CN106948760A - 一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器，随着小井眼连续油管应用越来越广泛，连续油管强度更小，所以在连续油管钻进时,更容易产生屈曲，而且连续油管不旋转，从而产生比常规钻井更大的摩擦阻力，特别是在钻水平井和定向井时，这种阻力会严重影响水平段长度，影响钻压的施加，更严重的会导致下钻下不到井底，基于此本发明设计的小尺寸水力振荡减阻器能使管柱串产生一定频率和振幅的周期性的振动，使送进过程中管柱串与井壁的静摩阻变成动摩阻，可以有效解决连续油管钻井时管柱串出现的屈曲、摩擦力大的难题，此外在减小送进过程中的摩擦阻力外，还可提高机械钻速、增加水平进尺和缩短钻进周期方面具有明显优势。

Description

一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器

技术领域

本发明涉及油田钻井用减摩降阻用井下工具，特别涉及连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器。

背景技术

最近几年，连续油管钻井已在国外油气田规模应用。特别是在页岩气等非常规天然气开发中，小井眼连续油管钻井技术、欠平衡连续油管钻井及定向钻井技术发展迅速。

随着小井眼连续油管应用越来学广泛，连续油管管径更小，强度也随之变小，所以在连续油管钻进时,更容易产生屈曲，而且连续油管不旋转，从而产生比常规钻井更大的摩擦阻力。特别是在钻水平井和定向井时，这种阻力会严重影响水平段长度，影响钻压的施加，更严重的会导致下钻下不到井底。

目前为减小这种阻力的常规方法有改良钻井液、优化井眼轨迹、提高洗井效率，加强固相控制、优化钻具组合，此外，最新的方法有，使用油基泥浆钻井液和使用最新的钻井设备，但配套的钻井液混配车车身长，对于井场及道路要求高，多数老井场不具备施工条件；国产连续油管螺杆钻具处于研发试用阶段，井深及井温局限性明显，进口螺杆钻具受技术垄断影响，服务价格高，需要施工前采用专业软件进行模拟，施工指挥要具有丰富的施工操作经验，施工成本较高。

应用井下牵引器是避免连续油管发生屈曲最好的方法，一般情况下，牵引器是被安装在连续油管的末端的，井壁会对牵引器产生一个反作用力，进而可以拉动连续管向前运动，从而使得连续油管一直保持被拉伸状态。所以，这能够有效地使得连续油管减小屈曲，使得摩阻减小，所以在牵引器的帮助下，连续油管钻井作业可以获得比较大的进尺。但目前对牵引器的研发技术还不成熟，并且结构比较复杂，制造成本较高，还需要井下输送电缆设备等辅助设备，此种方式也还需要进一步研发和推广。

井下增压器是用双重作用的增强器从而使得可以持续的产生高压力。国内外研究表明,采用井底增压喷射钻井技术能够大幅度提高机械钻速，减小连续油管屈曲的发生，减小摩阻增大进尺，也是一项具有广阔应用前景的前沿钻井新技术。但是，目前现有井底增压装置的工作寿命不长，因此这也成为目前制约这项技术发展的关键因素，还有待今后进一步的研究。

上述方法都存在一些不足与缺陷，如适用条件的要求和受到其他因素的限制等，相对于其他减阻技术，在井下钻柱引入水力振荡器，可以使钻柱产生一定频率和振幅的周期性的振动，使送进过程中的静摩阻变成动摩阻，在减小送进过程中的摩擦阻力、提高机械钻速、增加水平进尺和缩短钻进周期方面具有明显优势。考虑到上述情况，本专利设计一种用于产生一定频率和振幅的周期性的轴向振动的小尺寸水力振荡器，可以从根本上解决连续油管钻井发生屈曲，钻井摩阻较大，进尺少的问题。在近钻头处，配合井下动力工具，实现减摩降阻功能，结构简易，加工成本低，操作维修方便，适应性强，具有安全、可靠的优点。

