CN1079881C - 连接管柱的液压装置 - Google Patents

Abstract

通过向管柱连接一个可产生纵向高频的振动的装置，在向井筒推进管柱，特别是连续油管时，使遇到的摩擦阻力减少。所述装置成双作用液压缸形式(1)，具有自动转换的转换阀(18，20)，当管柱下到井筒，井流出物或钻井泥浆等流体经由转换阀流动。所述装置作为管柱中的一个振击或坐放工具也适于其他用途。

Description

连接管柱的液压装置

本发明涉及可连接一个管柱，特别是连续油管的液压工作装置，例如在测井，组装或拆卸组件和酸化和冲沙等工作或修井中，使得容易向大斜度的或水平的井推进管柱。

已经提出过在钻柱中设置液压工作装置或“振动器”以利于钻柱的推进。美国专利4384625提出使得钻柱受到谐振式的振动，以减少在斜井中钻柱和井筒间的摩擦力，在旋转钻井中延长作用范围。作为振动器的例子，所述专利涉及一种流体驱动的偏心重量，引起显著的横向振动。

美国专利3235014说明一种通过钻井水龙头产生轴向的振动的方法和装置，以向钻头传递振击效果。

而且，各种液压锤或振击工具是已知的，它们都旨在松弛钻柱与井壁的粘附。作为一个例子，参考挪威专利171379。

连续油管具有比钻杆小的多的质量和直径。这意味着，在与连续油管连接使用时，如上述美国专利4384625提出的，带有配套的液压马达的横向起作用的谐振振动器会是相当无效的。因此，本发明的主要目的是提出一种装置，在连续油管头上(最下面的工具段)以及向上沿连续油管本身有效地减少摩擦力。

为实现本发明的上述目的，提供一种连接管柱的液压装置，用于在通过管柱泵送一流体时产生振动或振击，特征是：该装置呈双作用液压缸形，所述液压缸具有自动转向的转换阀，所述缸包括：一个缸筒；一个活塞，它将缸筒分成两分开的缸室；和一个双管状活塞杆，在所述装置工作时通过所述活塞杆，所述流体经由转换阀和缸室流动，所述缸在至少一端带有一个螺纹部分用于连接管柱。

优选地，所述转换阀是安装在一个横隔板的两侧上的活塞中的两个往复阀，隔板将活塞杆的内部分成两个分开的空间，每一个空间与相应的往复阀连通，分别形成一个入口通道和一个出口通道，以使流体通过往复阀流入和流出缸室。

优选地，往复阀设置得便于通过机械作用转向。

优选地，所述每个往复阀呈阀件形式，所述阀件通过轴，轴向可滑动地支撑在形成在活塞端壁中的两个阀口中，所述阀口向一个相应的缸室开口，所述往复阀在碰到缸端壁时可转换方向。

活塞的冲程优选是在10-50mm范围内，冲程频率在2-5循环/秒范围内。

这样的装置安装在连续油管上，加压的流体流经所述连续油管，将沿包括连续油管头的连续油管的整个下部，连续地进行伸缩式的(轴向)振击或振动传播。振荡沿连续油管向后运行，并由于在振动传播方向中的不断改变，有效的摩擦阻力急剧地减小，能够使连续油管在弯曲和贴附前向大斜度和水平井推进一个大的距离。基于80度的斜井的计算指出，提高的作用范围达3000米。

本发明的装置主要不同于现有技术的用于油井的振动器之处是，它产生一个较高振幅的伸缩(轴向)的振动。上述的现有振动器主要是在钻井时提供短的和激烈的振击脉冲，或为了解除被卡的工具。这些锤具是以很低的振幅工作，提供相当短的作用范围的振动。因此，它们很少用于增加连续油管的作用范围。

当然，如上所述，虽然本发明的主要目的是提供一种适合于减少连续油管推进摩擦阻力的振动器，但并不妨碍它也有益地用于通常的旋转钻柱中。而且，使用的目的不一定是减少摩擦力。因此，在一些情况中它作为振击工具很好地使用，最好是安装在管柱的前面。

