CN106481273A - 射流振荡实现轴向冲击的钻井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于油气井勘探开发过程中的利用射流振荡实现轴向冲击的钻井工具，包括减震器、射流振荡器。其技术方案是：射流振荡器上端与减振器连接，当钻井液流经射流振荡器时，将产生射流振荡，从而使射流振荡器产生轴向冲击，利用减震器的橡胶减震元件吸收钻井时产生的振动，避免振动向上传递，减少上部钻具疲劳，同时可以将振荡器产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，加速破岩。本发明的射流振荡实现轴向冲击的钻井工具，可有效减少钻井过程中钻柱与井壁之间的摩擦，增强钻压传递能力，提高钻进效率，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种射流振荡实现轴向冲击的钻井工具，可用于油气井勘探开发过程中的井下作业。
背景技术
随着世界经济的飞速发展，全球范围内油气资源勘探开发程度日益加剧，浅层油气资源已经不能满足人类经济发展的需要，进而使得油气资源勘探向深部发展，深井、超深井、水平井、大斜度井、大位移井和复杂结构井的数量不断增长。在这样的大趋势下，为了适应不同油气勘探开发需要，大斜度井、水平井、大位移井、多分支井、欠平衡钻井、连续管钻井等钻井新技术的发展日趋成熟，基本满足了勘探开发需求。但是在实际生产过程中，由于钻柱所受重力方向与井眼轴线方向有很大偏差，井壁差异以及岩屑上返困难等原因，造成钻柱与井壁之间的摩擦阻力较大，导致钻压传递困难，钻进效率低，大大制约了井眼延伸和油气资源勘探开发。
为减少钻柱与井壁之间的摩擦阻力，缩短钻井周期，提高钻进效率，国内外各大研究机构研制了各种各样的轴向冲击工具，如水力振荡器、旋转冲击钻井工具等。在取得一定效果的同时，也暴露出诸多问题，如传统工具结构复杂、自身压耗较大、耐冲蚀性较差、易受温度和化学物质影响、维修昂贵，因此，开发新型轴向冲击工具势在必行。使用轴向冲击工具，可以将钻柱与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，所产生的动摩擦力小于静摩擦力，从而起到减摩降阻的作用，同时可以将产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，增强钻压传递能力，增大钻头进尺，加速钻头破岩，提高钻进效率，降低钻井成本。
发明内容
为了解决背景技术中所述的传统冲击工具存在的结构复杂、自身压耗较大、耐冲蚀性较差、易受温度和化学物质影响等问题，减少钻柱与井壁之间的摩擦阻力，增强钻压传递能力，提高钻进效率，本发明提供了一种射流振荡实现轴向的钻井工具。本发明的轴向冲击钻井工具，利用射流在振荡短节内部具有附壁、切换、漩涡等自然流体特性驱动振荡短节产生射流振荡，从而使射流振荡器产生轴向冲击，利用减震器的橡胶减震元件吸收钻井时产生的振动，避免振动向上传递，减少上部钻具疲劳，同时可以将产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动 载，可有效减少钻柱与井壁之间的摩擦，加速钻头破岩，改善钻压传递，提高钻进效率，降低钻井成本。
本发明的技术方案是：所述的钻井工具，通过螺纹连接安装在靠近钻头的上部位置，其包括减震器、射流振荡器，射流振荡器上端连接减震器；所述减震器包括减震器上接头、密封圈a、密封圈b、紧定螺钉、固定活塞、O型密封圈a、油堵、上导向环、上耐磨环、衬套、胶筒、减震轴、减震套、下耐磨环、下导向环、密封圈c、扶正套、耐磨环、密封圈d、O型密封圈b、轴垫、心轴，将耐磨环、密封圈d装入扶正套下端内圆周内，再将扶正套和减震套连接，将O型密封圈b装入轴垫内圆周内，再将轴垫安装到心轴上，然后将心轴装入到减震套内，随后将衬套装在减震轴上，并依次将下导向环、