CN107035319A - 一种油气田钻井用水力减阻振荡器 - Google Patents
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Abstract
一种油气田钻井用水力减阻振荡器，属于石油、天然气钻井设备技术领域，包括弹性短节、动力部分、底部总成三部分组成。弹性短节与动力部分相连，转阀与螺旋轴沿轴向相对滑动配合；下滑阀通过支撑座支撑在外壳内，转阀和下滑阀具有相对贴合的端面，在转阀和下滑阀相对的端面上均开有偏心孔，动力壳体与底部总成相连。振动冲击力向下传递给钻头，促使破岩压力周期变化，有效破碎岩石。本发明具有结构简单、操作方便、安全可靠、压降低、适应性强、不影响钻具结构等特点，对于提高钻速、降低成本具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于石油、天然气钻井设备技术领域，涉及一种钻井装置，具体的说是涉及一种能减小井壁摩擦阻力的油气田钻井用水力减阻振荡器。
背景技术
井下动力钻具由于具有提高机械钻速、增加单只钻头进尺等诸多优点，在定向井中的应用越来越多。但在现有技术的实际使用中，井眼轨迹控制精度高且难度大，管柱受力复杂，钻井摩阻扭矩大，钻压传递困难，岩屑排出困难，固井难度大等。其中钻井摩擦阻力问题成为定向井钻井中不可忽视的问题，并引起了世界钻井界的高度重视。降低摩擦阻力对提高钻速将起到关键性的作用。
传统的水力振荡器通常是采用定阀与动阀阀片相互作用产生压力脉冲实现轴向振动的，但其定阀与动阀接触面积较大，磨损严重，因此整个振荡器的使用寿命较短。而中国专利申请号201520957735.3实用新型专利则公开了一种三维水力振荡器，该水力振荡器由振荡短节和动力短节构成，结构简单紧凑，在钻进过程中可实现径向振动以及轴向振动，以及实现三维层次的降磨减阻，可有效提高机械钻速，该振荡器通过流道口与内凸台的相对运动产生动阀与定阀效果，进而产生压力脉冲实现轴向振动，还可以降低磨损效，可有效提高机械钻速，达到较好的减阻效果，但对于复合钻进，尤其是在井下动力钻具滑动钻进过程中，无法保证给钻头施加真实有效的钻压，严重影响全井平均机械钻速以及钻井周期。同时由于其结构特点，导致工作过程中破岩效率低，生产成本高，振荡器容易损坏，维修成本大。
发明内容
本发明针对上述现有钻井工具效率差、易变形损坏等不足，提出一种油气田钻井用水力减阻振荡器，该装置能更进一步减小井壁摩擦阻力，提高破岩效率。
本发明的技术方案是：一种油气田钻井用水力减阻振荡器，包括底部总成；其特征在于：所述钻井用水力减阻振荡器还由弹性短节和动力部分组成；
所述弹性短节由芯轴、弹性振动外壳、密封圈和芯轴弹簧构成；所述芯轴轴向设置在所述弹性振动外壳的内部，所述芯轴弹簧设置在芯轴的底部与弹性振动外壳之间，压缩所述芯轴弹簧使芯轴向上运动，芯轴弹簧依靠张力使芯轴向下运动，循环往复使芯轴产生周期性的轴向振动；
所述动力部分从上至下依次由外壳、螺旋轴、螺旋叶片、轴承座、转阀弹簧、转阀、下滑阀、圆台、溢流孔、垫肩、套筒、下滑阀弹簧、截流套、动力振动外壳和支撑座构成；所述螺旋叶片安装在所述螺旋轴上，所述螺旋轴两端支承安装在带动提供钻井液通过的通孔轴承座上，所述螺旋叶片受到钻井液的作用发生旋转运动，从而带动螺旋轴转动；在所述螺旋轴朝向所述支撑座的一端连接所述转阀，所述下滑阀通过所述支撑座支撑在所述动力振动外壳内，所述转阀和下滑阀具有相对贴合的端面，在所述转阀和下滑阀相对的端面上均开有偏心孔；转阀的环形端面和圆槽底面之间设置有转阀弹簧，所述下滑阀与转阀之间形成轴向运动的承压面，承压面与支撑座之间设置弹簧；
