CN112855059A - 一种全金属减摩降阻振荡工具 - Google Patents

一种全金属减摩降阻振荡工具 Download PDF

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刘禹铭
魏来
林俊文
韩亮
王攀
边杰
叶芳平
张启龙
赵金成
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Abstract

本发明公开了一种全金属减摩降阻振荡工具，该工具包括外筒、振动总成和动力总成，全金属减摩降阻振荡工具采用全新的动力发生装置，能有效的产生周期稳定的压力脉冲波，实现工具的上下轴向振动及对本体的不停撞击，从而有效解决脱压现象，并且有效控制工具面，提高定向效率。除此之外，该工具为全金属结构，能在高温高压井中使用。

Description

一种全金属减摩降阻振荡工具
技术领域
本发明涉及油气田钻完井技术领域，具体来说涉及一种全金属减摩降阻振荡工具。
背景技术
现阶段，水平井及大位移井比重越来越大，在水平井和大位移井的水平段钻进过程中，由于水平段钻柱的自重压向井壁，钻柱和井壁之间将产生很大的摩擦力，随着水平段的不断延伸，摩擦力阻力会越来越大，会导致钻具脱压现象，影响钻进速度，还能导致工具面摆动困难，影响定向。随着井深的逐渐增加，高温高压井越来越多，现在急需能够应用于现在的高温高压水平井及大位移井中能够降低摩擦阻力、减少常规钻井卡钻事故，增加动钻压，能够提高常规钻井效率的工具。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种有效的全金属减摩降阻振荡工具，该工具能够在水平井及大位移井钻井过程中，将钻杆与井壁的静摩擦转换为动摩擦，从而有效解决脱压现象，并且有效控制工具面，提高定向效率。除此之外，该工具为全金属结构，能在高温高压井中使用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种全金属减摩降阻振荡工具，包括外筒、振动总成和动力总成；
所述外筒包括由上至下依次连接的花键套、上部外筒、上部套筒、双公接头、下部套筒、下部外筒和下接头；所述外筒内部形成贯通的过流通道，过流通道内设置有振动总成和动力总成；
所述振动总成包括花键轴、碟簧和活塞，所述花键轴周向设置有的碟簧，下端设置有活塞；
所述动力总成包括上片阀、下片阀、片阀座、换向阀、上端盖、定位筒、摆锤、下端盖和喷嘴，所述下片阀安装于片阀座内，所述上片阀安装于换向阀的上端，且和下片阀同轴，所述片阀座下端连接换向阀，所述换向阀下端设置喷嘴，所述定位筒两侧分别设置上端盖和下端盖，所述摆锤设置于定位筒内部，所述换向阀设置于摆锤内部。
在上述技术方案中，所述花键轴中部与上部外筒之间设置有轴向套筒，轴向套筒内壁设置有悬挂卡环。
在上述技术方案中，所述花键套的筒壁上设置有油堵。
在上述技术方案中，所述上片阀上形成有相对称的2个腰型孔，呈正六边形，固定设置于下部外筒的内腔中。
在上述技术方案中，所述下片阀上形成有相对称的2个腰型孔，呈圆形，固定设置于片阀座内可随换向阀转动，上下片阀发生转动时，腰型孔的过流面积会发生变化。
在上述技术方案中，所述定位筒外壁形成有限位槽，通过限位槽固定安装于所述下部外筒内。
在上述技术方案中，所述定位筒内壁形成有相对的摆臂槽，所述定位筒内壁形成有相对的过流槽。
在上述技术方案中，所述定位筒两侧形成有端盖安装孔。
在上述技术方案中，所述摆锤外壁形成有突出且相对称的外摆臂，所述外摆臂侧面中央位置形成有与摆锤筒内相连通的第一过流孔。
在上述技术方案中，所述摆锤内壁形成有突出且相对称的内摆臂，所述内摆臂侧面中央位置形成有与摆锤筒外相连通的第二过流孔。
在上述技术方案中，所述换向阀外壁形成有突出且相对称的2个大摆臂，以及突出且相对称的4个小摆臂，所述大摆臂上形成有与换向阀内部相连通的过流方孔。
一种全金属减摩降阻振荡工具的工作原理：
上端盖、换向阀、摆锤阻成的空间会形成高压区及低压区，流体通过时，高低压去来回切换。高低压区来回切换时，导致换向阀会往复转动，从而带动连接在换向阀上的下片阀转动。高低压区来回切换时，摆锤发生往复转动，对限位筒进行敲击，限位筒将力传递至下部外筒上。当全金属减摩降阻振荡工具井下使用时，工具通过上下螺纹连接在井下钻具组合内，钻井液通过工具内部流道进入振动总成、动力总成，初始位置时，当流体通过动力总成时上端盖、摆锤、定位筒及下端盖形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔，高压腔推动摆锤摆动，带动换向阀转动，换向阀带动下片阀转动，上下片阀形成的腰型流道过流面积发生变化。当摆锤摆动到终点位置时，敲击定位筒，定位筒将力传递至下部外筒，此时，换向阀、摆锤、上端盖及下端盖形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔，高压腔力继续推动换向阀运动，直至终点位置，换向阀此时摆动角度约为70°。