CN106948761A - 一种水力震荡器 - Google Patents

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刘伟
杨晓峰
黄兵
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Abstract

本发明公开了一种水力震荡器，包括震荡短节、动力部分和脉冲短节，所述的动力部分主要由定子和转子组成，转子位于定子内，转子下端连接传动杆，转子带动传动杆转动，传动杆连接动阀，传动杆带动动阀转动，沿动阀轴向开有中心孔一和偏心孔一；所述的脉冲短节内安装有定阀，沿定阀轴向开有中心孔二和偏心孔二，定阀内安装有弹簧和截止阀，脉冲短节本体上开有径向孔，径向孔处安装有耐磨套，动阀连续转动，带动所述偏心孔一与定阀上的偏心孔二形成周期性重叠时，钻井液流经偏心孔二，并通过径向孔泄流到钻柱外。本发明构思新颖，工具结构简单，寿命更长，可靠性高，能够有效改善钻压传递效果，进而提高钻井速度和节约钻井成本。

Description

一种水力震荡器
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井设备技术领域，特别涉及一种在定向井、水平井钻井中能有效改善钻压传递效果以提高钻井速度和降低钻井成本的水力振荡器。
背景技术
定向井、水平井已是当前国内油气田开发所采用的主要井型，而在钻井过程中，一般依靠钻柱的重量向钻头施加压力来破碎岩石。由于钻柱与井壁接触产生摩擦阻力，随着井斜的增大和接触井段的增长，摩擦阻力随之增加，导致钻柱重量不能施加到钻头上，造成“托压”现象，从而影响钻井速度和钻井安全。为此，石油厂商推出了一种水力振荡器，利用钻井液通过钻具时造成液柱压力周期性变化，从而使钻柱产生周期性轴向冲击，带动钻柱在钻井过程中产生振荡，达到减少钻柱与井壁的摩擦阻力、改善钻压传递的效果，进而达到提高机械钻速和降低成本的目的。
由于目前的水力振荡器均在钻柱内通过周期性减小流道面积的方式产生压力激动，对钻井设备的冲击影响较大，造成设备易损坏，并且增加了钻井机械负荷。同时由于采用单头螺杆或涡轮，动力部分转动速度快，导致振动频率高，改善“托压”的效果有限且易损坏MWD等井下仪器。
现有的水力振荡器都是由动力部分、阀门系统、轴承系统、振荡短节组成，工具的动力由单头马达或涡轮组成，当流体流经动力部分时，驱动心轴转动，再带动阀门转动，周期性地改变钻柱内钻井液流道面积，导致上游压力周期性变化，这种周期性变化的压力在作用于振荡短节上，形成工具整体周期性振动，从而使钻柱振动以达到将钻柱与井壁的静摩擦阻力转变为动摩擦力，实现降低摩擦阻力和改善钻压传递的效果的目的。
目前，公开的现有技术（如专利2013103048883、2014103035657、201510319129等），水力振荡器由单头马达或涡轮组成动力部分带动阀门转动，改变了钻柱内钻井液的流道面积，由于钻井液始终流经钻柱内部，流道变小造成了钻柱内压力升高，产生压力正波动，并且由于单头马达或涡轮高转速特性决定了其产生较高的振动频率，在实际应用过程中，由于阀门转动产生压力正波动，对钻井管汇、泥浆泵等都存在冲击，影响设备寿命；振动频繁，难以将振动传递到更远的距离，改善“托压”不理想，当管柱中安装有MWD时，频繁振动极易损坏MWD。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的 “产生压力正波动，对钻井管汇、泥浆泵等都存在冲击，影响设备寿命；振动频繁，难以将振动传递到更远的距离，改善‘托压’不理想，当管柱中安装有MWD时，频繁振动极易损坏MWD”的缺陷或不足，提供一种利用水力压力负波动来使钻柱产生震荡的水力振荡器。本发明构思新颖，工具结构简单，寿命更长，可靠性高，能够有效改善钻压传递效果，进而提高钻井速度和节约钻井成本。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种水力震荡器，包括震荡短节、动力部分和脉冲短节，其特征在于：所述的动力部分主要由定子和转子组成，转子位于定子内，转子下端连接传动杆，转子带动传动杆转动，传动杆连接动阀，传动杆带动动阀转动，沿动阀轴向开有中心孔一和偏心孔一；所述的脉冲短节内安装有定阀，沿定阀轴向开有中心孔二和偏心孔二，定阀内安装有弹簧和截止阀，脉冲短节本体上开有径向孔，径向孔处安装有耐磨套，动阀连续转动，带动所述偏心孔一与定阀上的偏心孔二形成周期性重叠时，钻井液流经偏心孔二，并通过径向孔泄流到钻柱外。