发明内容

本发明涉及油田连续油管钻井用减摩降阻用井下工具，随着小井眼连续油管应用越来学广泛，连续油管强度更小，所以在连续油管钻进时,更容易产生屈曲，而且连续油管不旋转，从而产生比常规钻井更大的摩擦阻力。特别是在钻水平井和定向井时，这种阻力会严重影响水平段长度，影响钻压的施加，更严重的会导致下钻下不到井底。基于此本专利设计一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡器，可以有效解决连续油管钻井时出现的屈曲、摩擦力大的难题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡器，从整体结构上来看，主要由上接头、供液盘、定子壳体、转子、橡胶衬套、动阀、定阀、隔套、O型密封圈、阀座、下接头组成，工作时，振荡减阻器的工作原理为振动短节的心轴中间是空心结构，当钻井液通过心轴经过动力短节，驱动螺杆转子旋转，转子末端与振荡阀盘相连，由于螺杆的工作特性，末端在径向平面上做往复运动，最下部的定阀盘与振荡阀盘紧密配合，振荡阀盘上有偏心的过流孔，而定阀盘的过流孔设置在中心，由于转子旋转，振荡阀组作近线性的前后扫动，导致两个阀盘的过流孔周期性交错和重合，这样的运动就导致工具下端过流断面面积发生周期性地变化，从而使工具上部的压力发生周期性变化，会产生轴向脉冲压力就引起了工具的轴向振动，改善钻柱与井壁或套筒之间的摩擦条件，从而起到振动减摩降扭的作用。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器,所述减阻器尺寸为2 7/8英寸，制造工艺和设计都与小井眼钻进的连续油管钻井相配套。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的动力短接由定子壳体、螺杆转子、橡胶衬套组成。由于螺杆的工作特性，螺杆转子和橡胶衬套为过盈配合，钻井液通过短接可保证上下部足够压差，可以使螺杆转子在橡胶衬套内做周期性的行星运动。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的下部的螺杆转子与振荡阀盘连接，当螺杆转子转动时，使振荡阀盘末端在径向平面上做往复运动，而定阀盘又与振荡阀盘紧密配合，导致两个阀盘的过流孔周期性交错和重合，这样的运动就导致工具下端过流断面面积发生周期性地变化，从而使工具上部的压力发生周期性变化，会产生轴向脉冲压力就引起了工具的轴向振动。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的供液盘由耐冲蚀合金制成，沿周向方向开有4个通孔，供钻井液流通和产生所需的工作压力，还起到分流作用。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的螺杆转子的转动速度可以根据钻井泵的泵压来调节，从而可以根据减摩降阻要求相应地调整减阻器整体的频率及振幅。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的密封机构比较新颖，阀座和下接头都经过特殊双台阶螺纹设计及双重密封结构，可以防止钻井液的回流、漏失及冲蚀钻具螺纹，保证压差的合理范围。

上述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的上接头与上部钻具组合相连接，下部与定子壳体连接，上接头、下接头、定子壳体两端都车内螺纹，下接头上端螺纹与定子壳体连接，下端可与小尺寸动力钻具连接。

一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器,相比目前已用的减阻方式有如下优势：

1)改善井下钻压传递效果。该工具在井底钻具进行定向钻进或滑动钻进时应用效果明显，降低了滑动钻进时粘附卡钻、托压的可能性，可施加小钻压钻进，减少了因反扭矩而使工具面失控的情况。

