CN109667543B - 振动可调节的周向振动工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振动可调节的周向振动工具，主要由接头外壳、调整垫片、分流接头、上部弹簧、矩形密封圈a、上喷嘴、上保持架、调节缸套、换向锤、冲击锤、下部弹簧、下喷嘴、碰撞阀体、定位件、矩形密封圈b、下保持架、矩形密封圈c、固定接头组成。振动可调节的周向振动工具工作时，增加钻井液压力，使调节缸套向前移动，关闭换向流道，工具不产生周向振动，降低钻井液压力，使上部弹簧和下部弹簧复位，换向流道连通，换向锤、冲击锤和碰撞阀体在钻井液驱动下，产生相互碰撞，形成周向往复冲击载荷。本发明的振动可调节的周向振动工具可以根据需要进行振动调节控制，可产生额外的周向冲击载荷作用在钻头上，加速钻头破岩，提高钻井效率。

Description

振动可调节的周向振动工具

技术领域

本发明涉及一种用于油气井钻井的振动可调节的周向振动工具，尤其是适用于水平井、大位移井钻井。

背景技术

随着油气资源开发的日益深入，钻井工程面临更加复杂的工作情况，开采难度也日益增加。特别是在深井、超深井作业的过程中，由于地层岩石的硬度差异，钻柱底部摩擦扭矩发生改变，当钻井扭矩和地层岩石的反作用扭矩无法达到平衡时，钻柱将产生粘滑现象。当能量在井底逐渐积累，钻柱粘滑现象逐渐加剧，严重的粘滑现象将导致钻柱失效、钻具组合工作性能降低、钻头磨损加剧等，从而给钻井工程带来不利影响，使钻井效率降低，钻井成本增加，不利于油气资源的安全、高效开发。

当钻柱系统产生粘滑现象时，钻井工程面临的风险相对正常钻进将成倍增加，为了缓解或者消除钻柱粘滑，目前常用的降粘方式为使用降粘工具，而典型的降粘工具则是通过给钻柱施加一个额外的周向振动来调节钻井扭矩，从而缓解或者消除钻柱粘滑。为此，研究周向振动工具，用以降低钻柱粘滑，提高钻井效率是现代油气钻井技术的重要发展方向之一。周向振动工具通常通过机械结构实现能量转换，将钻井液的液压能转换为振动工具的机械能，为钻头提供额外的周向扭矩，改变钻柱系统在钻井过程的受力情况，通过振动工具产生的周向扭矩调节钻井扭矩变化范围，达到克服钻柱粘滑、卡钻的目的。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的钻柱粘滑现象给钻井工程带来的不利影响，降低钻头磨损，提高钻井效率，本发明提供了振动可调节的周向振动工具。本发明的振动可调节的周向振动工具工作时，若不需要产生周向冲击载荷，则增加钻井液压力，使调节缸套向前移动，关闭换向流道，钻井液全部流经中心流道后流出，换向锤、冲击锤和碰撞阀体不产生动作；若需要产生周向振动时，则降低钻井液压力，使上部弹簧和下部弹簧复位，换向流道连通，钻井液在换向流道内循环，换向锤、冲击锤和碰撞阀体在钻井液驱动下，产生转动，通过换向锤、冲击锤和碰撞阀体之间的相互碰撞，产生周向往复冲击载荷，通过振动可调节的周向振动工具产生额外的周向冲击载荷作用在钻头上，加速钻头破岩。

本发明的技术方案是：振动可调节的周向振动工具主要由接头外壳、调整垫片、分流接头、上部弹簧、矩形密封圈a、上喷嘴、上保持架、调节缸套、换向锤、冲击锤、下部弹簧、下喷嘴、碰撞阀体、定位件、矩形密封圈b、下保持架、矩形密封圈c、固定接头组成；调整垫片位于接头外壳公扣端内腔，通过调整垫片调整工具内部构件的安装位置，将上喷嘴安装到调节缸套后端，再将上喷嘴和调节缸套的组合体安装到上保持架内，然后将上部弹簧安装到分流接头后端，再通过花键将分流接头安装到上保持架内，在上保持架圆周上安装矩形密封圈a，然后将分流接头、上部弹簧、矩形密封圈a、上喷嘴、上保持架、调节缸套一起放入接头外壳内，将下喷嘴安装到下保持架后端，再将下喷嘴和下保持架一起安装到碰撞阀体前端，然后将换向锤和冲击锤安装到碰撞阀体内部，并与上保持架配合，换向锤位于冲击锤内部，再将矩形密封圈b安装到碰撞阀体前端圆周上，将定位件安装到接头外壳前端对应的位置，将矩形密封圈c安装到固定接头外圆周上，再将固定接头安装到接头外壳前端。

