CN109973016A - 一种盘阀式压力激发工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘阀式压力激发工具，用于高摩阻井眼下套管，连接在套管柱最下端，包括静阀壳体、动盘阀、止推轴承、预紧碟簧、锁紧螺套、涡轮轴、涡轮转子和涡轮定子等。静阀壳体和涡轮壳体螺纹连接组成工具外壳体，动盘阀上盘面与静阀壳体在其静阀盘处预压贴合，动盘阀由止推轴承支承，止推轴承由依次布置的预紧碟簧和锁紧螺套支承，锁紧螺套螺纹固定连接在所述静阀壳体内壁，涡轮转子固定在所述涡轮轴上，可随轴转动，涡轮定子固定在所述涡轮壳体上。当循环钻井液时，静阀盘和动盘阀在转动时，钻井液在盘阀处间断产生高压并形成间断推力，使下端套管柱处于振动状态，可有效降低套管柱所受摩阻力，提高套管下入能力。

Description

一种盘阀式压力激发工具

技术领域

本发明涉及油气田井筒工程下套管工具技术领域，尤其涉及一种盘阀式压力激发工具。

背景技术

对于大位移井和长水平段水平井，常常因为工程问题导致井眼摩阻居高不下，为解决套管下入难问题，工程技术人员研究发展了多种办法和措施，如漂浮下套管和旋转下套管等技术，但由于成本高昂或受现工艺条件的限制，都存在局限性。研究表明，在以常规方法下套管的情况下，在因井眼高摩阻而使套管下入力与摩阻力处于相等的临界状态时，套管柱在沿轴线分布的受力总合力零点附近呈压缩状态，在套管柱末端若施加有效的振动推送力，将显著降低总合力零点以下套管柱所受摩阻力，进而解除这种阻碍套管下入的临界状态，显著提高套管下入能力。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供了一种盘阀式压力激发工具，该工具固定连接在套管柱末端，通过循环钻井液，在工具内间歇产生高压，形成间断推力，使下端套管柱处于振动状态，可有效降低套管柱所受摩阻力，提高套管下入能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种盘阀式压力激发工具，包括静阀壳体、动盘阀、止推轴承、预紧碟簧、锁紧螺套、花键轴、涡轮轴、涡轮壳体、涡轮转子和涡轮定子；其中：静阀壳体是一筒状体，静阀壳体下端和涡轮壳体密闭连接组成工具外壳体，静阀壳体内侧上部设有静阀盘，静阀盘盘面上设有偏置的过流孔；动盘阀是一筒状体，上端是动阀盘，动阀盘盘面设有与静阀盘相同的偏置过流孔，动阀盘下部是缩径的盘阀柄，盘阀柄最下端内孔轴向设置内花键，在内花键靠上部位均布多个导流孔；止推轴承、预紧碟簧套装在盘阀柄的上部，并通过锁紧螺套与静阀壳体固定连接将动盘阀的动阀盘与静阀壳体静阀盘预压贴合；花键轴上端与动盘阀内花键插接配合；涡轮轴上端是与花键轴下端连接的压紧螺纹，压紧螺纹下部是转子安装轴，涡轮转子固定在涡轮轴上，对应的涡轮定子固定在涡轮壳体上，转子安装轴下部是圆柱空心体，在圆柱空心体位置均布多个导流槽，在导流槽下部的涡轮轴外侧设有轴承台阶；止推轴承与轴承台阶密闭配合将涡轮轴限定在涡轮壳体下端部。

上述方案进一步包括：

在涡轮转子下方的涡轮轴外自上而下依此设置有过流轴承、调整套、导流套。

所述静阀壳体静阀盘上下端面和过流孔壁面及阀盘下筒体内表面设有耐磨强化涂层，所述动盘阀上部柱状体外表面及过流孔内侧面是耐磨外强化涂层。

与涡轮轴配合的止推轴承通过轴承盖和轴承筒组成密闭结构，该密闭结构通过压力摩擦与涡轮壳体固定连接。

涡轮转子和涡轮定子为多组组合的涡轮节。

所述静阀壳体下部通过下连接螺纹与涡轮壳体连接，内侧上端设套管扣螺纹。

锁紧螺套与静阀壳体通过支撑螺纹固定连接。

所述锁紧螺套上端面是截面环状碟簧凸台，下端面均布多个矩形装卸槽，内孔下端部是喇叭口状导流口。

所述涡轮轴的转子安装轴侧面布置键槽，涡轮转子通过键固定在涡轮轴上。

涡轮轴下端面均布多个截面为矩形的工具槽。

本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

1、使用时安装在套管柱末端，方便与其它工具或技术措施配合使用，工具结构坚固简单，安全可靠；在工作状态能够产生有效的振动力，显著降低套管柱受力零点以下套管柱的摩阻力，提高套管下入能力。