此时，换向阀与摆锤都到达终点位置，上端盖、摆锤、定位筒及下端盖又形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔。高压腔推动摆锤往回摆动，带动换向阀往回转动，换向阀带动下片阀往回转动，上下片阀形成的腰型流道过流面积发生变化。当摆锤摆动到起点位置时，敲击定位筒，定位筒将力传递至下部外筒，此时，换向阀、摆锤、上端盖及下端盖又形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔，高压腔力继续推动换向阀运动，直至起点位置，此时，一个周期完成。摆锤，换向阀，下片阀不停的进行往复运动。摆锤不停的敲击定位筒，力不停的传递至下部外筒，上下片阀过流面积不停的发生变化，不停的产生压力脉冲波，向上传递至活塞，继续传递至碟簧，带动花键轴与花键套不停的进行相对的往复运动，使整个井下钻具组合发生运动。从而将静摩擦转变为动摩擦，解决脱压问题，有效控制工具面。
本发明具有的优点和积极效果是：全金属减摩降阻振荡工具采用全新的动力发生装置，能有效的产生周期稳定的压力脉冲波，实现工具的上下轴向振动及对本体的不停撞击，从而有效解决脱压现象，并且有效控制工具面，提高定向效率。除此之外，该工具为全金属结构，能在高温高压井中使用。
附图说明
图1为本发明整体平面结构示意图。
图2为动力总成平面结构示意图。
图3-1为动力总成立体结构示意图一。
图3-2为动力总成立体结构示意图二。
图4为动力总成上半部分爆炸结构示意图。
图5为动力总成下半部分爆炸结构示意图。
图6-1为换向阀立体结构示意图。
图6-2为换向阀截面面结构示意图。
图7-1为摆锤立体结构示意图。
图7-2为摆锤截面结构示意图。
图8-1为定位筒立体结构示意图。
图8-2为定位筒截面结构示意图。
图9为换向阀、摆锤和定位筒安装组合截面图。
其中，1为花键轴，2为花键套，3为油堵，4为上部外筒，5为轴向套筒，6为悬挂卡环，7为碟簧，8为上部套筒，9为活塞，10为锁紧螺母，11为双公接头，12为下部套筒，13为下部外筒，14为上片阀，15为下片阀，16为片阀座，17为换向阀，18为上端盖，19为定位筒，20为摆锤，21为下端盖，22为喷嘴，23为下接头；
17-1为大摆臂，17-2为小摆臂，17-3为过流方孔；
19-1为限位槽，19-2为摆臂槽，19-3为过流槽，19-4为端盖安装孔；
20-1为外摆臂，20-2为内摆臂，20-3为第一过流孔，20-4为第二过流孔。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
一种全金属减摩降阻振荡工具，包括外筒、振动总成和动力总成；
所述外筒包括由上至下依次连接的花键套1、上部外筒4、上部套筒8、双公接头11、下部套筒12、下部外筒13和下接头23；所述外筒内部形成贯通的过流通道，过流通道内设置有振动总成和动力总成；
所述振动总成包括花键轴1、碟簧7和活塞9，所述花键轴周向设置有的碟簧，下端设置有活塞；
所述动力总成包括上片阀14、下片阀15、片阀座16、换向阀17、上端盖18、定位筒19、摆锤20、下端盖21和喷嘴22，所述下片阀安装于片阀座内，所述上片阀安装于换向阀的上端，且和下片阀同轴，所述片阀座下端连接换向阀，所述换向阀下端设置喷嘴，所述定位筒两侧分别设置上端盖和下端盖，所述摆锤设置于定位筒内部，所述换向阀设置于摆锤内部。
所述花键轴中部与上部外筒之间设置有轴向套筒5，轴向套筒内壁设置有悬挂卡环6。
所述花键套的筒壁上设置有油堵3。
所述上片阀上形成有相对称的2个腰型孔，呈正六边形，固定设置于下部外筒的内腔中。
所述下片阀上形成有相对称的2个腰型孔，呈圆形，固定设置于片阀座内可随换向阀转动，上下片阀发生转动时，腰型孔的过流面积会发生变化。
所述定位筒外壁形成有限位槽19-1，通过限位槽固定安装于所述下部外筒内。
所述定位筒内壁形成有相对的摆臂槽19-2，所述定位筒内壁形成有相对的过流槽19-3。
所述定位筒两侧形成有端盖安装孔19-4。
所述摆锤外壁形成有突出且相对称的外摆臂20-1，所述外摆臂侧面中央位置形成有与摆锤筒内相连通的第一过流孔20-3。
所述摆锤内壁形成有突出且相对称的内摆臂20-2，所述内摆臂侧面中央位置形成有与摆锤筒外相连通的第二过流孔20-4。
所述换向阀外壁形成有突出且相对称的2个大摆臂17-1，以及突出且相对称的4个小摆臂17-2，所述大摆臂上形成有与换向阀内部相连通的过流方孔17-3。
工具在井下作用时，下部动力总成带动上下片阀相对运动，产生压力脉冲，压力脉冲作用在活塞上，通过活塞向上传递至碟簧，从而使动力总成花键套相对花键轴往复运动，这种往复运动将井下静摩擦转换为动摩擦，起到减摩降阻的作用，与此同时，动力总成中摆锤做往复的径向运动，对下部外筒敲击，也起到减摩减阻作用。