所述圆台、溢流孔、垫肩和套筒组成节流装置；所述垫肩设置在所述套筒上，所述圆台设置在所述套筒的上方，所述溢流孔设置在圆台和垫肩之间的套筒壁上，圆台正对所述下滑阀，下滑阀设有截流套，所述圆台朝向下滑阀的一端面积小于与套筒连接的一端面积，所述圆台随下滑阀弹簧的压缩进入到截流套内；
所述弹性短节中的弹性振动外壳与动力部分中的外壳通过螺纹旋接连接，所述底部总成与动力外壳的另一端相连，为钻井提供动力。
所述螺旋叶片的螺旋升角为20°，螺距为100mm，螺旋叶片的直径为120mm。
本发明的有益之处：本发明提供的一种油气田钻井用水力减阻振荡器，结构简单、操作方便、安全可靠、压降低、适应性强、不影响钻具结构等特点，对于提高钻速、降低成本具有重要的意义；本发明将调制出的周期性压力波转换为钻头的轴向机械振动，有效改善钻柱与井壁的摩擦阻力，对实现优快钻井、降低生产成本具有重要意义；下滑阀相当于其他旋转配流振荡减阻工具的定阀，截流采用偏心孔与偏心孔配合的结构，能够有效减少转阀与下滑阀的接触面积，延长阀的使用寿命。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图。
图中：芯轴1、弹性振动外壳2、密封圈3、芯轴弹簧4、外壳5、螺旋轴6、螺旋叶片7、轴承座8、转阀弹簧9、转阀10、下滑阀11、圆台12、溢流孔13、垫肩14、套筒15、下滑阀弹簧16、截流套17、动力振动外壳18、支撑座19、底部总成20。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种油气田钻井用水力减阻振荡器，包括底部总成；钻井用水力减阻振荡器还由弹性短节和动力部分组成；
弹性短节由芯轴1、弹性振动外壳2、密封圈3和芯轴弹簧4构成；芯轴1轴向设置在所述弹性振动外壳2的内部，芯轴弹簧4设置在芯轴1的底部与弹性振动外壳2之间，压缩芯轴弹簧4使芯轴1向上运动，芯轴弹簧4依靠张力使芯轴1向下运动，循环往复使芯轴1产生周期性的轴向振动；
动力部分从上至下依次由外壳5、螺旋轴6、螺旋叶片7、轴承座8、转阀弹簧9、转阀10、下滑阀11、圆台12、溢流孔13、垫肩14、套筒15、下滑阀弹簧16、截流套17、动力振动外壳18和支撑座19构成；螺旋叶片7安装在螺旋轴6上，螺旋轴6两端支承安装在带动提供钻井液通过的通孔轴承座8上，螺旋叶片7受到钻井液的作用发生旋转运动，从而带动螺旋轴6转动；在螺旋轴6朝向支撑座19的一端连接转阀10，下滑阀11通过支撑座19支撑在动力振动外壳18内，转阀10和下滑阀11具有相对贴合的端面，在转阀10和下滑阀11相对的端面上均开有偏心孔；转阀10的环形端面和圆槽底面之间设置有转阀弹簧9，下滑阀11与转阀10之间形成轴向运动的承压面，承压面与支撑座19之间设置弹簧16；
圆台12、溢流孔13、垫肩14和套筒15组成节流装置；垫肩14设置在套筒15上，圆台12设置在套筒15的上方，溢流孔13设置在圆台12和垫肩14之间的套筒15壁上，圆台12正对下滑阀11，下滑阀11设有截流套17，圆台12朝向下滑阀11的一端面积小于与套筒15连接的一端面积，圆台12随下滑阀弹簧16的压缩进入到截流套17内；
弹性短节中的弹性振动外壳2与动力部分中的外壳5通过螺纹旋接连接，螺纹为梯形螺纹；底部总成20与动力外壳18的另一端相连，为钻井提供动力；螺旋叶片的螺旋升角为20°，螺距为100mm，螺旋叶片的直径为120mm。
