CN113027329B - 一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,包括下接头,下接头的顶端设置有与之相配合的上接头,下接头的内顶部设置有半圆孔短节,上接头的内底部设置有外筒,外筒的内侧设置有与之相配合的中筒,中筒的内侧设置有与之相配合的内筒,且外筒与中筒之间及中筒与内筒之间均为动配合,内筒的内侧设置有与之相配合的筛管。有益效果:通过采用小孔节流产生泥浆高压推动中筒转动,冲击外筒,产生脉冲扭矩;利用高压泥浆推动内筒转动,实现中筒转动换向,从而产生连续的脉冲扭矩;当内筒正反转动时,其半圆孔时而与半圆孔短节的孔对齐实现泥浆畅通,时而与半圆孔短节的孔错位使得泥浆流动受阻,从而产生压力脉冲。
Description
技术领域
本发明涉及油田生产中采油井的井口控制机械设备技术领域,具体来说,涉及一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具。
背景技术
目前随着石油勘探技术的不断开发与深入,涉及地层结构越来越复杂,深井和高温、高压井等特殊井越来越多,这些特殊井的测量与勘探面临前所未有的巨大挑战。
其中,深部硬地层的快速钻进是制约深井超深井钻井发展的技术关键,目前亟需解决深部地层钻进效率低的问题,而提高钻头破岩效率是加快钻井速度的最优途径。导致深井机械钻速低的因素复杂而多样,其中井底水力能量和钻头破岩能力不足及能量利用效率低等是重要原因之一。如何强化井底水力能量与提高钻头破岩能力对提高深井超深井机械钻速具有重要意义。
因此,本发明提供了一种全新的扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具来解决上述问题。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此,本发明采用的具体技术方案如下:
一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,包括下接头,所述下接头的顶端设置有与之相配合的上接头,所述下接头的内顶部设置有半圆孔短节,所述上接头的内底部设置有外筒,所述外筒的内侧设置有与之相配合的中筒,所述中筒的内侧设置有与之相配合的内筒,且所述外筒与所述中筒之间及所述中筒与所述内筒之间均为动配合,所述内筒的内侧设置有与之相配合的筛管。
进一步的,为了可以传递钻压和拉力,所述下接头的顶端外侧与所述上接头的底端内侧之间通过锁块连接。
进一步的,为了便于实现半圆孔短节与下接头之间的安装与连接,所述下接头的顶端开设有与所述半圆孔短节相配合的内孔,且所述半圆孔短节与所述内孔之间为过盈配合。
进一步的,为了能够传递钻柱扭矩及传递脉冲扭矩,所述下接头与所述上接头之间及所述下接头与所述外筒之间均通过花键联接。
进一步的,为了能够实现外筒与中筒之间的传动,所述中筒的外周外侧且沿轴向对称设置有两组第一凸台,且所述外筒的内侧且沿轴向对称设置有两组与所述第一凸台相配合的第一凹槽。
进一步的,为了能够实现中筒与内筒之间的传动,所述中筒的内侧且沿轴向对称设置有两组第二凸台,且所述内筒的外周外侧且沿轴向对称设置有两组与所述第二凸台相配合的第二凹槽。
进一步的,为了便于实现泥浆的畅通与阻碍,所述内筒的底端开设有半圆孔,且所述内筒的底端与所述半圆孔短节的顶端之间设置有间距。
进一步的,为了消除大颗粒岩屑进入中筒和内筒内,提高工具的可靠性和寿命,所述筛管的顶端与上接头之间为过盈配合,所述筛管的底端与所述内筒之间为动配合,所述筛管包括小径部与位于所述小径部顶端的大颈部,且所述大颈部与所述小径部的连接处之间设置有倒角,所述大颈部与所述小径部的圆周外侧均匀设置有若干过流孔。
进一步的,为了提高大颈部与上接头之间的密封性能,所述大颈部的顶端外侧与所述上接头的内壁之间通过滑动密封件连接。
本发明的有益效果为:
1)、通过采用小孔节流产生泥浆高压推动中筒转动,冲击外筒,产生脉冲扭矩;利用高压泥浆推动内筒转动,实现中筒转动换向,从而产生连续的脉冲扭矩。当内筒正反转动时,其半圆孔时而与半圆孔短节的孔对齐实现泥浆畅通,时而与半圆孔短节的孔错位使得泥浆流动受阻,从而产生压力脉冲。
2)、通过外筒产生冲击扭矩传递给钻头,不仅可以利用逆时针方向的冲击扭矩可减小或消除钻头的粘滞,延长钻头寿命,而且还可以利用顺时针方向的冲击扭矩可以增加钻头的破岩扭矩,提高钻井速度。同时,本发明还可以利用内筒上半圆孔与半圆孔短节的孔错开一定的角度,使得流经下接头的泥浆将产生压力脉冲,压力脉冲有助于清洗井底,从而提高钻井速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具的结构示意图;
图2是根据本发明实施例的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具中凸台及凹槽的连接示意图。
图中:
