CN110748297A - 一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于降低钻具与井壁之间摩擦、提高钻井效率、缩短钻井周期的工具及其方法，其技术方案是：所述一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的装置主要包括：滑杆、密封圈、挡圈、第一上壳体、限位半圆环、第二上壳体、碟簧、密封圈、挡圈、活塞、第三上壳体、普通平键、上定阀、上动阀、第四上壳体、定子、转子、下外壳、下动阀、下定阀、下接口；第一上壳体、第二上壳体、第三上壳体、第四上壳体、定子、下外壳、下接口依次螺纹连接；在转子的带动下使得下动阀的斜孔流道周期性的打开和关闭，从而把流体的能量转化为一系列的脉冲压力，打破钻具与井壁之间的静摩擦，从而达到降低摩擦和提升水平段钻进能力的目的。

Description

一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种在定向井、大位移井和水平井中减少钻柱的前行摩擦阻力，提高定向井、大位移井、水平井的水平段延伸能力的工具。

背景技术

随着人类对石油资源的需求不断增加，全球范围内油气资源的不断减少，为满足人类对于石油资源的需求，进行了低渗、低压和低孔等复杂油气藏的开发，与之相对应的定向井、大位移井和水平井也得到越来越广泛的应用；目前，随着油气藏勘探开发技术的不断进步，定向井、水平井、大位移井在油气藏勘探开发中所占的比例也越来越高，在定向井、大位移井与水平井的钻井过程中，由于钻具与井壁之间的摩擦阻力大，使得钻井效率低、钻井周期长、钻井成本高，机械钻速明显降低，井身轨迹达不到设计要求，目的层中靶率低，有时甚至发生不能提起钻具或者断钻等事故，这已成为制约定向井、大位移井和水平井发展的重要瓶颈之一。

连续油管技术是一种经济、环保的作业手段，该技术在洗井、打捞、水平井、大位移井、现有井开窗侧钻等作业中具有较大的优势，其将成为油田量产、难动用储量开采和提高最终收采率的主导技术之一；自上世纪90年代，到目前为止，全世界使用连续油管钻井7000余口，且每年增加750_~850口，应用越来越广泛；与此同时,随着水平井数量的增加，连续油管在水平井的长度增加，连续油管与井壁的摩擦力增加，由于连续油管尺寸小，软度打，传递钻压能力差，因而造成其钻水平段进尺有限，仅仅依靠地面注入头产生的水平驱动力往往不能使连续油管达到预期的深度，连续油管在水平井段下入难这一问题也成为制约其发展的主要因素之一。

降低水平井段中钻具与井壁的摩擦力，是确保水平井、打位移井延伸钻进长水平段的关键。

发明内容

本发明的目的是：为了克服上述难点，提高水平井与大位移井水平段的延伸钻进能力，特提出一种用于降低水平井段摩阻的降低摩擦力的装置，该装置可以降低钻具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：一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具，其结构主要包括；滑杆、密封圈、档圈、第一上壳体、限位半圆环、第二上壳体、碟簧、密封圈、档圈、活塞、第三上壳体、普通平键、上定阀、上动阀、第四上壳体、定子、转子、下外壳、下动阀、下定阀、下接口组成；其技术特征在于：第一上壳体、第二上壳体、第三上壳体、第四上壳体、定子、下外壳、下接口从上到下依次螺纹连接；滑杆内部开有圆孔形流道，滑杆下端是安装在第一上壳体、第二上壳体的内孔中，并且都是间隙配合，滑杆与第二上壳体通过花键连接；第一上壳体其内表面有密封槽，用于安装密封圈和档圈；限位半圆环位于第一上壳体和第二上壳体之间，限制零件的轴向窜动；碟簧安装在第二上壳体和第三上壳体之间的内凹槽中，碟簧上下两端分别与滑杆和活塞接触作用；活塞安装在第三上壳体上端内孔中，间隙配合，滑杆最下端通过螺纹和活塞连接，活塞外壁有密封槽，用于安装密封圈和档圈；普通平键将第三上壳体和上定阀绑定在一起；上定阀和上动阀是安装在第四上壳体内孔中，上动阀是偏心的，上动阀上端轴向开有流道，上动阀侧面开有2-8个流道，轴向流道和侧面流道是联通的；转子安装在定子的内部，转子是偏心的，定子和转子为容积式螺杆马达的动力部件，转子上端通过螺纹和和上动阀连接，转子下端通过螺纹和下动阀连接；下动阀和下定阀安装在下外壳的内孔中，下动阀是偏心的，下动阀下部开有2-8个斜孔流道，下动阀斜孔流道处的外径小于下定阀的上端内孔的内径，下动阀斜孔流道处的外壁位于下定阀的上端内孔中，下动阀在转子的带动下,下动阀下端外壁与下定阀的内壁是滚动接触的，转子转动一周，斜孔流道交替周期性的打开和关闭，使得下动阀的过流面积由大变小、由小变大周期性变化，把流体的能量转化为脉冲压力；下接口内部开有流道，下接口的上端凸台用于限制下定阀窜动。