现在参考附图说明本发明。图1-3是示意纵剖面图，示出本发明的装置，和在三个不同相位的作用。

根据本发明的装置是建立在已知技术之上。基本上它是呈双作用液压压缸形式，具有自动操作的转换阀。如图所示，它包括一个液压缸1，缸1包括一个缸筒4和活塞6，活塞6具有一个分别穿过缸筒端壁10和11的管状的双活塞杆8。缸筒的一端具有一个管状延伸部12，当活塞杆在它的外端位置时(图2)接受活塞杆8的部分，并最好轴向稍在活塞杆8外延伸。延伸部12端部有螺纹部分14，用于配接管柱，如连续油管的一个部件的一个相应的带螺纹的部分。相似地，在缸筒的相反端上突出的活塞杆端也带有螺纹部分16，配接一个管柱件。在图中，螺纹部分14和16是带锥度的，但它们也可以是圆柱形，如现在连续油管所用的。在所示的例中，缸的端部14具有外螺纹，活塞杆端部16具有内螺纹。当然如果希望，这样的设置也可以颠倒。在所示的实施例中，缸1是设计安装在管柱上，它的缸的螺纹部14面向“前”，即管柱的前进方向。因此，在下面所述中，相位，如向前，向后，最前，最后，前，后等指的是相对于管柱的前进的方向(图上是从左到右)。

活塞6将缸筒4分别分成前后缸室，或环空15和17，支撑多个往复阀，在图中是两个。往复阀以阀件18和20形式，可分别在前阀口22，24和后阀口26，28间轴向位移，前后阀口分别形成在活塞面23和25中，并向前环空15和后环空17开口。只要当活塞达到一个端部位置，通过机械作用使得往复阀自动转向。两个往复阀18和20分别起进出口阀的作用，这在下面详细说明。

横隔板34将管状活塞杆的内部分成一个后部或入口通道36和前部38或出口通道38，活塞杆的内部分别通过在隔板后的入口40和隔板前的出口42与入口阀18和出口阀20连通。

操作中，缸1如上所述地在管柱中安装和定向，本发明的装置在通过管柱泵送的流体驱动下，如钻井液驱动下，进行连续的收缩和扩张的相位改变。

图1示出装置在收缩相位或冲程开始。加压的流体流入并通过入口通道36，入口40，打开的后入口阀口26，流出到后缸环空17。在后环孔中的流体压力相对于缸筒向前推动活塞，同时入口和出口阀件18和20由流体压力推动分别关闭前入口阀口22和后出口阀口28，阻止流体流入前缸环空15，并且在前环空的流体通过打开的出口阀口24，出口42流入到活塞杆出口通道38，由此进一步流到下游的管柱。

图2示出在两个往复阀18和20碰到前端壁10时，将它们向后推，打开前入口阀口22和后出口阀口28，自动转向时，在收缩相位的端部的缸。这引起加压的流体通过阀口22流入前环空15，将其充满，同时，在后环空17的流体通过后出口阀口28，开口42和出口通道38和进一步通过管柱流动。此时入口和出口阀件18和20将被在前环空中的流体压力推动，如图3所示，分别关闭后入口阀口和前出口阀口，开始扩张相位，其中活塞被在前环空的流体压力推动，相对于缸筒向后移动，直到阀件碰到缸筒的后端壁11时再次转换，开始如上所述的一个新的收缩冲程。

当装置在连续油管中起减小摩擦力的振动器的作用时，它通常位于连续油管和工具柱之间。为产生一个最佳的减少摩擦力效果，振动必须具有一定振幅(一般冲程：10-50mm)和足够高的频率(一般2-15循环/秒)，以使工具柱的惯性力能够沿连续油管向上产生相当大的振动量。如果选择长冲程和相应的低频率，那么装置的功能就与上述的不同，因为此时工具柱会往复运动。在收缩相位时，工具柱起摩擦固定器的作用，装置在管柱后拉管柱。

振动频率由缸的容积、冲程和流速决定。另外，对于给定的缸容积和冲程，流速由流体压力和阀18和20的有效的开放面积决定。虽然示意图中仅示出两个阀，即一个入口阀18和一个出口阀20，为了将跨每个阀的压力损失减至最小，通常需要多个阀，如六个阀，三个一组交替分布作为入口阀组18和出口阀组20。而且，应注意，虽然图示的活塞隔板34是实心或整体的倾斜壁，但如果希望，它也可制成安装各个阀。例如，可安装减压阀和/或流量控制阀，在流速超过一定水平时关闭。