本发明的工作原理为：当全金属减摩降阻振荡工具使用时，如图1所示，钻井液通过工具内部流道进入振动总成、动力总成，
初始位置时，当流体通过动力总成时上端盖18、摆锤20、定位筒19及下端盖21形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔，高压腔推动摆锤20摆动，带动换向阀17转动，换向阀17带动下片阀15转动，上片阀14与下片阀15形成的腰型流道过流面积逐渐变大。当摆锤摆20动到终点位置时，敲击定位筒19，定位筒19将力传递至下部外筒13，
此时，换向阀17、摆锤20、上端盖18及下端盖21形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔，高压腔力继续推动换向阀17运动，直至终点位置，换向阀17此时摆动角度约为70°。
此时，换向阀17与摆锤20都到达终点位置，上端盖18、摆锤20、定位筒19及下端盖21又形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔。高压腔推动摆锤20往回摆动，带动换向阀17往回转动，换向阀17带动下片阀15往回转动，上片阀14与下片阀15形成的腰型流道过流面积逐渐变小所示。
当摆锤20摆动到起点位置时，敲击定位筒19，定位筒19将力传递至下部外筒13，此时，换向阀17、摆锤20、上端盖18及下端盖21又形成四个腔体，其中两个高压腔，两个低压腔，高压腔力继续推动换向阀17运动，直至起点位置，此时，一个周期完成。
摆锤20，换向阀17，下片阀15不停的进行往复运动。摆锤20不停的敲击定位筒19，力不停的传递至下部外筒13，上片阀14与下片阀15形成过流面积不停的发生变化，不停的产生压力脉冲波，向上传递至活塞9，继续传递至碟簧9，带动花键轴1与花键套2不停的进行相对的往复运动，使整个井下钻具组合发生运动。从而将静摩擦转变为动摩擦，解决脱压问题，有效控制工具面。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：包括外筒、振动总成和动力总成；
所述外筒包括由上至下依次连接的花键套、上部外筒、上部套筒、双公接头、下部套筒、下部外筒和下接头；所述外筒内部形成贯通的过流通道，过流通道内设置有振动总成和动力总成；
所述振动总成包括花键轴、碟簧和活塞，所述花键轴周向设置有的碟簧，下端设置有活塞；
所述动力总成包括上片阀、下片阀、片阀座、换向阀、上端盖、定位筒、摆锤、下端盖和喷嘴，所述下片阀安装于片阀座内，所述上片阀安装于换向阀的上端，且和下片阀同轴，所述片阀座下端连接换向阀，所述换向阀下端设置喷嘴，所述定位筒两侧分别设置上端盖和下端盖，所述摆锤设置于定位筒内部，所述换向阀设置于摆锤内部。
2.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述花键轴中部与上部外筒之间设置有轴向套筒，轴向套筒内壁设置有悬挂卡环。
3.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述花键套的筒壁上设置有油堵。
4.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述上片阀上形成有相对称的2个腰型孔，呈正六边形，固定设置于下部外筒的内腔中；上形成有相对称的2个腰型孔，呈圆形，固定设置于片阀座内可随换向阀转动。
5.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述定位筒外壁形成有限位槽，通过限位槽固定安装于所述下部外筒内。
6.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述定位筒内壁形成有相对的摆臂槽，所述定位筒内壁形成有相对的过流槽。
7.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述定位筒两侧形成有端盖安装孔。
8.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述摆锤外壁形成有突出且相对称的外摆臂，所述外摆臂侧面中央位置形成有与摆锤筒内相连通的第一过流孔。
9.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述摆锤内壁形成有突出且相对称的内摆臂，所述内摆臂侧面中央位置形成有与摆锤筒外相连通的第二过流孔。
10.根据权利要求1所述的一种全金属减摩降阻振荡工具，其特征在于：所述换向阀外壁形成有突出且相对称的2个大摆臂，以及突出且相对称的4个小摆臂，所述大摆臂上形成有与换向阀内部相连通的过流方孔。
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