螺杆马达的动力部件由定子、转子组成。

本发明具有的有益效果是：（1）该工具轴向振动能力较强，可以有效降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，能够提高定向井、水平井、大位移井水平段的延伸钻进能力；(2)如果将该工具安放在近钻头附近，工具的轴向脉动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)轴向振动可以有效破坏水平段已经形成的岩屑床，并且可以预防卡钻；（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是本发明一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具的结构示意图；

图2是本发明一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具中滑杆的结构示意图；

图3是本发明一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具中上定阀的结构示意图；

图4是本发明一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具中上动阀的结构示意图；

图5是本发明一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具中下定阀的结构示意图；

图6是本发明一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具中下动阀的结构示意图；

图中：1.滑杆；2.密封圈；3.档圈；4.第一上壳体；5.限位半圆环；6.第二上壳体；7.碟簧；8.密封圈；9.档圈；10.活塞；11.第三上壳体；12.普通平键；13.上定阀；14.上动阀；15.第四上壳体；16.定子；17.转子；18.下外壳；19.下动阀；20.下定阀；21.下接口。

具体实施方式

如图1-图6所示，一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具，其结构主要包括；滑杆1、密封圈2、档圈3、第一上壳体4、限位半圆环5、第二上壳体6、碟簧7、密封圈8、档圈9、活塞10、第三上壳体11、普通平键12、上定阀13、上动阀14、第四上壳体15、定子16、转子17、下外壳18、下动阀19、下定阀20、下接口21组成；其技术特征在于：第一上壳体4、第二上壳体6、第三上壳体11、第四上壳体15、定子16、下外壳18、下接口21从上到下依次螺纹连接；滑杆1内部开有圆孔形流道，滑杆1下端是安装在第一上壳体4、第二上壳体6的内孔中，并且都是间隙配合,滑杆1与第二上壳体6通过花键连接；第一上壳体4其内表面有密封槽，用于安装密封圈2和档圈3；限位半圆环5位于第一上壳体4和第二上壳体6之间，限制零件的轴向窜动；碟簧7安装在第二上壳体6和第三上壳体11之间的内凹槽中，碟簧7上下两端分别与滑杆1和活塞10接触作用；活塞10安装在第三上壳体11上端内孔中，间隙配合，滑杆1最下端通过螺纹和活塞10连接，活塞10外壁有密封槽，用于安装密封圈8和档圈9；普通平键12将第三上壳体11和上定阀13绑定在一起；上定阀13和上动阀14是安装在第四上壳体15内孔中，上动阀14是偏心的，上动阀14上端轴向开有流道，上动阀14侧面开有2-8个流道，轴向流道和侧面流道是联通的；转子17安装在定子16的内部，转子17是偏心的，定子16和转子17为容积式螺杆马达的动力部件，转子17上端通过螺纹和和上动阀14连接，转子17下端通过螺纹和下动阀19连接；下动阀19和下定阀20安装在下外壳18的内孔中，下动阀19是偏心的，下动阀19下部开有2-8个斜孔流道，下动阀19斜孔流道处的外径小于下定阀20的上端内孔的内径，下动阀19斜孔流道处的外壁位于下定阀20的上端内孔中，下动阀19在转子17的带动下,下动阀19下端外壁与下定阀20的内壁是滚动接触的，转子17转动一周，斜孔流道交替周期性的打开和关闭，使得下动阀19的过流面积由大变小、由小变大周期性变化，把流体的能量转化为脉冲压力；下接口21内部开有流道，下接口21的上端凸台用于限制下定阀20窜动。

