CN108386142A - 一种冲扭耦合作用减阻减摩工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在长水平段水平井中用于增加周向扭转和轴向加压的一种冲扭耦合作用减阻减摩工具。其技术方案是：所述一种冲扭耦合作用减阻减摩工具主要包括传动轴、传动轴壳体、碟簧总成壳体、碟簧总成、活塞套、动力总成、动阀部件、耐磨阀片、静阀部件、下接头；传动轴壳体、碟簧总成壳体、动力总成和下接头从上至下依次靠螺纹连接，传动轴与传动轴壳体内孔配合，上端与活塞套靠螺纹连接；碟簧总成安装在隔套与活塞套之间；动阀部件与动力总成下端靠螺纹连接；静阀部件安装在下接头上端内孔中，耐磨阀片安装在静阀部件上端内孔中。本发明具有轴向加压效果好、振动能力强、结构简单等优点，能够提高长水平段水平井的延伸钻进能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种在长水平段水平井中用于增加轴向加压，提升水平井水平段延伸钻进能力的一种冲扭耦合作用减阻减摩工具。
背景技术
随着勘探开发进程的不断深入，定向井、水平井、大位移井所占的比例越来越大。长水平段钻井技术在国内外得到广泛应用，主要得益于其较好的投入产出比。目前，国外水平井钻井成本已降至直井的1.2～2倍，而产量则是直井的4～8倍。水平井技术作为一项有潜力的新技术，主要有以下优势：恢复老井产能、开发复杂类型油气藏、有利于勘探开发评价、有利于环境保护。大位移井技术是随着随钻测量钻井技术、地质导向钻井技术、闭环钻井技术的发展而新兴的一种钻井技术，已基本成为开发滩海和海上油气资源的重要手段。目前，国外已经钻成了水平位移超万米的大位移井，而国内依靠自身力量只能完成水平位移约4000m 的大位移井。在水平井与大位移井的钻井过程中，由于摩擦阻力大，长水平段水平井轴向加压效果差，使得钻井效率低、钻井周期长、钻井成本高，这成为制约水平井和大位移井发展的主要瓶颈。在现场实践中，由于管柱的轴向加压效果差，可能出现以下情况：机械钻速明显变低；钻具不能上起或发生断钻具事故；达不到井身轨迹的设计要求，目的层中靶率低。
因此，改善长水平段水平井轴向加压效果，降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，是提升水平井水平段延伸钻进能力，确保水平井或大位移井钻井质量及钻井技术进步的关键。
发明内容
本发明的目的是：为了克服上述难点，改善长水平段水平井轴向加压效果及伸钻进能力，特提出一种冲扭耦合作用加压工具，该工具可以增加水平井轴向加压，降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，提高水平段延伸钻进能力。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种冲扭耦合作用减阻减摩工具，主要包括传动轴、下密封总成、传动轴壳体、隔套、碟簧总成壳体、碟簧总成、活塞套、上密封总成、动力总成、动阀部件、耐磨阀片、静阀部件、下接头；传动轴壳体、碟簧总成壳体、动力总成和下接头从上至下依次靠螺纹连接，传动轴与传动轴壳体内孔配合，上端与活塞套靠螺纹连接；传动轴与传动轴壳体上分别加工有螺旋形花键和螺旋形键槽；下密封总成安装在传动轴与传动轴壳体配合面上；隔套安装在传动轴壳体上端，放置在传动轴与碟簧总成壳体配合形成的环空内；碟簧总成安装在隔套与活塞套之间，放置在传动轴与碟簧总成壳体配合形成的环空内；上密封总成安装在活塞套与碟簧总成壳体配合面上；动阀部件与动力总成下端靠螺纹连接；静阀部件安装在下接头上端内孔中，耐磨阀片安装在静阀部件上端内孔中；所述动阀部件内部有一个第一流道和三个第二流道；所述耐磨阀片内部有一个第三流道和两个第四流道；所述静阀部件内部有一个第五流道、一个第七流道和两个第六流道；第三流道、第五流道和第七流道同轴线，形成钻井液过流孔；两个第四流道和两个第六流道同轴线，形成钻井液过流孔。