附图说明

图1是盘阀式压力激发工具全剖结构图；

图2是静阀壳体结构图；

图3是动盘阀结构图；

图4是涡轮轴结构图；

图5是锁紧螺套结构图。

图中：静阀壳体1、动盘阀2、止推轴承3、预紧碟簧4、锁紧螺套5、花键轴6、涡轮轴7、过流轴承8、调整套9、导流套10、轴承盖11、轴承筒12、涡轮壳体13、键14、涡轮转子15、涡轮定子16、套管扣螺纹101、静阀盘102、强化涂层103、支撑螺纹104、下连接螺纹105、动阀盘201、盘阀柄202、导流孔203、内花键204、轴承台阶205、外强化涂层206、下过流孔207、碟簧凸台401、外支撑螺纹402、装卸槽403、导流口404、压紧螺纹701、转子安装轴702、流道703、工具槽704、轴承台阶705、导流槽706、键槽707。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，参照图1-5所示，一种盘阀式压力激发工具，包括静阀壳体1、动盘阀2、止推轴承3、预紧碟簧4、锁紧螺套5、花键轴6、涡轮轴7、涡轮壳体13、涡轮转子15和涡轮定子16。

其中：静阀壳体1是一筒状体，静阀壳体1下端和涡轮壳体13密闭连接组成工具外壳体，静阀壳体1内侧上部设有静阀盘102，静阀盘102盘面上设有偏置的过流孔；动盘阀2是一筒状体，上端是动阀盘201，动阀盘201盘面设有与静阀盘102相同的偏置过流孔，动阀盘201下部是缩径的盘阀柄202，盘阀柄202最下端内孔轴向设置内花键204，在内花键204靠上部位均布多个导流孔203；止推轴承3、预紧碟簧4套装在盘阀柄202的上部，并通过锁紧螺套5与静阀壳体1固定连接将动盘阀2的动阀盘201与静阀壳体1静阀盘102预压贴合；花键轴6上端与动盘阀2内花键204插接配合；涡轮轴7上端是与花键轴6下端连接的压紧螺纹701，压紧螺纹701下部是转子安装轴702，涡轮转子15固定在涡轮轴上7，对应的涡轮定子16固定在涡轮壳体13上，转子安装轴702下部是圆柱空心体，在圆柱空心体位置均布多个导流槽706，在导流槽706下部的涡轮轴7外侧设有轴承台阶705；止推轴承3与轴承台阶705密闭配合将涡轮轴7限定在涡轮壳体13下端部。

实施例2，一种盘阀式压力激发工具包括静阀壳体1、动盘阀2、止推轴承3、预紧碟簧4、锁紧螺套5、花键轴6、涡轮轴7、过流轴承8、调整套9、导流套10、轴承盖11、轴承筒12、涡轮壳体13、键14、涡轮转子15和涡轮定子16等。

如附图1所示，静阀壳体1和涡轮壳体13螺纹连接组成工具外壳体，动盘阀2上盘面与静阀壳体1在其静阀盘处盘面接触，动盘阀2在中间部位由止推轴承3支承，止推轴承3由依次布置的预紧碟簧4和锁紧螺套5支承，锁紧螺套5螺纹固定连接在静阀壳体1内壁，动盘阀2下端通过花键轴6与涡轮轴7相连，涡轮轴7上轴向布置有多组包括涡轮转子15和涡轮定子16的涡轮节，涡轮转子15固定在涡轮轴上7，可随轴转动，涡轮定子16固定在涡轮壳体13上，涡轮轴7下部通过止推轴承3轴向固定在由轴承盖11和轴承筒12组成的盒状结构中，此盒状结构通过压力摩擦与涡轮壳体13固定连接。

如图2所示，静阀壳体1是一筒状体，外侧上部是等直径柱面，下部是下连接螺纹105用于涡轮壳体13连接，内侧上端是套管扣螺纹101，之下是静阀盘102，静阀盘102盘面内是偏置的过流孔，静阀盘102上下端面和过流孔壁面及阀盘下一定尺寸筒体内表面是耐磨强化涂层103，强化涂层之下是支撑螺纹104，用于连接锁紧螺套5。

如图3所示，动盘阀2由动阀盘201和盘阀柄202组成，盘阀柄202上部外侧是柱状体，上端焊接动阀盘201，动阀盘20盘面与盘阀柄202轴线垂直，动阀盘201盘面内是偏置的下过流孔207，整个动盘阀2上部柱状体外表面及过流孔内侧面铺焊耐磨外强化涂层206，柱状体下端台阶面是轴承台阶205，盘阀柄202最下端内孔轴向布置内花键204，在内花键204靠上部位均布多个导流孔203。

如图4所示，涡轮轴7上部是圆柱实心体，下部是圆柱空心体，空心部分是流道703，上端部外侧是压紧螺纹701，用于压紧涡轮转子，其下是转子安装轴702，轴侧面布置键槽707，在涡轮轴中间对应圆柱空心体位置均布多个截面为长圆形的导流槽706，用于导引钻井液流经涡轮轴下部圆柱空心体，在导流槽706下部柱体外侧是轴承台阶705，用于安装止推轴承，以限制涡轮轴轴向位移，涡轮轴7下端面均布多个截面为矩形的工具槽704。