如图1所示，一种油气田钻井用水力减阻振荡器的工作原理如下：本发明产生机械振动时，钻井液驱动螺旋叶片旋转，螺旋叶片带动阀片运动，使阀片和定阀的流通孔相互交错，调制出周期性压力波，压力波向上传递给弹簧，带动振动外壳在轴向发生持续的周期性振动，有效改善钻柱与井壁的摩擦阻力，提高钻进速度。弹性短节振动的频率、振幅、通过调整动力总成的结构尺寸、螺旋叶片的结构尺寸弹簧的性能参数以及钻井液的流量来实现。螺旋轴的旋转带动转阀旋转，转阀与下滑阀间歇性配合，控制过流面积实现工具内转阀上端的压力周期性变化的功能，该压力脉冲进而反应到振动活塞上，带动振动轴实现一定频率的振动。支撑座上安装的节流阀在Z转阀与下滑阀的作用下实现压力脉冲之后，在下滑阀、主轴和转阀之间弹簧以及下滑阀和支撑座之间弹簧的作用下实现转阀和下滑阀的整体位移变化即振动，在该振动作用下，下滑阀与节流阀的实现间歇配合，从而实现二次节流，增强压力脉冲，能够在小直径小流量的工况下有效增强振动效果，从而提高减阻效率。
Claims (2)
1.一种油气田钻井用水力减阻振荡器，包括底部总成；其特征在于：所述钻井用水力减阻振荡器还由弹性短节和动力部分组成；
所述弹性短节由芯轴(1)、弹性振动外壳(2)、密封圈(3)和芯轴弹簧(4)构成；所述芯轴(1)轴向设置在所述弹性振动外壳(2)的内部，所述芯轴弹簧(4)设置在芯轴(1)的底部与弹性振动外壳(2)之间，压缩所述芯轴弹簧(4)使芯轴(1)向上运动，芯轴弹簧(4)依靠张力使芯轴(1)向下运动，循环往复使芯轴(1)产生周期性的轴向振动；
所述动力部分从上至下依次由外壳(5)、螺旋轴(6)、螺旋叶片(7)、轴承座(8)、转阀弹簧(9)、转阀(10)、下滑阀(11)、圆台(12)、溢流孔(13)、垫肩(14)、套筒(15)、下滑阀弹簧(16)、截流套(17)、动力振动外壳(18)和支撑座(19)构成；所述螺旋叶片(7)安装在所述螺旋轴(6)上，所述螺旋轴(6)两端支承安装在带动提供钻井液通过的通孔轴承座(8)上，所述螺旋叶片(7)受到钻井液的作用发生旋转运动，从而带动螺旋轴(6)转动；在所述螺旋轴(6)朝向所述支撑座(19)的一端连接所述转阀(10)，所述下滑阀(11)通过所述支撑座(19)支撑在所述动力振动外壳(18)内，所述转阀(10)和下滑阀(11)具有相对贴合的端面，在所述转阀(10)和下滑阀(11)相对的端面上均开有偏心孔；转阀(10)的环形端面和圆槽底面之间设置有转阀弹簧(9)，所述下滑阀(11)与转阀(10)之间形成轴向运动的承压面，承压面与支撑座(19)之间设置弹簧(16)；
所述圆台(12)、溢流孔(13)、垫肩(14)和套筒(15)组成节流装置；所述垫肩(14)设置在所述套筒(15)上，所述圆台(12)设置在所述套筒(15)的上方，所述溢流孔(13)设置在圆台(12)和垫肩(14)之间的套筒(15)壁上，圆台(12)正对所述下滑阀(11)，下滑阀(11)设有截流套(17)，所述圆台(12)朝向下滑阀(11)的一端面积小于与套筒(15)连接的一端面积，所述圆台(12)随下滑阀弹簧(16)的压缩进入到截流套(17)内；
所述弹性短节中的弹性振动外壳(2)与动力部分中的外壳(5)通过螺纹旋接连接，所述底部总成(20)与动力外壳(18)的另一端相连，为钻井提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种油气田钻井用水力减阻振荡器，其特征在于：所述螺旋叶片的螺旋升角为20°，螺距为100mm，螺旋叶片的直径为120mm。
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