下耐磨环、胶筒、上耐磨环、上导向环装在衬套上，将减震轴与心轴连接，将密封圈a、密封圈b装在固定活塞上后，将固定活塞与减震轴连接，并将紧定螺钉装在固定活塞上，将减震器上接头与减震套连接，最后从注油孔注入液压油后旋紧油堵，利用固定活塞结构来密封液压油，扭矩通过螺纹副和花键结构传递至下部，驱动钻头旋转，钻压来自上部钻具的重量，通过减震器上接头作用在橡胶减震元件上，然后通过心轴向下传递；所述射流振荡器包括振荡器上接头、振荡短节、壳体，将振荡短节安装到壳体内部后，振荡器上接头下端通过螺纹与壳体连接，振荡器上接头上端与心轴下接头连接，所述的振荡短节数量为2件，结构完全相同，相对的贴合面上开有相互联通的流道，振荡短节内设置的流道是对称的，为附壁式双稳射流元件，具有良好的稳定性，易于实现对频率的控制，两构件组合后构成振荡短节，当钻井液流经振荡短节时，将产生射流振荡，从而使射流振荡器产生轴向冲击，增大钻头进尺，提高钻进效率。
本发明的有益效果：(1)射流振荡器以流体为工作介质，利用射流在特定形状的振荡室内的附壁效应进行工作，使用多级射流叠加，使振荡更加剧烈，具有压耗低，结构简单紧凑，成本低，可靠性好等优点；(2)射流振荡器内部不依赖任何机械运动部件或弹性体即可实现射流的振荡切换，与机械或电子元件等其他执行构件相比，耐冲蚀性能较好，不受温度、化学物质的影响，可以适应更多的工作环境；(3)轴向冲击钻井工具可以提供轴向冲击力，能够有效降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，同时可以将产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，加速破岩，改善钻压传递，提高钻进效率，缩短钻井周期，降低钻井成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-减震器上接头，2-密封圈a，3-密封圈b，4-紧定螺钉，5-固定活塞，6-O型密封圈a，7-油堵，8-上导向环，9-上耐磨环，10-衬套，11-胶筒，12-减震轴，13-减震套，14-下耐磨环，15-下导向环，16-密封圈c，17-扶正套，18-耐磨环，19-密封圈d，20-O型密封圈b，21-轴垫，22-心轴，23-振荡器上接头，24-振荡短节，25-壳体。
图2是本发明图1中的A-A面的截面图。
图3是射流振荡器的三维剖视图.
图4是振荡短节的结构示意图。
图5是振荡短节内流道结构示意图。
图6是振荡短节内流体循环线路示意图。
具体实施方式
下面结合图对本发明作进一步说明：
参见图1，所述的射流振荡实现轴向冲击的钻井工具包括减震器、射流振荡器，射流振荡器上端连接减震器；所述减震器包括减震器上接头1、密封圈a2、密封圈b3、紧定螺钉4、固定活塞5、O型密封圈a6、油堵7、上导向环8、上耐磨环9、衬套10、胶筒11、减震轴12、减震套13、下耐磨环14、下导向环15、密封圈c16、扶正套17、耐磨环18、密封圈d19、O型密封圈b20、轴垫21、心轴22，将耐磨环18、密封圈d19装入扶正套17下端内圆周上，再将扶正套17和减震套13连接，将O型密封圈b20装入轴垫21内圆周上，再将轴垫21安装到心轴22上，然后将心轴22装入到减震套13内，随后将衬套10装在减震轴12上，并依次将下导向环15、下耐磨环14、胶筒11、上耐磨环9、上导向环8装在衬套10上，将减震轴12与心轴22连接，将密封圈a2、密封圈b3装在固定活塞5上后，将固定活塞5安装在减震轴12上端，并将紧定螺钉4装在固定活塞5上，将减震器上接头1与减震套13连接，最后从注油孔注入液压油后旋紧油堵7。
所述射流振荡器包括振荡器上接头23、振荡短节24、壳体25，将振荡短节24安装到壳体25内部后，振荡器上接头23下端通过螺纹与壳体25连接，振荡器上接头23上端与心轴22下接头连接，所述的振荡短节24数量为2件，结构完全相同，相对的贴合面上开有相互联通的流道，振荡短节24内设置的流道是对称的，为附壁式双稳射流元件，具有良好的稳定性，易于实现对频率的控制， 两构件组合后构成振荡短节24。
