CN110469267B - 一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田勘探开发过程中提高钻井效率的装置和方法，可用于水平井、定向井、大位移井降低钻柱与井壁摩擦阻力的装置和方法。其技术方案是：所述一种通过轴扭复合作用减阻提速的装置主要包括：上外壳体、弹簧、阀组件螺纹轴、中外壳体、阀口、活塞、下外壳体、冲击组件轴、旋转组件轴、旋转壳体、偏心构件、外接头；上外壳体、中外壳体和下外壳体从上至下依次靠螺纹连接；下外壳体和冲击组件轴是花键连接；冲击组件轴、旋转壳体和外接头依次靠螺纹连接；阀口与上壳体下部相连；活塞和冲击组件轴上端相连；偏心构件和冲击组件轴下端；弹簧安置在上外壳体和下外壳体之中；阀组件螺纹轴安装在壳体内部。本发明结构简单，效率高，成本低。

Description

一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于油田勘探开发过程中提高钻井效率的装置和方法，属于石油、天然气钻井的配套装置，是一种用于水平井、定向井、大位移井的降低钻柱与井壁摩擦阻力的装置及方法。

背景技术

目前，随着油田勘探和开发的不断发展，水平井，定向井和扩大井的比例不断增加。较长的水平段钻井技术已经在国内外得到了广泛应用，主要取决于其较好的投入产出比。在大位移井与水平井的钻井过程中，摩擦阻力过大，使得钻井时间过长、钻井效率较低、钻井成本过高，这些因素已经成为了水平井和大位移井的发展的最主要的难题。

在现场实际工作中，因为管柱的摩阻扭矩太大，很可能导致出现以下情况：机械钻速明显变低；发生钻具断裂事故或使得钻具不能上起；从而达不到井身轨迹的设计要求，目的层的中靶率低。

随着对油需求的增加，使得各个大型油田不断的深入开发，开采难度不断增大，因为复杂结构井的数量在逐渐增加,例如大斜度的井、长水平井、多分支水平井等，因此石油人都在关注怎样实现高速、高效率的钻进和怎样提高水平段的长度。

经分析可知, 钻压传递的效率降低，非常严重的限制了钻进速度，其中一个很重要的原因是因为井斜角过大将造成钻柱和井壁之间的摩擦阻力增加。

目前世界上主要的几种钻井工具是：（1）三维水力振荡器；（2）自激振荡式旋转冲击钻井工具；（3）NOV 水力振荡器；（4）新型钻井振荡器。但上诉几种装置都难以满足大位移井、水平井钻井高质量、快速、低摩擦要求的现状。

因此，需要设计一种可以降低摩擦阻力、提高钻头破岩效率的钻井工具。

发明内容

本发明的目的是：为解决现有技术的不足，提高钻井效率，特提供一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速装置及其方法。

为达到上诉目的，本发明解决此问题所采用的的技术方案是：一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速装置及其方法，其结构主要包括：上外壳体、 入口螺钉、螺母、弹簧上支撑、1号弹簧、阀组件螺纹轴、2号弹簧、弹簧下支撑、主垫片、中外壳体、阀口、冲击螺帽、活塞、密封圈、3号弹簧上支撑、3号弹簧、3号弹簧下支撑、下外壳体、冲击组件轴、垫片、滚动轴承、旋转壳体、旋转组件轴、偏心构件、喷嘴、外接头；其技术特征在于：上外壳体、中外壳体、下外壳体从上至下依次靠螺纹连接；上外壳体上端内表面与入口螺钉配合、下端内表面与阀口配合；阀组件螺纹轴安置在上外壳体内孔中，定位1号弹簧及2号弹簧；冲击组件轴安置在中外壳体内孔中，其上表面与活塞配合，其下端与旋转壳体配合，其中部外表面与下外壳体配合；旋转组件轴安置在旋转壳体内孔中，其下端与偏心构件配合；外接头上端与旋转壳体配合；所述装置工作原理为：钻井液通过上外壳体流入装置内部孔中，因流道面积的变化，形成压力差，流体产生轴向线性冲击，作用在阀组件螺纹轴上，通过1号弹簧，2号弹簧共同作用，放大钻井液的轴向线性冲击力，后钻井液通过阀口，作用在活塞上，与3号弹簧相互作用，使冲击组件轴随着钻井液轴向冲击力大小的变化压缩或伸长，产生轴向振动，最终钻井液通过旋转壳体流入偏心构件，使其转动产生离心力，轴向振动和离心力共同作用从而降低钻杆与井壁的摩擦力。

所述冲击组件轴与下外壳体的花键连接是8-10齿矩形花键；所述偏心构件的喷嘴倾角为30-75度；所述阀口上均布有3-6个孔。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：可以大幅度的提高钻井速度、降低摩擦阻力，还可以有效的改善油管的弯曲状态，提高钻井的精度，有利于提高钻井效率，节约钻井成本。