螺杆马达的动力部件由转子17和定子16组成。

活塞10、上定阀13、上动阀14、下动阀19、下定阀20组成阀部件。

上定阀13和上动阀14是安装在第四上壳体15内孔中，上动阀14是偏心安装，上动阀14上端轴向开有流道，上动阀14侧面开有2-8个流道，轴向流道和侧面流道是联通的；下动阀19和下定阀20安装在下外壳18的内孔中，下动阀19下部开有2-8个斜孔流道，下动阀19是偏心安装，下动阀19斜孔流道处的外径小于下定阀20的上端内孔内径，下动阀19斜孔流道的外壁位于下定阀20的上端内孔中，下动阀19在转子17的带动下,下动阀19下端外壁与下定阀20的内壁是滚动接触的，转子17转动一周，斜孔流道交替周期性的打开和关闭，使得下动阀19的过流面积由大变小、由小变大周期性变化，从而把流体的能量转化为一系列的压力脉冲，打破钻柱与井壁之间的静摩擦，从而达到减小阻力和提升水平段钻进能力的目的。

该工具轴向振动能力较强，可以有效降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，能够提高定向井、水平井、大位移井水平段的延伸钻进能力；如果将该工具安放在近钻头附近，工具的轴向脉动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；轴向振动可以有效破坏水平段已经形成的岩屑床，并且可以预防卡钻；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。

Claims (3)

1.一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具，其结构主要包括；滑杆(1)、密封圈(2)、档圈(3)、第一上壳体(4)、限位半圆环(5)、第二上壳体(6)、碟簧(7)、密封圈(8)、档圈(9)、活塞(10)、第三上壳体(11)、普通平键(12)、上定阀(13)、上动阀(14)、第四上壳体(15)、定子(16)、转子(17)、下外壳(18)、下动阀(19)、下定阀(20)、下接口(21)组成；其技术特征在于：第一上壳体(4)、第二上壳体(6)、第三上壳体(11)、第四上壳体(15)、定子(16)、下外壳(18)、下接口(21)从上到下依次螺纹连接；滑杆(1)内部开有圆孔形流道，滑杆(1)下端是安装在第一上壳体(4)、第二上壳体(6)的内孔中，并且都是间隙配合，滑杆(1)与第二上壳体(6)通过花键连接；第一上壳体（4）其内表面有密封槽，用于安装密封圈(2)和档圈(3)；限位半圆环(5)位于第一上壳体(4)和第二上壳体(6)之间，限制零件的轴向窜动；碟簧(7)安装在第二上壳体(6)和第三上壳体(11)之间的内凹槽中，碟簧(7)上下两端分别与滑杆(1)和活塞(10)接触作用；活塞(10)安装在第三上壳体(11)上端内孔中，间隙配合，滑杆(1)最下端通过螺纹和活塞(10)连接，活塞(10)外壁有密封槽，用于安装密封圈(8)和档圈(9)；普通平键(12)将第三上壳体(11)和上定阀(13)绑定在一起；上定阀(13)和上动阀(14)是安装在第四上壳体(15)内孔中，上动阀(14)是偏心的，上动阀(14)上端轴向开有流道，上动阀(14)侧面开有2-8个流道，轴向流道和侧面流道是联通的；转子(17)安装在定子(16)的内部，转子(17)是偏心的，定子(16)和转子(17)为容积式螺杆马达的动力部件，转子(17)上端通过螺纹和和上动阀(14)连接，转子(17)下端通过螺纹和下动阀(19)连接；下动阀(19)和下定阀(20)安装在下外壳(18)的内孔中，下动阀(19)是偏心的，下动阀(19)下部开有2-8个斜孔流道，下动阀(19)斜孔流道处的外径小于下定阀(20)的上端内孔的内径，下动阀(19)斜孔流道处的外壁位于下定阀(20)的上端内孔中，下动阀(19)在转子(17)的带动下,下动阀(19)下端外壁与下定阀(20)的内壁是滚动接触的，转子(17)转动一周，斜孔流道交替周期性的打开和关闭，使得下动阀(19)的过流面积由大变小、由小变大周期性变化，把流体的能量转化为脉冲压力；下接口（21）内部开有流道，下接口（21）的上端凸台用于限制下定阀(20)窜动。

2.根据权利1所述的一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具，其特征在于：动力部件由定子(16)、转子(17)组成；活塞(10)、上定阀(13)、上动阀(14)、下动阀(19)、下定阀(20)组成阀部件。

3.根据权利1所叙的一种用于降低钻具与井壁之间摩擦的工具，其特征在于：所叙上密封组由密封圈(2)、挡圈(3)、密封圈(8)、档圈(9)组成；第一上壳体（4）其内表面有密封沟槽，用于实现安装密封圈(2)和档圈(3)；活塞(10)外壁有密封槽，用于安装密封圈(8)和档圈(9)。

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