CN107542419A - 中心贯通式液力脉冲振动工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心贯通式液力脉冲振动工具，上壳体、中壳体、中接头、下壳体依次螺纹连接形成外壳，中心管固定在外壳中，中心管上端与上接头相连，下端插入下接头，上接头、中心管和下接头沿中心轴方向设计有一定直径的贯通孔；上接头下部连接由下垫套、活塞和活塞压盖组成的活塞组件，中心管中下部设有由中心通孔和多组侧孔组成的变截面段，变截面段的下部安装能沿中心管轴向旋转的叶轮部件。本发明能有效缓解大斜度井段或水平井段定向钻井过程钻具托压问题，提高定向钻井作业机械钻速，工具中心沿轴向设有一定直径的通孔，允许堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖或电缆等通过，工具操作简便，性能可靠，应用范围广泛。

Description

中心贯通式液力脉冲振动工具

技术领域

本发明涉及油气钻井技术领域，特别是涉及一种中心贯通的液力脉冲振动工具。

背景技术

大斜度井或水平井钻井过程中，随着井眼轨迹的延伸，大斜度井段或水平井段定向作业中经常出现钻具托压问题，井眼轨迹控制困难，机械钻速低，在距钻头一定位置的井下钻具组合中安装水力振荡器，依靠其产生的轴向高频振动，可减小钻具和井壁之间摩擦力，缓解托压问题，提高定向钻井机械钻速，但水力振荡器内部沿轴向上不存在通孔，堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖或电缆等无法通过，使用范围有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种中心贯通式液力脉冲振动工具，能有效缓解大斜度井段或水平井段定向钻井过程钻具托压问题，提高机械钻速，其中心沿轴向设有一定直径的通孔，钻井过程突发井漏或需要配合有线测量工具使用时，堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖和电缆可通过工具。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种中心贯通式液力脉冲振动工具，包括上接头、上壳体、中壳体、上垫套、半圆卡、碟簧、下垫套、活塞、活塞压盖、中心管、中接头、下壳体、紧定螺钉、叶轮部件、活动轴承、定位块、卡簧和下接头；

上壳体、中壳体、中接头、下壳体依次螺纹连接形成外壳，上接头、中心管和下接头内部设有一定通径的连通孔道；

上接头中部外侧为花键芯轴，上接头内部设有通孔，上壳体内部的花键体与上接头中部外侧花键芯轴相配合传递扭矩，上接头外侧沿花键芯轴下部设有凹槽，凹槽安装起到限位作用的半圆卡；

上接头下部与下垫套通过螺纹连接，下垫套下部外侧与活塞相配合，下垫套下端与活塞压盖通过螺纹连接，活塞在活塞压盖作用下固定于下垫套上；

上壳体下端与上垫套相连，上垫套和下垫套之间放置多组碟簧，碟簧可在下垫套推动下沿轴向压缩；

上接头下端与中心管相连，中心管中部设有旁通孔，中心管下部的变截面段由中心的通孔和围绕通孔排列的多组侧孔组成，侧孔数量与叶轮部件的叶轮数量相对应；

叶轮部件安装于中心管外部与中心管变截面段下部端面相接触，叶轮上下位置沿中心管外部安装活动轴承，下部的活动轴承由定位块固定轴向位置，定位块下方设置有卡簧，使叶轮部件的叶轮无法轴向移动，但能沿中心管轴向旋转；

下接头沿中心轴设有通孔，并沿与中心轴呈一定角度的方向上设计多组侧孔，下接头螺纹连接在下壳体的底部，下接头沿中心轴的通孔与中心管连通，使流经中心管外侧腔体和叶轮的钻井液经过下接头侧孔与中心管内流出钻井液汇合。

所述上接头和下垫套之间、中心管和下垫套之间、下垫套和活塞之间、活塞和中壳体之间分别设有两组“O”型密封圈。

所述中心管变截面段和下壳体通过紧定螺钉固定。

本发明的有益效果是：能有效缓解大斜度井段或水平井段定向钻井过程钻具托压问题，提高定向钻井作业机械钻速，工具中心沿轴向设有一定直径的通孔，允许堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖或电缆等通过，工具操作简便，性能可靠，应用范围广泛。