附图说明

图1是本发明一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置截面示意图。

图2是本发明一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置的阀口的截面示意图。

图3是本发明一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置的偏心构件的截面示意图。

图4是本发明一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置的冲击组件轴截面示意图。

图中，1.上外壳体，2.入口螺钉，3.螺母，4.弹簧上支撑，5.1号弹簧，6.阀组件螺纹轴，7.2号弹簧，8.弹簧下支撑，9.主垫片，10.阀口,11.中外壳体，12.冲击螺帽，13.活塞，14.密封圈，15.3号弹簧上支撑，16.3号弹簧，17.3号弹簧下支撑，18.下外壳体，19.冲击组件轴，20.垫片，21.滚动轴承，22.旋转壳体，23，旋转组件轴,，24.偏心构件，25.喷嘴，26.外接头。

具体实施方式

如图1-图4所示，一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置及方法，其结构主要包括：上外壳体1、 入口螺钉2、螺母3、弹簧上支撑4、1号弹簧5、阀组件螺纹轴6、2号弹簧7、弹簧下支撑8、主垫片9、阀口10、中外壳体11、冲击螺帽12、活塞13、密封圈14、3号弹簧上支撑15、3号弹簧16、3号弹簧下支撑17、下外壳体18、冲击组件轴19、垫片20、滚动轴承21、旋转壳体22、旋转组件轴23、偏心构件24、喷嘴25、外接头26；其技术特征在于：上外壳体1、中外壳体11、下外壳体18从上至下依次靠螺纹连接；上外壳体1上端内表面与入口螺钉2配合、下端内表面与阀口10配合；阀组件螺纹轴6安置在上外壳体1内孔中，定位1号弹簧5及2号弹簧7；冲击组件轴19安置在中外壳体11内孔中，其上表面与活塞13配合，其下端与旋转壳体22配合，其中部外表面与下外壳体18配合；旋转组件轴23安置在旋转壳体22内孔中，其下端与偏心构件24配合；外接头26上端与旋转壳体22配合；所述装置工作原理为：钻井液通过上外壳体1流入装置内部孔中，因流道面积的变化，形成压力差，流体产生轴向线性冲击，作用在阀组件螺纹轴6上，通过1号弹簧5，2号弹簧7共同作用，放大钻井液的轴向线性冲击力，后钻井液通过阀口10，作用在活塞13上，与3号弹簧16相互作用，使冲击组件轴19随着钻井液轴向冲击力大小的变化压缩或伸长，产生轴向振动，最终钻井液通过旋转壳体22流入偏心构件24，使其转动产生离心力，轴向振动和离心力共同作用从而降低钻杆与井壁的摩擦力。

所述冲击组件轴19与下外壳体18的花键连接是8-10齿矩形花键；所述偏心构件24的喷嘴25倾角为30-75度；所述阀口10上均布有3-6个孔。

本发明技术可以减少水平段中的钻柱或连续油管的前行摩擦阻力，确保水平或延伸井能向更长水平段延伸，可以大幅度的提高钻井速度，对于提高水平段延伸钻进能力具有较大意义。

Claims (3)

1.一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置，其结构主要包括：上外壳体（1）、 入口螺钉（2）、螺母（3）、弹簧上支撑（4）、1号弹簧（5）、阀组件螺纹轴（6）、2号弹簧（7）、弹簧下支撑（8）、主垫片（9）、阀口（10）、中外壳体（11）、冲击螺帽（12）、活塞（13）、密封圈（14）、3号弹簧上支撑（15）、3号弹簧（16）、3号弹簧下支撑（17）、下外壳体（18）、冲击组件轴（19）、垫片（20）、滚动轴承（21）、旋转壳体（22）、旋转组件轴（23）、偏心构件（24）、喷嘴（25）、外接头（26）；其技术特征在于：上外壳体（1）、中外壳体（11）、下外壳体（18）从上至下依次靠螺纹连接；上外壳体（1）上端内表面与入口螺钉（2）配合、下端内表面与阀口（10）配合；阀组件螺纹轴（6）安置在上外壳体（1）内孔中，定位1号弹簧（5）及2号弹簧（7）；冲击组件轴（19）安置在中外壳体（11）内孔中，其上表面与活塞（13）配合，其下端与旋转壳体（22）配合，其中部外表面与下外壳体（18）为花键连接；所述冲击组件轴（19）与下外壳体（18）的花键连接是8-10齿矩形花键；旋转组件轴（23）安置在旋转壳体（22）内孔中，其下端与偏心构件（24）配合；外接头（26）上端与旋转壳体（22）配合；所述装置工作原理为：钻井液通过上外壳体（1）流入装置内部孔中，因流道面积的变化，形成压力差，流体产生轴向直线冲击，作用在阀组件螺纹轴（6）上，通过1号弹簧（5）、2号弹簧（7）共同作用，传递钻井液的轴向冲击力，后钻井液通过阀口（10），作用在活塞（13）上，与3号弹簧（16）相互作用，使冲击组件轴（19）随着钻井液轴向冲击力大小的变化压缩或伸长，产生轴向振动，最终钻井液通过旋转组件轴（23）流入偏心构件（24），而后流出喷嘴（25），使偏心构件（24）转动产生离心力，轴向振动与离心力共同作用，降低钻杆与井壁的摩擦力。

2.根据权利要求1所述的一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置，其技术特征在于：所述喷嘴（25）的倾角为30-75度。

3.根据权利要求1所述的一种钻井过程中通过轴扭复合作用减阻提速的装置，其技术特征在于：所述阀口（10）上均布有3-6个孔。

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