CN107461167A - 一种井下振动减阻装置 - Google Patents

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吴文秀
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production

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Abstract

本发明涉及一种减阻装置；具体涉及一种井下振动减阻装置。该井下振动减阻装置由上接头、上壳体、振动管、筛管、振动锤、下壳体和下接头构成，振动管的一端通过上壳体螺纹安装有上接头，振动管的另一端通过下壳体螺纹安装有下接头，上壳体内活动安装有筛管，振动管内活动安装有心轴，心轴一端螺纹安装有活塞，心轴另一端螺纹安装有振动锤，振动锤一侧设置有蝶形弹簧，蝶形弹簧的一端与振动锤接触连接，蝶形弹簧的另一端与下接头接触连接，筛管与活塞间歇接触连接。该装置将钻井液的动能转化为机械振动能，使钻柱在轴向方向上高频振动，有效减小钻柱与井壁间的摩擦力，提高钻压向钻头的传递效率。

Description

一种井下振动减阻装置
技术领域
本发明涉及一种减阻装置；具体涉及一种井下振动减阻装置。
背景技术
随着石油勘探开发领域不断扩大，需要开发长水平、大斜度及多分支井等复杂结构井的数量越来越多。而这些复杂油井普遍存在较大的井斜角，较大的井斜角使石油钻杆柱与井壁间的摩擦阻力明显增加，摩擦阻力问题已成为开采复杂油井最为突出的制约因素，很多情况下关系着钻井的成败。国内主要采用以泥浆马达为动力的滑动钻井系统实施钻井作业，动力钻具带动钻头旋转钻进，而钻柱本身并不旋转，但由于钻柱自重的作用平躺在井底导致摩擦阻力较大，而且仅靠钻柱重力施加钻压的方式难以有效施加钻压，降低了钻压向钻头的传递效率，减小了水平进尺，影响了机械钻井速度。因此，有必要对此进行改进。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单，使用方便，以解决有效减小石油钻杆柱与井壁间的摩擦阻力的问题，且能提高钻压向钻头的传递效率的井下振动减阻装置。
本发明的技术方案是：
一种井下振动减阻装置，它由上接头、上壳体、振动管、筛管、振动锤、下壳体和下接头构成，其特征在于：振动管的一端通过上壳体螺纹安装有上接头，振动管的另一端通过下壳体螺纹安装有下接头，上壳体内活动安装有筛管，振动管内活动安装有心轴，心轴一端螺纹安装有活塞，心轴另一端螺纹安装有振动锤，振动锤一侧设置有蝶形弹簧，蝶形弹簧的一端与振动锤接触连接，蝶形弹簧的另一端与下接头接触连接，所述的筛管与活塞间歇接触连接。
所述的上壳体内壁上设置有密封凸台，密封凸台一侧的筛管上设置有复位弹簧，筛管通过密封凸台与上壳体滑动密封连接。
所述的密封凸台上设置有密封圈。
所述的筛管一端端头为密封状，筛管另一端端口圆周上设置有凸缘，筛管上端圆周上均布有筛孔。
所述的振动锤呈圆盘状，振动锤的中心部位设置有阶梯孔，阶梯孔的大径孔内壁上设置有螺纹，用于与心轴的螺纹连接。
所述的心轴为管状体。
所述的活塞呈圆盘状，活塞的中心部位设置有阶梯孔，阶梯孔的大径孔内壁上设置有螺纹，用于与心轴的螺纹连接，活塞外表圆周上间隔状设置有多个密封圈装配槽。
本发明的有益效果在于：
该井下振动减阻装置通过筛管与上壳体的配合作为压差动力源及筛管与活塞的配合，将钻井液的动能转化为机械振动能，使钻柱在轴向方向上高频振动，从而将钻柱与井壁间的静摩擦力转化为动摩擦力，能有效减小平均摩擦力，提高钻速。同时，通过钻柱轴向方向上高频振动，改变了仅靠钻柱重力施加钻压的方式，使钻具振动时有一定的冲击力，提高了钻压向钻头的传递效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的上壳体的结构示意图；
图3为本发明的筛管的结构示意图；
图4为本发明的振动锤的结构示意图；
图5为本发明的心轴的结构示意图；
图6为本发明的活塞的结构示意图。
图中：1、上接头，2、上壳体，3、筛管，4、复位弹簧，5、密封凸台，6、密封圈，7、凸缘，8、下接头，9、筛孔，10、振动管，11、活塞，12、密封圈装配槽，13、心轴，14、下壳体，15、振动锤，16、大径孔，17、碟形弹簧，18、前腔室，19、后腔室。
具体实施方式
该井下振动减阻装置由上接头1、上壳体2、振动管10、筛管3、振动锤15、下壳体14和下接头8构成，振动管10的一端通过上壳体2螺纹安装有上接头1，振动管10的另一端通过下壳体14螺纹安装有下接头8。
上壳体2内活动安装有筛管3，筛管3一端端头为密封状，筛管3另一端端口圆周上设置有凸缘7，筛管3上端圆周上均布有筛孔9。设置凸缘7的目的一是增加筛管3整体的装配平衡；二是在工作时增加钻井液对其的冲击力。
上壳体2内壁上设置有密封凸台5，从而将上壳体2的中心孔分割成两个相互独立的前腔室18和后腔室19，筛管3通过密封凸台5与上壳体2滑动密封连接，前腔室18内的筛管3上安装有复位弹簧4，复位弹簧4一端与凸缘7接触连接，复位弹簧4另一端与密封凸台5端面接触连接。密封凸台5上设置有密封圈6，以保证密封凸台5与筛管3之间的密封性。
振动管10内活动安装有心轴13，心轴13为管状体，心轴13一端螺纹安装有活塞11，活塞11呈圆盘状，活塞11的中心部位设置有阶梯孔，阶梯孔的大径孔16内壁上设置有螺纹，用于与心轴13的螺纹连接；活塞11与筛管3间歇接触连接，活塞11外表圆周上间隔状设置有多个密封圈装配槽12，用于安装密封圈，以保证活塞11与振动管10之间的密封性。
心轴13另一端螺纹安装有振动锤15，振动锤15呈圆盘状，振动锤15的中心部位设置有阶梯孔，阶梯孔的大径孔16内壁上设置有螺纹，用于与心轴13的螺纹连接。
振动锤15一侧的下壳体14内设置有蝶形弹簧17，蝶形弹簧17的一端与振动锤15接触连接，蝶形弹簧17的另一端与下接头8接触连接。
该井下振动减阻装置工作时通过上接头1连接钻杆，通过下接头8安装钻具，工作过程中，通过活塞11与筛管3的间歇接触实现钻井液流道的开启与关闭；从而产生振动力，进而提高钻头的破岩能力，达到提高钻速的目的，具体为：
钻井液经上接头1进入上壳体2内的腔室筛管3中，并通过筛孔9进入至前腔室18中，由于筛管3一端端头为密封状，当筛管3、前腔室18内充满钻井液后即可形成憋压，随着钻井液压力的增加，筛管3向下运行并压缩复位弹簧4使其蓄能。
随着筛管3的向下运行，筛管3的端头与与活塞11逐步接触，并对活塞11的阶梯孔实现封堵，从而通过活塞11推动心轴13向下运行，这一过程中，筛管3的筛孔9部位逐步运行至后腔室19内，钻井液经筛孔9在后腔室19内汇集，与此同时，筛管3继续推动心轴13向下运行，并通过振动锤15压缩蝶形弹簧17使其蓄能。
由于筛管3的行程距离小于心轴13的行程距离，当筛管3运行至行程止点时，筛管3不再向下运行，此时心轴13也停止向下运行。这一过程中，钻井液经筛孔9在后腔室19内不断汇集，当后腔室19内的钻井液压力达到一定值后，通过活塞11再次推动心轴13向下运行，此时筛管3与活塞11的封堵状态解除，钻井液经活塞11的阶梯孔进入心轴13，由此实现钻井液流道的开启，当钻井液的流道开启后，筛管3和活塞11所受的压力消除，筛管3在复位弹簧4的作用下上行复位，同时活塞11也在蝶形弹簧17的作用下上行复位。
活塞11在上行复位过程中，振动锤15撞击下壳体14的台肩从而产生振动力，该振动力经下接头8传递至钻头即可提高钻头的破岩能力，达到提高钻速的目的。
如此反复即可产生持续的高频轴向振动。
该井下振动减阻装置通过高频轴向振动，将钻柱与井壁间的静摩擦力转化为动摩擦力，能有效减小平均摩擦力，提高钻速。同时，通过钻柱轴向方向上高频振动，改变了仅靠钻柱重力施加钻压的方式，使钻具振动时有一定的冲击力，提高了钻压向钻头的传递效率。