所述的分流接头将部分钻井液进行分流，通过增大或减小钻井液输入压力，可以控制调节缸套的轴向位置，通过轴向位置的改变实现流体流道的过流面积大小控制，从而实现周向振动工具的振动调节控制，当调节缸套向前移动时，上部弹簧被拉伸，下部弹簧被压缩；当调节缸套向后移动时，上部弹簧复位，下部弹簧释放，通过上部弹簧和下部弹簧的蓄能与复位辅助当调节缸套的轴向位移调节。

所述的分流接头圆周上呈90°均布有四个分流孔，与上保持架的配合花键数量呈180°对称分布，当分流孔与上保持架圆周上的通孔连通时，钻井液进入上保持架与接头外壳之间的空腔。

所述的换向锤、冲击锤和碰撞阀体的转动可以通过调节缸套进行调节，当钻井液压力增大时，调节缸套向前移动，流体通道关闭，钻井液不经过换向流道，换向锤、冲击锤和碰撞阀体不产生转动，钻井液全部流经中心流道后，从固定接头流出，工具不产生周向振动；当钻井液通过调节缸套进入换向流道时，流体在换向流道内循环，换向锤、冲击锤和碰撞阀体将转动，通过换向锤、冲击锤和碰撞阀体的相互碰撞形成周向冲击载荷，利用钻井液压力进行调节缸套的控制，实现周向振动工具的振动调节。

所述的上喷嘴和下喷嘴可根据不同钻井参数设置进行不同尺寸规格进行配套选用，其中通过改变上喷嘴的通孔直径可以实现调节缸套的轴向调节控制。

本发明的有益效果是：(1)与现有周向振动工具相比，振动可调节的周向振动工具通过调节钻井液压力实现振动的控制，提高了振动可调节的周向振动工具的适用范围；(2)采用钻井液驱动换向锤、冲击锤和碰撞阀体运动，只需要提高或降低泵压就可以实现振动可调节的周向振动工具的振动调节控制，不需要其他地面操作，降低了作业复杂程度；(3)振动可调节的周向振动工具内设置有上喷嘴和下喷嘴，可以根据不同的钻井条件进行喷嘴的配套选型，扩大周向振动的调节控制范围。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明图仰视图。

图3是换向锤的结构示意图。

图4是分流接头的结构示意图。

图中1.接头外壳，2.调整垫片，3.分流接头，4.上部弹簧，5.矩形密封圈a，6.上喷嘴，7.上保持架，8.调节缸套，9.换向锤，10.冲击锤，11.下部弹簧，12.下喷嘴，13.碰撞阀体，14.定位件，15.矩形密封圈b，16.下保持架，17.矩形密封圈c，18.固定接头。

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，振动可调节的周向振动工具主要由接头外壳1、调整垫片2、分流接头3、上部弹簧4、矩形密封圈a5、上喷嘴6、上保持架7、调节缸套8、换向锤9、冲击锤10、下部弹簧11、下喷嘴12、碰撞阀体13、定位件14、矩形密封圈b15、下保持架16、矩形密封圈c17、固定接头18组成；调整垫片2位于接头外壳1公扣端内腔，通过调整垫片2调整工具内部构件的安装位置，将上喷嘴6安装到调节缸套8后端，再将上喷嘴6和调节缸套8的组合体安装到上保持架7内，然后将上部弹簧4安装到分流接头3后端，再通过花键将分流接头3安装到上保持架7内，在上保持架7圆周上安装矩形密封圈a5，然后将分流接头3、上部弹簧4、矩形密封圈a5、上喷嘴6、上保持架7、调节缸套8一起放入接头外壳1内，将下喷嘴12安装到下保持架16后端，再将下喷嘴12和下保持架16一起安装到碰撞阀体13前端，然后将换向锤9和冲击锤10安装到碰撞阀体13内部，并与上保持架7配合，换向锤9位于冲击锤10内部，再将矩形密封圈b15安装到碰撞阀体13前端圆周上，将定位件14安装到接头外壳1前端对应的位置，将矩形密封圈c17安装到固定接头18外圆周上，再将固定接头18安装到接头外壳1前端。

所述的分流接头3将部分钻井液进行分流，通过增大或减小钻井液输入压力，可以控制调节缸套8的轴向位置，通过轴向位置的改变实现流体流道的过流面积大小控制，从而实现周向振动工具的振动调节控制，当调节缸套8向前移动时，上部弹簧4被拉伸，下部弹簧11被压缩；当调节缸套8向后移动时，上部弹簧4复位，下部弹簧11释放，通过上部弹簧4和下部弹簧11的蓄能与复位辅助当调节缸套8的轴向位移调节。

所述的分流接头3圆周上呈90°均布有四个分流孔，与上保持架7的配合花键数量呈180°对称分布，当分流孔与上保持架7圆周上的通孔连通时，钻井液进入上保持架7与接头外壳1之间的空腔。