1、下接头;2、上接头;3、锁块;4、半圆孔短节;5、外筒;6、中筒;7、内筒;8、筛管;801、小径部;802、大颈部;803、过流孔;9、内孔;10、第一凸台;11、第一凹槽;12、第二凸台;13、第二凹槽;14、半圆孔;15、滑动密封件。
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本发明提供有附图,这些附图为本发明揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理,配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点,图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例,提供了一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明,如图1-2所示,根据本发明实施例的扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,包括下接头1,下接头1的顶端设置有与之相配合的上接头2,下接头1的内顶部设置有半圆孔短节4,上接头2的内底部设置有外筒5,外筒5的内侧设置有与之相配合的中筒6,中筒6的内侧设置有与之相配合的内筒7,且外筒5与中筒6之间及中筒6与内筒7之间均为动配合,内筒7的内侧设置有与之相配合的筛管8。
借助于上述技术方案,通过采用小孔节流产生泥浆高压,从而推动中筒6转动,冲击外筒5,产生脉冲扭矩;利用高压泥浆推动内筒7转动,实现中筒6转动换向,从而产生连续的脉冲扭矩。当内筒7正反转动时,其半圆孔14时而与半圆孔短节4的孔对齐实现泥浆畅通,时而与半圆孔短节4的孔错位使得泥浆流动受阻,从而产生压力脉冲。
在一个实施例中,下接头1的顶端外侧与上接头2的底端内侧之间通过锁块3连接,通过锁块3联接下接头1和上接头2可以用于传递钻压和拉力。
在一个实施例中,下接头1的顶端开设有与半圆孔短节4相配合的内孔9,且半圆孔短节4与内孔9之间为过盈配合,从而便于实现半圆孔短节4与下接头1之间的安装与连接。
在一个实施例中,下接头1与上接头2之间及下接头1与外筒5之间均通过花键联接,且下接头1与上接头2花键联接用于传递钻柱扭矩,下接头1与外筒5花键联接用于传递脉冲扭矩。
在一个实施例中,中筒6的外周外侧且沿轴向对称设置有两组第一凸台10,且外筒5的内侧且沿轴向对称设置有两组与第一凸台10相配合的第一凹槽11(第一凹槽11的弧度大于第一凸台10的弧度),从而便于实现外筒5与中筒6之间的传动,具体应用时,当中筒6在高压泥浆推动下转动停止时,在外筒5产生一个冲击扭矩,此冲击扭矩通过下接头1传递给钻头;如果冲击扭矩的方向是逆时针,则可以减小或消除钻头的粘滞,延长钻头寿命;如果冲击扭矩的方向是顺时针,则增加钻头的破岩扭矩,提高钻井速度。
在一个实施例中,中筒6的内侧且沿轴向对称设置有两组第二凸台12,且内筒7的外周外侧且沿轴向对称设置有两组与第二凸台12相配合的第二凹槽13(第二凹槽13的弧度大于第二凸台12的弧度),从而实现中筒6与内筒7之间的传动,因此内筒7能转动一定弧度,当中筒6转动时带动内筒7转动一定弧度,然后高压泥浆再推动内筒7转动,当内筒7转动停止时,推动中筒6转动的高压泥浆换向,中筒6将反向转动,重复上述过程,形成一个循环。
在一个实施例中,内筒7的底端开设有半圆孔14,便于实现泥浆的畅通与阻碍,内筒7的底端与半圆孔短节4的顶端之间设置有间距,具体应用时,半圆孔14与半圆孔短节4上的半圆孔在某个角度时对齐的,当内筒7转动时,两个半圆孔14错开一定角度,流经下接头1的泥浆将产生压力脉冲,压力脉冲有助于清洗井底,从而提高钻井速度。当泥浆流经内筒7的半圆孔14时,将产生一个节流压力,此压力是推动中筒6和内筒7转动的动力。
在一个实施例中,筛管8的顶端与上接头2之间为过盈配合,筛管8的底端与内筒7之间为动配合,筛管8包括小径部801与位于小径部801顶端的大颈部802,且大颈部802与小径部801的连接处之间设置有倒角,大颈部802与小径部801的圆周外侧均匀设置有若干过流孔803,使得流经筛管8的泥浆消除了大颗粒岩屑进入中筒6和内筒7内,从而提高工具的可靠性和寿命。
在一个实施例中,大颈部802的顶端外侧与上接头2的内壁之间通过滑动密封件15连接,从而可以有效地提高大颈部802与上接头2之间的密封性能。
为了方便理解本发明的上述技术方案,以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