钻井液动能转换为机械能，带动截止阀动作，钻柱内外形成流道，钻井液经径向孔泄流到钻柱外，造成钻柱内压力降低，形成周期性压力负波动，从而带动振荡短节振动。
所述的转子为多头螺杆。
所述的径向孔处安装有耐磨套。
所述的定子空心圆柱状的壳体。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、采用压力负波动替代现有技术的压力正波动，能有效降低损坏钻柱、钻头、MWD的风险；
2、采用多头螺杆替代现有技术的单头螺杆或涡轮，有效降低振动频率，避免了振动损坏MWD；
3、采用钻井液动能提供截止阀开关能量，结构简单可靠。
4、本发明提供的水力振荡器，其振动频率更低、对钻井设备及仪器影响更小，能有效提高解决“托压”效果，适用于定向井、水平井钻井，特别适用于滑动钻井“托压”井、深井滑动钻井，能有效改善钻压传递的效果，提高钻井速度和降低成本，具有广阔的应用前景。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明连接方式示意图；
图2为本发明结构详图；
图3为动阀结构示意图；
图4位定阀结构示意图。
图中标记：
1、定子，2、转子，3、传动杆，4、动阀，5、中心孔一，6、定阀，7、中心孔二，8、偏心孔一，9、偏心孔二，10、截止阀，11、径向孔，12、耐磨套，13、震荡短节，14、动力部分，15、脉冲短节。
具体实施方式
实施例1
参照说明书附图，本发明公开了一种水力震荡器，包括震荡短节、动力部分和脉冲短节，所述的动力部分主要由定子1和转子2组成，转子2位于定子1内，转子2下端连接传动杆3，转子2带动传动杆3转动，传动杆3连接动阀4，传动杆3带动动阀4转动，沿动阀4轴向开有中心孔一5和偏心孔一8；所述的脉冲短节内安装有定阀6，沿定阀6轴向开有中心孔二7和偏心孔二9，定阀6内安装有弹簧和截止阀10，脉冲短节本体上开有径向孔11，径向孔11处安装有耐磨套12，动阀4连续转动，带动所述偏心孔一8与定阀6上的偏心孔二9形成周期性重叠时，钻井液流经偏心孔二9，钻井液动能转换为机械能，带动截止阀10动作，钻柱内外形成流道，钻井液经径向孔11泄流到钻柱外，造成钻柱内压力降低，形成周期性压力负波动，从而带动振荡短节振动。
实施例2
在上述实施例的基础上，更优的，所述的转子2为多头螺杆。所述的径向孔11处安装有耐磨套12。所述的定子1空心圆柱状的壳体。本发明提供了一种振动频率更低、钻井设备及仪器影响更小，能有效提高解决“托压”效果的水力振荡器，适用于定向井、水平井钻井，特别适用于滑动钻井“托压”井、深井滑动钻井，能有效改善钻压传递的效果，提高钻井速度和降低成本，具有广阔的应用前景。

Claims (3)

1.一种水力震荡器，包括震荡短节、动力部分和脉冲短节，其特征在于：所述的动力部分主要由定子（1）和转子（2）组成，转子（2）位于定子(1)内，转子(2)下端连接传动杆(3)，转子(2)带动传动杆(3)转动，传动杆(3)连接动阀(4)，传动杆(3)带动动阀(4)转动，沿动阀(4)轴向开有中心孔一(5)和偏心孔一(8)；所述的脉冲短节内安装有定阀(6)，沿定阀(6)轴向开有中心孔二(7)和偏心孔二(9)，定阀(6)内安装有弹簧和截止阀(10)，脉冲短节本体上开有径向孔(11)，径向孔(11)处安装有耐磨套(12)，动阀(4)转动，带动所述偏心孔一(8)与定阀(6)上的偏心孔二(9)形成周期性重叠时，钻井液流经偏心孔二(9)，并通过径向孔(11)泄流到钻柱外。
2.根据权利要求1所述的一种水力震荡器，其特征在于：所述的转子(2)为多头螺杆。
3.根据权利要求1所述的一种水力震荡器，其特征在于：所述的径向孔(11)处安装有耐磨套(12)。
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