附图说明

图1是本发明的中心贯通式液力脉冲振动工具的结构示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的B-B剖面图。

图4是图1的C-C剖面图。

图中，1-上接头；2-上壳体；3-中壳体；4-上垫套；5-半圆卡；6-碟簧；7-下垫套；8-活塞；9-活塞压盖；10-中心管；11-中接头；12-下壳体；13-紧定螺钉；14-叶轮部件；15-活动轴承；16-定位块；17-卡簧；18-下接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-4所示，本发明的中心贯通式液力脉冲振动工具，包括上接头1、上壳体2、中壳体3、上垫套4、半圆卡5、碟簧6、下垫套7、活塞8、活塞压盖9、中心管10、中接头11、下壳体12、紧定螺钉13、叶轮部件14、活动轴承15、定位块16、卡簧17和下接头18；

上壳体2、中壳体3、中接头11、下壳体12依次螺纹连接形成外壳，上接头1、中心管10和下接头18内部设有一定通径的连通孔道；

上接头1中部外侧为花键芯轴，上接头1内部设有通孔，上壳体2内部的花键体与上接头1中部外侧花键芯轴相配合传递扭矩，上接头1外侧沿花键芯轴下部设有凹槽，凹槽安装起到限位作用的半圆卡5；

上接头1下部与下垫套7通过螺纹连接，下垫套7下部外侧与活塞8相配合，下垫套7下端与活塞压盖9通过螺纹连接，活塞8在活塞压盖9作用下固定于下垫套7上；

上壳体2下端与上垫套4相连，上垫套4和下垫套7之间放置多组碟簧6，碟簧6可在下垫套7推动下沿轴向压缩；

上接头1下端与中心管10相连，中心管10中部设有旁通孔19，中心管10下部的变截面段20由中心的通孔22和围绕通孔排列的多组侧孔21组成，侧孔21数量与叶轮部件14的叶轮数量相对应；

叶轮部件14安装于中心管10外部与中心管变截面段20下部端面相接触，叶轮上下位置沿中心管10外部安装活动轴承15，下部的活动轴承15由定位块16固定轴向位置，使叶轮部件的叶轮无法轴向移动，但能沿中心管10轴向旋转，定位块16下方设置有卡簧17；

下接头18沿中心轴设有通孔，并沿与中心轴呈一定角度的方向上设计多组侧孔，下接头18螺纹连接在下壳体12的底部，下接头18沿中心轴的通孔与中心管10连通，使流经中心管10外侧腔体和叶轮的钻井液经过下接头侧孔与中心管10内流出钻井液汇合。

所述上接头1和下垫套7之间、中心管10和下垫套7之间、下垫套7和活塞8之间、活塞8和中壳体3之间分别设有两组“O”型密封圈。

所述中心管变截面段20和下壳体12通过紧定螺钉13固定。

本发明的中心贯通式液力脉冲振动工具安装在钻杆中，上接头1、中心管10和下接头18内部设有一定通径的连通孔道，堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖或电缆等可从孔道通过。钻井液经由上接头1进入中心贯通式液力脉冲振动工具，流经中心管10，部分钻井液沿中心管内部流通，另一部分钻井液从中心管10旁通孔流出，沿中心管10和中壳体3、中接头11之间环空流经叶轮部件14，驱动叶轮旋转，叶轮的旋转会引起叶轮和中心管10下端之间的流道截面积发生周期变化；当流道截面瞬间变小时，叶轮部件14叶片、中壳体11、活塞8、活塞压盖9和中心管10之间的腔体内液压增高，该液压传递至活塞8，推动活塞8向上压缩碟簧6，并带动上接头1一起向上移动；随着叶轮部件14叶轮的旋转，叶轮和中心管10下端之间的流道截面积变大，所述腔体液压降低，碟簧6在弹力作用下推动活塞8下行，并带动上接头1向下运动；随着叶轮部件14叶片的旋转，叶轮和中心管10下端之间的流道截面积发生周期变化，在液压和碟簧6的双重作用下，活塞8及与之相连的上接头1进行往复运动，从而使上接头1上部钻杆产生高频轴向振动，进而减小钻具和井壁之间摩擦力，缓解定向钻井托压，提高机械钻速；在需要进行随钻堵漏或有线测量时，堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖或电缆等通过上接头、中心管和下接头内部的通孔进入下部钻杆。

