CN109667536A - 高频扭振降粘工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高频扭振降粘工具，主要由上接头外壳、分流套、冲击锤、换向拨叉、冲击阀体、保持架、定位卡环、射流喷嘴和转换接头组成。高频扭振降粘工具工作时，钻井液的液压能转换为工具的机械能，钻井液通过上接头外壳进入工具内部后，大部分钻井液通过中心流道流出，部分流体通过分流套小孔进行分流，从中心流道流过的一部分钻井液通过换向拨叉进行分流，通过工具内部的流道转换，实现换向拨叉和冲击锤的往复运动，冲击锤往复碰撞冲击阀体，产生周向往复冲击载荷，最后通过转换接头将周向载荷向下传递。本发明的高频扭振降粘工具可以缓解或消除钻柱粘滑现象，加速钻头破岩，提高钻井效率，节约钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油天然气钻井工程的高频扭振降粘工具，尤其是适用于新型油气资源开发的水平井以及分支井、大斜度井等结构井钻进过程。
背景技术
在新型或赋存条件较差的油气井资源开采过程中，钻井工程面临更为复杂的地层工作环境。总体而言，在现有井型中定向井、水平井、分支井占了较大部分比例的情况下，其朝着更深、更远、更复杂的方向发展。基于这种情况，进行钻井提速、井下状态预测等技术的经济效益、社会效益就显得尤为突出，而进行对应的新型钻井提速工具开发是钻井提速技术的重要发展方向。在深井、超深井的钻井作业中，由于地质岩层的可钻性不同，岩石耐磨性强，钻井情况复杂多样，给钻井工程带了一系列的难题，如钻头寿命低、机械钻速不高等，从而严重影响了整个钻井工程的经济效益。
在深井、超深井钻井作业中，由于岩石抗压强度和抗剪强度较大，从而导致了整个钻柱系统常常会出现粘滑现象，即钻头在没有足够扭力破碎井底岩石的情况下，钻头会停止运动，此时转盘仍按照之前的运动不变，从而导致钻柱发生扭转变形，直到扭矩变形积聚的能量足以破坏岩石，此时钻头转速以高于转盘数倍的转速运动，直到下次遇到不易破碎的岩石，钻头又停止运动。钻柱系统产生的粘滑现象导致PDC钻头急剧磨损，容易发生断裂，脱落等问题，造成了PDC钻头的失效，此外，粘滑现象也会减少钻柱的使用寿命，给整个钻柱系统带来大量的经济损失。
发明内容
为了探索解决背景技术中所述的钻柱粘滑现象，提高钻井效率，降低钻井成本，本发明提供了一种高频扭振降粘工具。本发明的高频扭振降粘工具工作时，通过工具内部的结构部件，将钻井液的液压能转换为高频扭振降粘工具的机械能，钻井液进入高频扭振降粘工具内部后，大部分钻井液通过中心流道流出，部分流体通过分流套小孔进行分流，进入上接头外壳与冲击阀体之间的空腔，从中心流道流过的一部分钻井液通过换向拨叉圆周上的小孔，进入冲击锤和冲击噶提之间的空腔，通过工具内部的流道转换，实现换向拨叉和冲击锤的往复运动，产生周向往复冲击载荷，最后通过转换接头将高频扭振降粘工具产生的周向载荷向下传递，加速钻头破岩。
本发明的技术方案是：高频扭振降粘工具主要由上接头外壳、分流套、冲击锤、换向拨叉、冲击阀体、保持架、定位卡环、射流喷嘴和转换接头组成，所述的分流套、冲击锤、换向拨叉、冲击阀体、保持架、定位卡环均安装于上接头外壳内，通过射流喷嘴和转换接头进行轴向和周向定位，分流套前端开设有环形槽，用于安装冲击锤、换向拨叉、冲击阀体，先将冲击锤安装于冲击阀体内，再将换向拨叉安装于冲击锤内，再将冲击锤、换向拨叉、冲击阀体三者的组合体一起安装到分流套前端，然后将保持架通过螺纹连接安装到冲击阀体作为换向拨叉的支撑架，再将定位卡环安装到上接头外壳前端的内部凹槽内，对冲击阀体进行轴向限位，转换接头安装在上接头外壳前端，最后通过射流喷嘴进行对转换接头进行固定。所述的分流套圆周上设置有小孔，数量为4个，通过分流套圆周上的小孔实现钻井液的分流，钻井液通过分流套的小孔进入冲击阀体和上接头外壳之间的空腔，当冲击锤和冲击阀体圆周上的小孔连通时，钻井液进入冲击锤和换向拨叉之间的空腔，推动换向拨叉转动。