由于外筒5与下接头1花键联接用于传递脉冲扭矩;中筒6装在外筒5内,在中筒6的外圆沿轴向有2个第一凸台10对称分布,在外筒5的内圆沿轴向有2个第一凹槽11对称分布,凹槽的弧度大于凸台的弧度,中筒6与外筒5是动配合,因此,当中筒6在高压泥浆推动下转动停止时,在外筒5产生一个冲击扭矩,此冲击扭矩通过下接头1传递给钻头;如果冲击扭矩的方向是逆时针,则可以减小或消除钻头的粘滞,延长钻头寿命;如果冲击扭矩的方向是顺时针,则增加钻头的破岩扭矩,提高钻井速度;内筒7装在中筒6内,在中筒6的内圆沿轴向有2个第二凸台12对称分布,在内筒7的外圆沿轴向有2个第二凹槽13对称分布,凹槽的弧度大于凸台的弧度,中筒6与内筒7是动配合,因此内筒7能转动一定弧度,当中筒6转动时带动内筒7转动一定弧度,然后高压泥浆再推动内筒7转动,当内筒7转动停止时,推动中筒6转动的高压泥浆换向,中筒6将反向转动,重复上述过程,形成一个循环;半圆孔短节4装在下接头1内孔(过盈配合),内筒7的下端也是半圆孔,内筒7的下端面与半圆孔短节4的上端面有间距,2个半圆孔在某个角度是对齐的;当内筒7转动时,2个半圆孔错开一定角度,流经下接头1的泥浆将产生压力脉冲,压力脉冲有助于清洗井底,从而提高钻井速度。当泥浆流经内筒7的半圆孔时,将产生一个节流压力,此压力是推动中筒6和内筒7转动的动力;筛管8装在上接头2和内筒7内,筛管8的上端与上接头2过盈配合,下端与内筒7动配合。流经筛管8的泥浆消除了大颗粒岩屑进入中筒6和内筒7内,从而提高工具的可靠性和寿命。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,通过采用小孔节流产生泥浆高压,从而推动中筒6转动,冲击外筒5,产生脉冲扭矩;利用高压泥浆推动内筒7转动,实现中筒6转动换向,从而产生连续的脉冲扭矩。当内筒7正反转动时,其半圆孔14时而与半圆孔短节4的孔对齐实现泥浆畅通,时而与半圆孔短节4的孔错位使得泥浆流动受阻,从而产生压力脉冲。
此外,本发明通过外筒5产生冲击扭矩传递给钻头,不仅可以利用逆时针方向的冲击扭矩可减小或消除钻头的粘滞,延长钻头寿命,而且还可以利用顺时针方向的冲击扭矩可以增加钻头的破岩扭矩,提高钻井速度。同时,本发明还可以利用内筒7上半圆孔14与半圆孔短节4的孔错开一定的角度,使得流经下接头1的泥浆将产生压力脉冲,压力脉冲有助于清洗井底,从而提高钻井速度。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,包括下接头(1),所述下接头(1)的顶端设置有与之相配合的上接头(2),所述下接头(1)的内顶部设置有半圆孔短节(4),所述上接头(2)的内底部设置有外筒(5),所述外筒(5)的内侧设置有与之相配合的中筒(6),所述中筒(6)的内侧设置有与之相配合的内筒(7),且所述外筒(5)与所述中筒(6)之间及所述中筒(6)与所述内筒(7)之间均为动配合,所述内筒(7)的内侧设置有与之相配合的筛管(8);
所述内筒(7)的底端开设有半圆孔(14),且所述内筒(7)的底端与所述半圆孔短节(4)的顶端之间设置有间距;
所述筛管(8)包括小径部(801)与位于所述小径部(801)顶端的大颈部(802),且所述大颈部(802)与所述小径部(801)的连接处之间设置有倒角,所述大颈部(802)与所述小径部(801)的圆周外侧均匀设置有若干过流孔(803)。
2.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述下接头(1)的顶端外侧与所述上接头(2)的底端内侧之间通过锁块(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述下接头(1)的顶端开设有与所述半圆孔短节(4)相配合的内孔(9),且所述半圆孔短节(4)与所述内孔(9)之间为过盈配合。
4.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述下接头(1)与所述上接头(2)之间及所述下接头(1)与所述外筒(5)之间均通过花键联接。
5.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述中筒(6)的外周外侧且沿轴向对称设置有两组第一凸台(10),且所述外筒(5)的内侧且沿轴向对称设置有两组与所述第一凸台(10)相配合的第一凹槽(11)。
6.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述中筒(6)的内侧且沿轴向对称设置有两组第二凸台(12),且所述内筒(7)的外周外侧且沿轴向对称设置有两组与所述第二凸台(12)相配合的第二凹槽(13)。
7.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述筛管(8)的顶端与上接头(2)之间为过盈配合,所述筛管(8)的底端与所述内筒(7)之间为动配合。
8.根据权利要求1所述的一种扭矩脉冲和压力脉冲双作用工具,其特征在于,所述大颈部(802)的顶端外侧与所述上接头(2)的内壁之间通过滑动密封件(15)连接。
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