Claims (7)

1.一种井下振动减阻装置，它由上接头（1）、上壳体（2）、振动管（10）、筛管（3）、振动锤（15）、下壳体（14）和下接头（8）构成，其特征在于：振动管（10）的一端通过上壳体（2）螺纹安装有上接头（1），振动管（10）的另一端通过下壳体（2）螺纹安装有下接头（8），上壳体（2）内活动安装有筛管（3），振动管（10）内活动安装有心轴（13），心轴（13）一端螺纹安装有活塞（11），心轴（13）另一端螺纹安装有振动锤（15），振动锤（15）一侧设置有蝶形弹簧（17），蝶形弹簧（17）的一端与振动锤（15）接触连接，蝶形弹簧（17）的另一端与下接头（8）接触连接，所述的筛管（3）与活塞（11）间歇接触连接。
2.根据权利要求1所述的一种井下振动减阻装置，其特征在于：所述的上壳体（2）内壁上设置有密封凸台（5），密封凸台（5）一侧的筛管（3）上设置有复位弹簧（4），筛管（3）通过密封凸台（5）与上壳体（2）滑动密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种井下振动减阻装置，其特征在于：所述的密封凸台（5）上设置有密封圈（6）。
4.根据权利要求1所述的一种井下振动减阻装置，其特征在于：所述的筛管（3）一端端头为密封状，筛管（3）另一端端口圆周上设置有凸缘（7），筛管（3）上端圆周上均布有筛孔（9）。
5.根据权利要求1所述的一种井下振动减阻装置，其特征在于：所述的振动锤（15）呈圆盘状，振动锤（15）的中心部位设置有阶梯孔，阶梯孔的大径孔（16）内壁上设置有螺纹，用于与心轴（13）的螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种井下振动减阻装置，其特征在于：所述的心轴（13）为管状体。
7.根据权利要求1所述的一种井下振动减阻装置，其特征在于：所述的活塞（11）呈圆盘状，活塞（11）的中心部位设置有阶梯孔，阶梯孔的大径孔（16）内壁上设置有螺纹，用于与心轴（13）的螺纹连接，活塞（11）外表圆周上间隔状设置有多个密封圈装配槽（12）。
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