所述动阀部件的第一流道过流面积是第二流道过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件的第七流道过流面积是耐磨阀片的第三流道过流面积的1.2-1.5倍，耐磨阀片的第三流道过流面积是静阀部件的第五流道过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件的第六流道过流面积是耐磨阀片的第四流道过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件的第五流道过流面积与第六流道过流面积相等；所述动阀部件的第一流道过流面积与静阀部件的第五流道过流面积相等。
所述动力总成（9）为头数为2:3或者5:6的螺杆马达。
本发明具有的有益效果是：（1）该工具轴向振动能力强，可以有效增加水平井轴向冲击和周向扭转，降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，能够提高定向井、水平井和大位移井水平段的延伸钻进能力；（2）如果将工具安放在近钻头附近，工具的轴向冲击和周向扭转可以降低钻头的轴向振动强度，提高钻头与岩石的均匀接触时间，从而提高机械钻速；（3）轴向冲击和周向扭转可以有效破坏水平段已形成的岩屑床，并能预防卡钻；（4）可以提高井深轨迹控制精度，同时提高轨迹的平滑性，有效的减少钻井工具面不稳定造成的钻井台阶。
附图说明
图1是本发明一种冲扭耦合作用减阻减摩工具结构示意图；
图2是本发明一种冲扭耦合作用减阻减摩工具的传动轴结构示意图；
图3是本发明一种冲扭耦合作用减阻减摩工具的水击脉冲阀部件的结构示意图；
图4是本发明一种冲扭耦合作用减阻减摩工具由图2中横剖面A-A得到的动阀部件的截面结构示意图；
图5是本发明一种冲扭耦合作用减阻减摩工具由图2中B向视图得到的静阀部件的截面结构示意图。
图中：1.传动轴；2.下密封总成；3.传动轴壳体；4.隔套；5.碟簧总成壳体；6.碟簧总成；7.活塞套；8.上密封总成；9.动力总成；10.动阀部件；11.耐磨阀片；12.静阀部件；13.下接头；14.第一流道；15.第二流道；16.第三流道；17.第四流道；18.第五流道；19.第六流道；20.第七流道；21.螺旋形花键。
具体实施方式
如图1-图5所示，一种冲扭耦合作用减阻减摩工具，其结构主要包括传动轴1、下密封总成2、传动轴壳体3、隔套4、碟簧总成壳体5、碟簧总成6、活塞套7、上密封总成8、动力总成9、动阀部件10、耐磨阀片11、静阀部件12、下接头13；传动轴壳体3、碟簧总成壳体5、动力总成9和下接头13从上至下依次靠螺纹连接，传动轴1与传动轴壳体3内孔配合，上端与活塞套7靠螺纹连接；传动轴1与传动轴壳体3上分别加工有螺旋形花键21和螺旋形键槽；下密封总成2安装在传动轴1与传动轴壳体3配合面上；隔套4安装在传动轴壳体3上端，放置在传动轴1与碟簧总成壳体5配合形成的环空内；碟簧总成6安装在隔套4与活塞套7之间，放置在传动轴1与碟簧总成壳体5配合形成的环空内；上密封总成8安装在活塞套7与碟簧总成壳体5配合面上；动阀部件10与动力总成9下端靠螺纹连接；静阀部件12安装在下接头13上端内孔中，耐磨阀片11安装在静阀部件12上端内孔中；所述动阀部件10内部有一个第一流道14和三个第二流道15；所述耐磨阀片11内部有一个第三流道16和两个第四流道17；所述静阀部件12内部有一个第五流道18、一个第七流道20和两个第六流道19；第三流道16、第五流道18和第七流道20同轴线，形成钻井液过流孔；两个第四流道17和两个第六流道19同轴线，形成钻井液过流孔。
动阀部件10的第一流道14过流面积是第二流道15过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件12的第七流道20过流面积是耐磨阀片11的第三流道16过流面积的1.2-1.5倍，耐磨阀片11的第三流道16过流面积是静阀部件12的第五流道18过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件12的第六流道19过流面积是耐磨阀片11的第四流道17过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件12的第五流道18过流面积与第六流道19过流面积相等；所述动阀部件10的第一流道14过流面积与静阀部件12的第五流道18过流面积相等。动力总成9为头数为2:3或者5:6的螺杆马达。