所述的换向锤9、冲击锤10和碰撞阀体13的转动可以通过调节缸套8进行调节，当钻井液压力增大时，调节缸套8向前移动，流体通道关闭，钻井液不经过换向流道，换向锤9、冲击锤10和碰撞阀体13不产生转动，钻井液全部流经中心流道后，从固定接头18流出，工具不产生周向振动；当钻井液通过调节缸套8进入换向流道时，流体在换向流道内循环，换向锤9、冲击锤10和碰撞阀体13将转动，通过换向锤9、冲击锤10和碰撞阀体13的相互碰撞形成周向冲击载荷，利用钻井液压力进行调节缸套8的控制，实现周向振动工具的振动调节。

所述的上喷嘴6和下喷嘴12可根据不同钻井参数设置进行不同尺寸规格进行配套选用，其中通过改变上喷嘴6的通孔直径可以实现调节缸套8的轴向调节控制。

Claims (5)

1.振动可调节的周向振动工具，其特征在于：所述的振动可调节的周向振动工具主要由接头外壳(1)、调整垫片(2)、分流接头(3)、上部弹簧(4)、矩形密封圈a(5)、上喷嘴(6)、上保持架(7)、调节缸套(8)、换向锤(9)、冲击锤(10)、下部弹簧(11)、下喷嘴(12)、碰撞阀体(13)、定位件(14)、矩形密封圈b(15)、下保持架(16)、矩形密封圈c(17)、固定接头(18)组成；调整垫片(2)位于接头外壳(1)公扣端内腔，通过调整垫片(2)调整工具内部构件的安装位置，将上喷嘴(6)安装到调节缸套(8)后端，再将上喷嘴(6)和调节缸套(8)的组合体安装到上保持架(7)内，然后将上部弹簧(4)安装到分流接头(3)后端，再通过花键将分流接头(3)安装到上保持架(7)内，在上保持架(7)圆周上安装矩形密封圈a(5)，然后将分流接头(3)、上部弹簧(4)、矩形密封圈a(5)、上喷嘴(6)、上保持架(7)、调节缸套(8)一起放入接头外壳(1)内，将下喷嘴(12)安装到下保持架(16)后端，再将下喷嘴(12)和下保持架(16)一起安装到碰撞阀体(13)前端，然后将换向锤(9)和冲击锤(10)安装到碰撞阀体(13)内部，并与上保持架(7)配合，换向锤(9)位于冲击锤(10)内部，再将矩形密封圈b(15)安装到碰撞阀体(13)前端圆周上，将定位件(14)安装到接头外壳(1)前端对应的位置，将矩形密封圈c(17)安装到固定接头(18)外圆周上，再将固定接头(18)安装到接头外壳(1)前端。

2.根据权利要求1所述的振动可调节的周向振动工具，其特征在于：所述的分流接头(3)将部分钻井液进行分流，通过增大或减小钻井液输入压力，可以控制调节缸套(8)的轴向位置，通过轴向位置的改变实现流体流道的过流面积大小控制，从而实现周向振动工具的振动调节控制，当调节缸套(8)向前移动时，上部弹簧(4)被拉伸，下部弹簧(11)被压缩；当调节缸套(8)向后移动时，上部弹簧(4)复位，下部弹簧(11)释放，通过上部弹簧(4)和下部弹簧(11)的蓄能与复位辅助当调节缸套(8)的轴向位移调节。

3.根据权利要求1所述的振动可调节的周向振动工具，其特征在于：所述的分流接头(3)圆周上呈90°均布有四个分流孔，与上保持架(7)的配合花键数量呈180°对称分布，当分流孔与上保持架(7)圆周上的通孔连通时，钻井液进入上保持架(7)与接头外壳(1)之间的空腔。

4.根据权利要求1所述的振动可调节的周向振动工具，其特征在于：所述的换向锤(9)、冲击锤(10)和碰撞阀体(13)的转动可以通过调节缸套(8)进行调节，当钻井液压力增大时，调节缸套(8)向前移动，流体通道关闭，钻井液不经过换向流道，换向锤(9)、冲击锤(10)和碰撞阀体(13)不产生转动，钻井液全部流经中心流道后，从固定接头(18)流出，工具不产生周向振动；当钻井液通过调节缸套(8)进入换向流道时，流体在换向流道内循环，换向锤(9)、冲击锤(10)和碰撞阀体(13)将转动，通过换向锤(9)、冲击锤(10)和碰撞阀体(13)的相互碰撞形成周向冲击载荷，利用钻井液压力进行调节缸套(8)的控制，实现周向振动工具的振动调节。

5.根据权利要求1所述的振动可调节的周向振动工具，其特征在于：所述的上喷嘴(6)和下喷嘴(12)可根据不同钻井参数设置进行不同尺寸规格进行配套选用，其中通过改变上喷嘴(6)的通孔直径可以实现调节缸套(8)的轴向调节控制。

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