在未发生漏失或不涉及特殊作业时，一部分钻井液沿中心管旁通孔流出，经过叶轮部件驱动叶轮旋转，叶轮的旋转引起钻井液流道截面变化，进而在活塞所处的腔体产生液压脉冲，液压推动活塞压缩碟簧移动，活塞在液压和碟簧的双重作用下往复运动，带动钻杆在轴向上产生高频振动，减小了钻具和井壁之间摩擦力，缓解定向钻井托压，提高机械钻速；在需要进行随钻堵漏或有线测量时，堵漏材料、随钻堵漏阀小球/镖或电缆等通过上接头、中心管和下接头内部的通孔进入下部钻杆。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种中心贯通式液力脉冲振动工具，其特征在于，包括上接头(1)、上壳体(2)、中壳体(3)、上垫套(4)、半圆卡(5)、碟簧(6)、下垫套(7)、活塞(8)、活塞压盖(9)、中心管(10)、中接头(11)、下壳体(12)、紧定螺钉(13)、叶轮部件(14)、活动轴承(15)、定位块(16)、卡簧(17)和下接头(18)；

上壳体(2)、中壳体(3)、中接头(11)、下壳体(12)依次螺纹连接形成外壳，上接头(1)、中心管(10)和下接头(18)内部设有一定通径的连通孔道；

上接头(1)中部外侧为花键芯轴，上接头(1)内部设有通孔，上壳体(2)内部的花键体与上接头(1)中部外侧花键芯轴相配合传递扭矩，上接头(1)外侧沿花键芯轴下部设有凹槽，凹槽安装起到限位作用的半圆卡(5)；

上接头(1)下部与下垫套(7)通过螺纹连接，下垫套(7)下部外侧与活塞(8)相配合，下垫套(7)下端与活塞压盖(9)通过螺纹连接，活塞(8)在活塞压盖(9)作用下固定于下垫套(7)上；

上壳体(2)下端与上垫套(4)相连，上垫套(4)和下垫套(7)之间放置多组碟簧(6)，碟簧(6)可在下垫套(7)推动下沿轴向压缩；

上接头(1)下端与中心管(10)相连，中心管(10)中部设有旁通孔(19)，中心管(10)下部的变截面段(20)由中心的通孔(22)和围绕通孔排列的多组侧孔(21)组成，侧孔(21)数量与叶轮部件(14)的叶轮数量相对应；

叶轮部件(14)安装于中心管(10)外部与中心管变截面段(20)下部端面相接触，叶轮上下位置沿中心管(10)外部安装活动轴承(15)，下部的活动轴承(15)由定位块(16)固定轴向位置，定位块(16)下方设置有卡簧(17)，使叶轮部件的叶轮无法轴向移动，但能沿中心管(10)轴向旋转；

下接头(18)沿中心轴设有通孔，并沿与中心轴呈一定角度的方向上设计多组侧孔，下接头(18)螺纹连接在下壳体(12)的底部，下接头(18)沿中心轴的通孔与中心管(10)连通，使流经中心管(10)外侧腔体和叶轮的钻井液经过下接头侧孔与中心管(10)内流出钻井液汇合。

2.根据权利要求1所述中心贯通式液力脉冲振动工具，其特征在于，所述上接头(1)和下垫套(7)之间、中心管(10)和下垫套(7)之间、下垫套(7)和活塞(8)之间、活塞(8)和中壳体(3)之间分别设有两组“O”型密封圈。

3.根据权利要求1所述中心贯通式液力脉冲振动工具，其特征在于，所述中心管变截面段(20)和下壳体(12)通过紧定螺钉(13)固定。