所述的冲击锤的锤头位置开设有小孔，钻井液通过小孔进入冲击锤和冲击阀体之间的空腔，通过钻井液压力推动冲击锤转动。所述的换向拨叉圆周上设置有两排小孔，当换向拨叉圆周上的小孔和冲击锤圆周上的小孔连通时，钻井液经过连通的小孔通道进入冲击锤和冲击阀体之间的空腔。所述的冲击阀体圆周上设置有两排小孔，钻井液通过小孔进入冲击锤和换向拨叉之间的空腔，并且冲击阀体前端设置有斜孔，钻井液可以通过斜孔进入中心流道，实现钻井液循环，避免固相颗粒沉积，堵塞冲击阀体圆周上的小孔，影响工具正常工作。冲击阀体内部空腔位置设置有圆弧倒角和平面倒角，用以辅助冲击锤启动。所述的冲击锤的锤头位置设置有突出结构，通过设置突出结构，减小冲击锤与冲击阀体内腔的接触面积，从而减小冲击锤转动过程中的摩擦阻力。所述的射流喷嘴可以有多种尺寸规格，通过改变射流喷嘴的通孔直径调节高频扭振降粘工具的出口压力大小。所述的转换接头与上接头外壳装配好后，转换接头与上接头外壳存在间隙，通过间隙调整冲击阀体传递下来的冲击扭矩。
本发明的有益效果是：(1)采用机械结构设计，通过机械结构实现钻井液流道的转换，利用钻井液驱动工具内部结构件动作，实现钻井液液压能与工具机械能的转换；(2)通过工具内部的流道转换，实现换向拨叉和冲击锤的往复运动，产生周向往复冲击载荷；(3)钻井液通过换向拨叉进行分流，结构更加简单，使工具可靠性得到提高；(4)扭振降粘工具产生的周向往复冲击载荷可以缓解或消除钻柱粘滑现象，加速钻头破岩，提高钻井效率，节约钻井成本。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意图。
图2是本发明的外部轮廓示意图。
图3是本发明图2中的A-A截面图。
图4是分流套的结构示意图。
图5是转换接头的结构示意图。
图中1.上接头外壳，2.分流套，3.冲击锤，4.换向拨叉，5.冲击阀体，6.保持架，7.定位卡环，8.射流喷嘴，9.转换接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见附图1，高频扭振降粘工具主要由上接头外壳1、分流套2、冲击锤3、换向拨叉4、冲击阀体5、保持架6、定位卡环7、射流喷嘴8和转换接头9组成，所述的分流套2、冲击锤3、换向拨叉4、冲击阀体5、保持架6、定位卡环7均安装于上接头外壳1内，通过射流喷嘴8和转换接头9进行轴向和周向定位，分流套2前端开设有环形槽，用于安装冲击锤3、换向拨叉4、冲击阀体5，先将冲击锤3安装于冲击阀体5内，再将换向拨叉4安装于冲击锤3内，再将冲击锤3、换向拨叉4、冲击阀体5三者的组合体一起安装到分流套2前端，然后将保持架6通过螺纹连接安装到冲击阀体5作为换向拨叉4的支撑架，再将定位卡环7安装到上接头外壳1前端的内部凹槽内，对冲击阀体5进行轴向限位，转换接头9安装在上接头外壳1前端，最后通过射流喷嘴8进行对转换接头9进行固定。所述的分流套2圆周上设置有小孔，数量为4个，通过分流套2圆周上的小孔实现钻井液的分流，钻井液通过分流套2的小孔进入冲击阀体5和上接头外壳1之间的空腔，当冲击锤3和冲击阀体5圆周上的小孔连通时，钻井液进入冲击锤3和换向拨叉4之间的空腔，推动换向拨叉4转动。所述的冲击锤3的锤头位置开设有小孔，钻井液通过小孔进入冲击锤3和冲击阀体5之间的空腔，通过钻井液压力推动冲击锤3转动。所述的换向拨叉4圆周上设置有两排小孔，当换向拨叉4圆周上的小孔和冲击锤3圆周上的小孔连通时，钻井液经过连通的小孔通道进入冲击锤3和冲击阀体5之间的空腔。所述的冲击阀体5圆周上设置有两排小孔，钻井液通过小孔进入冲击锤3和换向拨叉4之间的空腔，并且冲击阀体5前端设置有斜孔，钻井液可以通过斜孔进入中心流道，实现钻井液循环，避免固相颗粒沉积，堵塞冲击阀体5圆周上的小孔，影响工具正常工作；冲击阀体5内部空腔位置设置有圆弧倒角和平面倒角，用以辅助冲击锤3启动。所述的冲击锤3的锤头位置设置有突出结构，通过设置突出结构，减小冲击锤3与冲击阀体5内腔的接触面积，从而减小冲击锤3转动过程中的摩擦阻力。所述的射流喷嘴8可以有多种尺寸规格，通过改变射流喷嘴8的通孔直径调节高频扭振降粘工具的出口压力大小。所述的转换接头9与上接头外壳1装配好后，转换接头9与上接头外壳1存在间隙，通过间隙调整冲击阀体5传递下来的冲击扭矩。