动力总成9偏心转动时，带动动阀部件10一起转动，动阀部件10的一个第一流道14和三个第二流道15与耐磨阀片11的一个第三流道16和两个第四流道17之间配合形成的过流面积大小会出现周期性的改变，形成轴向冲击，推动活塞套7产生轴向运动，活塞套7压缩碟簧总成6从而推动传动轴1轴向移动，传动轴1上的螺旋形花键在传动轴壳体3上的螺旋形键槽内移动，产生冲扭耦合作用力，从而给水平井钻柱施加了轴向加压和周向扭矩作用，降低了钻柱与井壁之间的摩擦阻力，提高水平段延伸钻进能力。
该工具能够提高长水平段水平井和大位移井水平段的延伸钻进能力；如果将工具安放在近钻头附近，工具的轴向冲击和周向扭转可以降低钻头的轴向振动强度，提高钻头与岩石的均匀接触时间，从而提高机械钻速；工具的轴向冲击和周向扭转可以有效破坏水平段已形成的岩屑床，并能预防卡钻；而且该工具还可以提高井深轨迹控制精度，以及轨迹的平滑性，有效的减少钻井工具面不稳定造成的钻井台阶。
Claims (3)
1.一种冲扭耦合作用减阻减摩工具，主要包括传动轴（1）、下密封总成（2）、传动轴壳体（3）、隔套（4）、碟簧总成壳体（5）、碟簧总成（6）、活塞套（7）、上密封总成（8）、动力总成（9）、动阀部件（10）、耐磨阀片（11）、静阀部件（12）、下接头（13）；传动轴壳体（3）、碟簧总成壳体（5）、动力总成（9）和下接头（13）从上至下依次靠螺纹连接，传动轴（1）与传动轴壳体（3）内孔配合，上端与活塞套（7）靠螺纹连接；传动轴（1）与传动轴壳体（3）上分别加工有螺旋形花键（21）和螺旋形键槽；下密封总成（2）安装在传动轴（1）与传动轴壳体（3）配合面上；隔套（4）安装在传动轴壳体（3）上端，放置在传动轴（1）与碟簧总成壳体（5）配合形成的环空内；碟簧总成（6）安装在隔套（4）与活塞套（7）之间，放置在传动轴（1）与碟簧总成壳体（5）配合形成的环空内；上密封总成（8）安装在活塞套（7）与碟簧总成壳体（5）配合面上；动阀部件（10）与动力总成（9）下端靠螺纹连接；静阀部件（12）安装在下接头（13）上端内孔中，耐磨阀片（11）安装在静阀部件（12）上端内孔中；所述动阀部件（10）内部有一个第一流道（14）和三个第二流道（15）；所述耐磨阀片（11）内部有一个第三流道（16）和两个第四流道（17）；所述静阀部件（12）内部有一个第五流道（18）、一个第七流道（20）和两个第六流道（19）；第三流道（16）、第五流道（18）和第七流道（20）同轴线，形成钻井液过流孔；两个第四流道（17）和两个第六流道（19）同轴线，形成钻井液过流孔；动力总成（9）偏心转动时，带动动阀部件（10）一起转动，动阀部件（10）的一个第一流道（14）和三个第二流道（15）与耐磨阀片（11）的一个第三流道（16）和两个第四流道（17）之间配合形成的过流面积大小会出现周期性的改变，形成轴向冲击，推动活塞套（7）产生轴向运动，活塞套（7）压缩碟簧总成（6）从而推动传动轴（1）轴向移动，传动轴（1）上的螺旋形花键在传动轴壳体（3）上的螺旋形键槽内移动，产生冲扭耦合作用力，从而给水平井钻柱施加了轴向加压和周向扭矩作用，降低了钻柱与井壁之间的摩擦阻力，提高水平段延伸钻进能力。
2.根据权利要求1所述的一种冲扭耦合作用减阻减摩工具，其特征在于：所述动阀部件（10）的第一流道（14）过流面积是第二流道（15）过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件（12）的第七流道（20）过流面积是耐磨阀片（11）的第三流道（16）过流面积的1.2-1.5倍，耐磨阀片（11）的第三流道（16）过流面积是静阀部件（12）的第五流道（18）过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件（12）的第六流道（19）过流面积是耐磨阀片（11）的第四流道（17）过流面积的1.2-1.5倍；所述静阀部件（12）的第五流道（18）过流面积与第六流道（19）过流面积相等；所述动阀部件（10）的第一流道（14）过流面积与静阀部件（12）的第五流道（18）过流面积相等。
3.根据权利要求1所述的一种冲扭耦合作用减阻减摩工具，其特征在于：所述动力总成（9）为头数为2:3或者5:6的螺杆马达。
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