挡环安装到防掉短节上，再安装防掉帽，最后从注油孔注入润滑油后旋紧油塞，通过花键轴和碟簧将上部钻压和转矩向下传递，利用挡环与密封圈b和密封圈c的组合结构密封润滑油，并利用防掉帽防止组合结构掉落；所述涡激振荡器包括双公短节、变阻短节、下外壳，将双公短节安装到上外壳前端，将变阻短节安装到下外壳内部后，将下外壳安装到双公短节前端，当泥浆流过变阻短节时，将产生涡激振动，从而使涡激振荡器产生轴向冲击并向下传递，从而加速钻头破岩。所述的变阻短节数量为件，并且结构相同，两件一起组合后构成我急振荡短节，在泥浆作用下，产生轴向冲击作用；所述冲击接头总成包括冲击接头、定位块、矩形密封圈b、矩形密封圈c、密封环、垫片、锁紧环、砧子，将冲击接头安装到下外壳前端，将矩形密封圈b和矩形密封圈c安装到密封环上，再依次将锁紧环、垫片、密封环安装到砧子上，再放入定位块，最后旋紧锁紧环，利用砧子缓和涡激振荡器工作时产生的冲击，可以提高钻头使用寿命。
本发明的有益效果是：(1)涡激振荡器内没有运动件或弹性体，可以适用于大部分工作环境，不受化学腐蚀、温度的影响；(2)利用泥浆驱动变阻短节产出涡激振荡，从而产生轴向冲击，简化了机械结构，提高了工具可靠性，工具压耗较低，有效节约了钻井能量；(3)能够为钻头提供额外的轴向冲击，加速钻头破岩，提高钻井机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本；(4)延长钻头的使用寿命，增加单只钻头进尺，还可以增加分支井、水平井等结构井的井深，为深井油气的勘探开发提供方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明图1中的A-A截面图。
图3是挡环的结构示意图。
图4是冲击接头的结构示意图。
图5是砧子的结构示意图。
图6是变阻短节的结构示意图。
图7是变阻短节中钻井液进出口示意图。
图8是变阻短节中钻井液循环路线示意图。
图中1.花键轴，2.密封圈a，3.耐磨环，4.花键外壳，5.上外壳，6.碟簧，7.防掉短节，8.油塞，9.矩形密封圈a，10.挡环，11.密封圈b，12.密封圈c，13.防掉帽，14.双公短节，15.变阻短节，16.下外壳，17.冲击接头，18.定位块，19.矩形密封圈b，20.矩形密封圈c，21.密封环，22.垫片，23.锁紧环，24.砧子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见附图1，利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具，该轴向冲击器通过螺纹连接固定安装在钻头上部，所述的轴向冲击器包括减震器、涡激振荡器、冲击接头总成，在涡激振荡器前端连接冲击接头总成，后端连接减震器；所述减震器包括花键轴1、密封圈a2、耐磨环3、花键外壳4、上外壳5、碟簧6、防掉短节7、油塞8、矩形密封圈a9、挡环10、密封圈b11、密封圈c12、防掉帽13，依次将密封圈a2和耐磨环3装入花键外壳4后端内圆周上,再将花键外壳4安装到花键轴1上，将碟簧6安装到花键轴1前端后，再安装上外壳5，在花键轴1前端安装矩形密封圈a9，然后安装防掉短节7，将密封圈b11和密封圈c12与挡环10组合为一个整体后，将挡环10安装到防掉短节7上，再安装防掉帽13，最后从注油孔注入润滑油后旋紧油塞8，通过花键轴1和碟簧6将上部钻压和转矩向下传递，利用挡环10与密封圈b11和密封圈c12的组合结构密封润滑油，并利用防掉帽13防止组合结构掉落。
所述涡激振荡器包括双公短节14、变阻短节15、下外壳16，将双公短节14安装到上外壳5前端，将变阻短节15安装到下外壳16内部后，将下外壳16安装到双公短节14前端，当泥浆流过变阻短节时，将产生涡激振动，从而使涡激振荡器产生轴向冲击并向下传递，从而加速钻头破岩。所述的变阻短节15数量为2件，并且结构相同，两件一起组合后构成我急振荡短节，在泥浆作用下，产生轴向冲击作用。
所述冲击接头总成包括冲击接头17、定位块18、矩形密封圈b19、矩形密封圈c20、密封环21、垫片22、锁紧环23、砧子24，将冲击接头17安装到下外壳16前端，将矩形密封圈b19和矩形密封圈c20安装到密封环21上，再依次将锁紧环23、垫片22、密封环21安装到砧子24上，再放入定位块18，最后旋紧锁紧环23，利用砧子24缓和涡激振荡器工作时产生的冲击，可以提高钻头使用寿命。
Claims (3)
1.利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：所述的钻井工具包括减震器、涡激振荡器、冲击接头总成，在涡激振荡器前端连接冲击接头总成，后端连接减震器；所述减震器包括花键轴(1)、密封圈a(2)、耐磨环(3)、花键外壳(4)、上外壳(5)、碟簧(6)、防掉短节(7)、油塞(8)、矩形密封圈a(9)、挡环(10)、密封圈b(11)、密封圈c(12)、防掉帽(13)，依次将密封圈a(2)和耐磨环(3)装入花键外壳(4)后端内圆周上,再将花键外壳(4)安装到花键轴(1)上，将碟簧(6)安装到花键轴(1)前端后，再安装上外壳(5)，在花键轴(1)前端安装矩形密封圈a(9)，然后安装防掉短节(7)，将密封圈b(11)和密封圈c(12)与挡环(10)组合为一个整体后，将挡环(10)安装到防掉短节(7)上，再安装防掉帽(13)，最后从注油孔注入润滑油后旋紧油塞(8)，通过花键轴(1)和碟簧(6)将上部钻压和转矩向下传递，利用挡环(10)与密封圈b(11)和密封圈c(12)的组合结构密封润滑油，并利用防掉帽(13)防止组合结构掉落；所述涡激振荡器包括双公短节(14)、变阻短节(15)、下外壳(16)，将双公短节(14)安装到上外壳(5)前端，将变阻短节(15)安装到下外壳(16)内部后，将下外壳(16)安装到双公短节(14)前端，当泥浆流过变阻短节时，将产生涡激振动，从而使涡激振荡器产生轴向冲击并向下传递，从而加速钻头破岩；所述冲击接头总成包括冲击接头(17)、定位块(18)、矩形密封圈b(19)、矩形密封圈c(20)、密封环(21)、垫片(22)、锁紧环(23)、砧子(24)，将冲击接头(17)安装到下外壳(16)前端，将矩形密封圈b(19)和矩形密封圈c(20)安装到密封环(21)上，再依次将锁紧环(23)、垫片(22)、密封环(21)安装到砧子(24)上，再放入定位块(18)，最后旋紧锁紧环(23)，利用砧子(24)缓和涡激振荡器工作时产生的冲击，可以提高钻头使用寿命。
2.根据权利要求1所述的利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：所述的变阻短节(15)数量为2件，并且结构相同，两件一起组合后构成涡激振荡短节，在泥浆作用下，产生轴向冲击作用。
3.根据权利要求1所述的利用涡激振动实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：所述的密封圈a(2)、密封圈b(11)、密封圈c(12)、矩形密封圈b(19)与矩形密封圈c(20)数量均为2件；所述的定位块(18)数量为4件。
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