2)有效提高机械效率。大大改善了钻压传递，与PDC钻头或牙轮钻头配合施工可提高钻头的定向能力和钻头滑动钻进能力，显著提高机械效率。

3)明显降低摩阻。轻微振动井下钻具组合，改善钻柱与井壁之间的摩擦条件，减少了粘附卡钻、压差卡钻的可能性。

4)与MWD/LWD兼容。不会损坏MWD/LWD工具或干扰信号传递，减少横向振动和扭矩波动，位于MWD/LWD上部或下部皆可。

5)与各种钻头均配合良好。可以同牙轮钻头或PDC钻头一起使用，对钻头齿或轴承无冲击损坏。

附图说明

图1为一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的结构示意图。

图2为一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的动、静阀盘结构图。

图3为一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器动、静阀盘三维剖视图。

图4为一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器两个阀盘的过流孔交错和重合示意图。

图5为一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器动力部分A-A截面图。

图面说明：

1-上接头，2-供液盘，3-定子壳体，4-转子，5-橡胶衬套，6-振荡阀盘，7-定阀盘，8-隔套，9-O型密封圈，10-阀座，11-下接头。

具体实施方式

以下描述本发明的具体实施方式，但并非用以限定本发明。

结合附图与实施案例对本发明进一步说明。

本发明所述的一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的结构组成及工作流程：

一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器，从整体上来看，主要由上接头1，供液盘2，定子壳体3，螺杆转子4，橡胶衬套5，振荡阀盘6，定阀盘7，隔套8，O型密封圈9，阀座10，下接头11组成。一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的上接头1与上部钻具连接，其内部为中心通孔，便于钻井液流通，供液盘2上开有周向4个通孔，当钻井液经过供液盘2通孔，经过动力短节，动力短节为关键部件，由螺杆转子4、定子壳体3及橡胶衬套5组成，驱动螺杆转子4旋转，螺杆转子4末端与振荡阀盘6相连，由于螺杆的工作特性，螺杆转子4和橡胶衬套5为过盈配合，保证上下部压差，末端在径向平面上做往复运动，最下部的定阀盘7与振荡阀盘6紧密配合，振荡阀盘6上有偏心的过流孔，而定阀盘7的过流孔设置在中心，由于螺杆转子4旋转，振荡阀盘6作近线性的前后扫动，导致两个阀盘的过流孔周期性交错和重合，这样的运动就导致工具下端过流断面面积发生周期性地变化，从而使工具上部的压力发生周期性变化，这样对上部钻具组合产生脉冲压力就引起了工具的轴向振动，改善钻柱与井壁或套筒之间的摩擦条件，从而起到振动减摩降扭的作用。

Claims (8)

1.一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器，从整体上来看，主要由上接头(1)，供液盘(2)，定子壳体(3)，螺杆转子(4)，橡胶衬套(5)，振荡阀盘(6)，定阀盘(7)，隔套(8)，O型密封圈(9)，阀座(10)，下接头(11)组成。工作时，当高压钻井液通过上接头(1)及供液盘(2)经过动力短节，驱动螺杆转子(4)旋转，动力短接进出口之间会产生压差，推动螺杆转子(4)做行星运动，螺杆转子(4)末端与振荡阀盘(6)相连，从而使振荡阀盘(6)末端在径向平面上做往复运动，最下部的定阀盘(7)与振荡阀盘(6)紧密配合，振荡阀盘(6)上有偏心的过流孔，而定阀盘(7)的过流孔设置在中心，由于螺杆转子(4)旋转，振荡阀组作近线性的前后扫动，导致两个阀盘的过流孔周期性交错和重合，这样的运动就导致工具下端过流断面面积发生周期性地变化，从而使工具上部的压力发生周期性变化，会产生轴向脉冲压力就引起了工具的轴向振动，改善连续油管管柱串与井壁或套筒之间的摩擦条件，从而起到振动减摩降扭的作用。

2.根据权利要求书1所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的尺寸为2 7/8英寸，制造工艺和设计都与小井眼钻进的连续油管钻井相配套。

3.根据权利要求书1所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的动力短接由定子壳体(3)，螺杆转子(4)，橡胶衬套(5)，组成。由于螺杆的工作特性，螺杆转子(4)和橡胶衬套(5)为过盈配合，钻井液通过短接可保证上下部足够压差，可以使螺杆转子(4)在橡胶衬套(5)内做周期性的行星运动。

4.根据权利要求书1及2及3所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的下部的螺杆转子(4)与振荡阀盘(6)连接，当螺杆转子(4)转动时，使振荡阀盘(6)末端在径向平面上做往复运动，而定阀盘(7)又与振荡阀盘(6)紧密配合，导致两个阀盘的过流孔周期性交错和重合，这样的运动就导致工具下端过流断面面积发生周期性地变化，从而使工具上部的压力发生周期性变化，会产生轴向脉冲压力就引起了工具的轴向振动。

5.根据权利要求书1所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的供液盘(2)由耐冲蚀合金制成，沿周向方向开有4个通孔，供钻井液流通和产生所需的工作压力，还起到分流作用。

6.根据权利要求书1所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的螺杆转子(4)的转动速度可以根据钻井泵的泵压来调节，从而可以根据减摩降阻要求相应地调整减阻器整体的频率及振幅。

7.根据权利要求书1所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的密封机构比较新颖，阀座(10)和下接头(1)都经过特殊双台阶螺纹设计及双重密封结构，可以防止钻井液的回流、漏失及冲蚀钻具螺纹，保证压差的合理范围。

8.根据权利要求书1所述一种连续油管钻井用小尺寸水力振荡减阻器的上接头(1)与上部钻具组合相连接，下部与定子壳体(3)连接，上接头(1)、下接头(11)、定子壳体(3)两端都车内螺纹，下接头(11)上端螺纹与定子壳体(3)连接，下端可与小尺寸动力钻具连接。