Claims (9)
1.高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的高频扭振降粘工具主要由上接头外壳(1)、分流套(2)、冲击锤(3)、换向拨叉(4)、冲击阀体(5)、保持架(6)、定位卡环(7)、射流喷嘴(8)和转换接头(9)组成，所述的分流套(2)、冲击锤(3)、换向拨叉(4)、冲击阀体(5)、保持架(6)、定位卡环(7)均安装于上接头外壳(1)内，通过射流喷嘴(8)和转换接头(9)进行轴向和周向定位，分流套(2)前端开设有环形槽，用于安装冲击锤(3)、换向拨叉(4)、冲击阀体(5)，先将冲击锤(3)安装于冲击阀体(5)内，再将换向拨叉(4)安装于冲击锤(3)内，再将冲击锤(3)、换向拨叉(4)、冲击阀体(5)三者的组合体一起安装到分流套(2)前端，然后将保持架(6)通过螺纹连接安装到冲击阀体(5)作为换向拨叉(4)的支撑架，再将定位卡环(7)安装到上接头外壳(1)前端的内部凹槽内，对冲击阀体(5)进行轴向限位，转换接头(9)安装在上接头外壳(1)前端，最后通过射流喷嘴(8)进行对转换接头(9)进行固定。
2.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的分流套(2)圆周上设置有小孔，数量为4个，通过分流套(2)圆周上的小孔实现钻井液的分流，钻井液通过分流套(2)的小孔进入冲击阀体(5)和上接头外壳(1)之间的空腔，当冲击锤(3)和冲击阀体(5)圆周上的小孔连通时，钻井液进入冲击锤(3)和换向拨叉(4)之间的空腔，推动换向拨叉(4)转动。
3.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的冲击锤(3)的锤头位置开设有小孔，钻井液通过小孔进入冲击锤(3)和冲击阀体(5)之间的空腔，通过钻井液压力推动冲击锤(3)转动。
4.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的换向拨叉(4)圆周上设置有两排小孔，当换向拨叉(4)圆周上的小孔和冲击锤(3)圆周上的小孔连通时，钻井液经过连通的小孔通道进入冲击锤(3)和冲击阀体(5)之间的空腔。
5.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的冲击阀体(5)圆周上设置有两排小孔，钻井液通过小孔进入冲击锤(3)和换向拨叉(4)之间的空腔，并且冲击阀体(5)前端设置有斜孔，钻井液可以通过斜孔进入中心流道，实现钻井液循环，避免固相颗粒沉积，堵塞冲击阀体(5)圆周上的小孔，影响工具正常工作。
6.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的冲击阀体(5)内部空腔位置设置有圆弧倒角和平面倒角，用以辅助冲击锤(3)启动。
7.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的冲击锤(3)的锤头位置设置有突出结构，通过设置突出结构，减小冲击锤(3)与冲击阀体(5)内腔的接触面积，从而减小冲击锤(3)转动过程中的摩擦阻力。
8.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的射流喷嘴(8)可以有多种尺寸规格，通过改变射流喷嘴(8)的通孔直径调节高频扭振降粘工具的出口压力大小。
9.根据权利要求1所述的高频扭振降粘工具，其特征在于：所述的转换接头(9)与上接头外壳(1)装配好后，转换接头(9)与上接头外壳(1)存在间隙，通过间隙调整冲击阀体(5)传递下来的冲击扭矩。
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