如上所述，在图中示意地示出本发明的振动器装置的上述实施例，因为它是基于已知的技术，业内人士能够以适当方式实施而没有困难。特别是实际上往复阀可采用多种形式。

但是，为了消除对本发明装置的实际可行性的任何疑点，现在更详细地说明图示的例子。在图中，入口阀18是作为一个圆柱体示出的，它通过两个销或轴19(图3)可滑动地支撑在入口阀口22和26，销或轴19从阀件的两侧轴向突出。在主要是图示本发明的振动器的设计工作原理的示意图中，这些轴19表示成在阀口22和26处是“浮动”的。而实际上，它们当然是大小具有一个滑动配合的直径。而且，它们形成的允许流体通过打开的入口阀口自由流动。因此，轴19可以是穿孔管形式，或一个穿孔的支承套筒可安装在阀口中。在轴19的外端间的距离稍大于活塞6的面间的距离，以便在轴的外端碰到缸筒的端壁10和11时引起阀转换方向。

出口阀20在图中示出的是一个中间轴21每端上的圆盘体，与就入口阀所述的相同，中间轴通过外阀口24和28延伸，中间轴21并起支撑外阀体的作用，并且，在圆盘21的外端间的距离基本等于入口阀轴端表面间的距离，即稍大于活塞面间的距离，以便在碰到缸端壁10和11时转换。阀件18和20当然可以是球形，而不是圆盘形。而且，为使性能最佳，可以设置某些种类的弹簧，加速阀转换和/或在端部位置将阀更稳定地保持。因为业内人士了解为了获得满意的阀的性能需要如何做，因此不必进一步详细说明阀的细节的结构。

关于缸筒4的主要尺寸，它的外径通常等于或小于它所连接的管柱的外径，缸筒的长度取决于缸1的希望的冲程。

在连续油管操作中使用本发明的振动器装置时，如上所述的装置通常连接在连续油管和工具柱间。但是，如引言所述，本发明的装置也可作为安装在管柱前的振击工具使用，那时可能具有与前端螺纹部分14不同的一个形状。

虽然图示和说明的实施例的缸1可连接到管柱，缸的端部14面向前，这意味着流体由图左面向右的方向流动，但也可以设计成“反方向”连接，这意味着流体从右向左，此时往复阀18和20相对于活塞杆隔板34转换方向。

Claims (5)

1.一种连接管柱的液压装置，用于在通过管柱泵送一流体时产生振动或振击，特征是：该装置呈双作用液压缸(1)形，所述液压缸具有自动转向的转换阀(18，20)，所述缸包括：一个缸筒(4)；一个活塞(6)，它将缸筒分成两分开的缸室(15，17)；和一个双管状活塞杆(8)，在所述装置工作时通过所述活塞杆(8)，所述流体经由转换阀(18，20)和缸室(15，17)流动，所述缸(1)在至少一端带有一个螺纹部分(14，16)用于连接管柱。

2.根据权利要求1所述的装置，特征是：所述转换阀(18，20)是安装在一个横隔板(34)的两侧上的活塞(6)中的两个往复阀，隔板将活塞杆的内部分成两个分开的空间，每一个空间与相应的往复阀(18，20)连通，分别形成一个入口通道(36)和一个出口通道(38)，以使流体通过往复阀流入和流出缸室(15，17)。

3.根据权利要求2所述的装置，特征是：往复阀(18，20)设置得便于通过机械作用转向。

4.根据权利要求3所述的装置，特征是：所述每个往复阀(18，20)呈阀件形式，所述阀件通过轴(19，21)，轴向可滑动地支撑在形成在活塞端壁(23，25)中的两个阀(22，26；24，28)中，所述阀口向一个相应的缸室(15，17)开口，所述往复阀在碰到缸端壁(10，11)时可转换方向。

5.根据上述任何一项权利要求所述的装置，特征是：活塞(6)的冲程是在10-50mm范围内，冲程频率在2-5循环/秒范围内。

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