如图5所示，锁紧螺套4外侧柱面是外支撑螺纹402，上端面是截面为三角形的环状碟簧凸台401，可保证预紧碟簧在轴向受力增大时形变不发生变化，下端面均布多个矩形装卸槽403，内孔下端部是喇叭口状导流口404。

本发明提到的一种盘阀式压力激发工具，其使用过程如下：

根据井眼轨迹测井数据，判断井眼摩阻情况，连接工具在套管柱最下端，在套管柱下放到临界状态时，开泵循环钻井液，当钻井液流经工具涡轮节内腔时，液力驱动涡轮轴7转动，进而带动动盘阀2转动，静阀壳体1内静盘阀102与壳体本体成一体，静阀盘102内有一偏置过流孔，动盘阀2盘面内有一同样的偏置过流孔，动盘阀2在绕静阀壳体1轴线转动时，两盘阀的过流孔相互叠挡，使等效过流面积在最大和最小值之间变化，钻井液在盘阀处间断产生高压并形成间断推力，钻井液最后经导流套10进入涡轮轴7中心导流孔排出，使套管柱中性点以下套管段处于套管柱轴向振动状态，进而降低整个套管柱受到的摩阻力，直到套管柱下放到设计位置。

Claims (10)

1.一种盘阀式压力激发工具，包括静阀壳体（1）、动盘阀（2）、止推轴承（3）、预紧碟簧（4）、锁紧螺套（5）、花键轴（6）、涡轮轴（7）、涡轮壳体（13）、涡轮转子（15）和涡轮定子（16）；其特征是：静阀壳体（1）是一筒状体，静阀壳体（1）下端和涡轮壳体（13）密闭连接组成工具外壳体，静阀壳体（1）内侧上部设有静阀盘（102），静阀盘（102）盘面上设有偏置的过流孔；动盘阀（2）是一筒状体，上端是动阀盘（201），动阀盘（201）盘面设有与静阀盘（102）相同的偏置过流孔，动阀盘（201）下部是缩径的盘阀柄（202），盘阀柄（202）最下端内孔轴向设置内花键（204），在内花键（204）靠上部位均布多个导流孔（203）；止推轴承（3）、预紧碟簧（4）套装在盘阀柄（202）的上部，并通过锁紧螺套（5）与静阀壳体（1）固定连接将动盘阀（2）的动阀盘（201）与静阀壳体（1）静阀盘（102）预压贴合；花键轴（6）上端与动盘阀（2）内花键（204）插接配合；涡轮轴（7）上端是与花键轴（6）下端连接的压紧螺纹（701），压紧螺纹（701）下部是转子安装轴（702），涡轮转子（15）固定在涡轮轴上（7），对应的涡轮定子（16）固定在涡轮壳体（13）上，转子安装轴（702）下部是圆柱空心体，在圆柱空心体位置均布多个导流槽（706），在导流槽（706）下部的涡轮轴（7）外侧设有轴承台阶（705）；止推轴承（3）与轴承台阶（705）密闭配合将涡轮轴（7）限定在涡轮壳体（13）下端部。

2.根据权利要求1所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：在涡轮转子（15）下方的涡轮轴（7）外自上而下依此设置有过流轴承（8）、调整套（9）、导流套（10）。

3.根据权利要求1或2所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：所述静阀壳体（1）静阀盘上下端面和过流孔壁面及阀盘下筒体内表面设有耐磨强化涂层（103），所述动盘阀（2）上部柱状体外表面及过流孔内侧面是耐磨外强化涂层（206）。

4.根据权利要求3所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：与涡轮轴（7）配合的止推轴承（3）通过轴承盖（11）和轴承筒（12）组成密闭结构，该密闭结构通过压力摩擦与涡轮壳体（13）固定连接。

5.根据权利要求4所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：涡轮转子（15）和涡轮定子（16）为多组组合的涡轮节。

6.根据权利要求4所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：所述静阀壳体（1）下部通过下连接螺纹（105）与涡轮壳体（13）连接，内侧上端设套管扣螺纹（101）。

7.根据权利要求4所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：锁紧螺套（5）与静阀壳体（1）通过支撑螺纹（104）固定连接。

8.根据权利要求4所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：所述锁紧螺套（4）上端面是截面环状碟簧凸台（401），下端面均布多个矩形装卸槽（403），内孔下端部是喇叭口状导流口（404）。

9.根据权利要求4所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：所述涡轮轴（7）的转子安装轴（702）侧面布置键槽（707），涡轮转子（15）通过键（14）固定在涡轮轴上（7）。

10.根据权利要求4所述的盘阀式压力激发工具，其特征是：涡轮轴（7）下端面均布多个截面为矩形的工具槽（704）。