工作时，该工具通过螺纹连接安装在靠近钻头的上部位置，扭矩通过螺纹副和花键结构传递至下部，驱动钻头旋转，钻压来自上部钻具的重量，通过减震器上接头1作用在胶筒11上，然后通过减震轴12、心轴22和射流振荡器传递至钻头上，从而使钻头牙齿吃入地层而破碎岩石；钻井液通过减震器流经振荡短节24时，将产生射流振荡，从而使射流振荡器产生轴向冲击，利用减震器的橡胶减震元件吸收钻井时产生的振动，避免振动向上传递，减少上部钻具疲劳，同时可以将振荡器产生的轴向振动，转化为帮助钻头破岩的冲击动载，增强钻压传递能力，增大钻头进尺，提高钻进效率，缩短钻井周期。
Claims (4)
1.射流振荡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、射流振荡器，射流振荡器上端连接减震器；所述减震器包括减震器上接头（1）、密封圈a（2）、密封圈b（3）、紧定螺钉（4）、固定活塞（5）、O型密封圈a（6）、油堵（7）、上导向环（8）、上耐磨环（9）、衬套（10）、胶筒（11）、减震轴（12）、减震套（13）、下耐磨环（14）、下导向环（15）、密封圈c（16）、扶正套（17）、耐磨环（18）、密封圈d（19）、O型密封圈b（20）、轴垫（21）、心轴（22），将耐磨环（18）、密封圈d（19）装入扶正套（17）下端内圆周上，再将扶正套（17）和减震套（13）连接，将O型密封圈b（20）装入轴垫（21）内圆周上，再将轴垫（21）安装到心轴（22）上，然后将心轴（22）装入到减震套（13）内，随后将衬套（10）装在减震轴（12）上，并依次将下导向环（15）、下耐磨环（14）、胶筒（11）、上耐磨环（9）、上导向环（8）装在衬套（10）上，将减震轴（12）与心轴（22）连接，将密封圈a（2）、密封圈b（3）装在固定活塞（5）上后，将固定活塞（5）安装在减震轴（12）上端，并将紧定螺钉（4）装在固定活塞（5）上，将减震器上接头（1）与减震套（13）连接，最后从注油孔注入液压油后旋紧油堵（7），利用固定活塞（5）结构来密封液压油，扭矩通过螺纹副和花键结构传递至下部，驱动钻头旋转，钻压来自上部钻具的重量，通过减震器上接头（1）作用在橡胶减震元件上，然后通过心轴（22）向下传递；所述射流振荡器包括振荡器上接头（23）、振荡短节（24）、壳体（25），将振荡短节（24）安装到壳体（25）内部后，振荡器上接头（23）下端通过螺纹与壳体（25）连接，振荡器上接头（23）上端与心轴（22）下接头连接，振荡短节（24）上开有流道，当钻井液流经振荡短节（24）时，将产生射流振荡，从而使射流振荡器产生轴向冲击，增大钻头进尺，提高钻进效率。
2.根据权利要求1所述的射流振荡实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：所述的密封圈a（2）数量为4件；所述的密封圈b（3）、密封圈c（16）、密封圈d（19）数量均为2件；所述的紧定螺钉（4）数量为2件。
3.根据权利要求1所述的射流振荡实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：所述的振荡短节（24）数量为2件，结构完全相同，相对的贴合面上开有相互联通的流道，两构件组合后构成振荡短节（24）。
4.根据权利要求3所述的射流振荡实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：所述的振荡短节（24）内设置的流道是对称的，为附壁式双稳射流元件，具有良好的稳定性，易于实现对频率的控制。
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