CN115628025B - 一种井下牵引器以及连续油管工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下牵引器以及连续油管工具，所述牵引器包括定子壳体、定子、限位座、转子、上阀座和下阀座，其中，定子壳体具有轴向设置的第一流道，定子固定设置在定子壳体的内壁上；从上到下，限位座、转子、上阀座和下阀座依次设置在定子壳体中，限位座与定子壳体内壁固定设置；转子包括旋转部和偏心部，旋转部设置在定子中，偏心部与旋转部固定设置；上阀座与偏心部固定，上阀座具有轴向设置的第三流道，偏心部上设置有将第一流道与第三流道连通的通孔；下阀座与定子壳体内壁固定设置；上阀座相对下阀座偏心旋转使定子壳体内部产生周期性的压力脉冲，产生牵引力。本发明具偏心距离小、振动小、频率低、牵引力作用时间长、效果好等优点。

Description

一种井下牵引器以及连续油管工具

技术领域

本发明属于油气钻探井下工具技术领域，具体地，涉及一种井下牵引器以及连续油管工具。

背景技术

连续油管作业技术逐渐成为井下作业不可或缺的重要技术，近年来，部分水平井在连续油管下钻塞等施工过程中，连续油管频繁出现自锁现象，导致连续油管无法达到预定位置，不仅降低了施工效率，并且增加了复杂故障处理成本，采用井下牵引器可解决这些问题。井下牵引器即井下爬行器，也叫井下爬行机构、井下拖拉机、井下牵引机器人、井下水力加压器、井下钻头推进器等，是一种能在井底提供牵引力的井下工具，主要用于连续油管下入过程遇阻的工况中，来解决连续油管下入困难，摩阻大等问题。

由于国外都采取了严格的技术保密措施，国内对井下牵引器的研究还处于刚起步的阶段，目前国内现有牵引器由于设计原因，大多存有结构可靠性差，井下摩阻较大，下入和取出困难、钻压难于施加等缺陷。有采用机电液结合的，系统复杂，不仅成本高，而且可靠性差，现场使用较少。目前使用较多的是单头螺杆驱动的牵引器。但单头驱动的牵引器频率高，一般在15~20Hz之间，高频率使得牵引器产生的牵引了作用在连续管上的时间较短，导致牵引效果不佳。同时，单头螺杆还存在横向偏心大，导致横向振动大，影响工具的使用寿命等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种横向偏心小、横向振动小、频率低、牵引力作用时间长、牵引效果好的井下牵引器。又如，本发明的另一目的在于提供一种横向偏心小、横向振动小、频率低、牵引力作用时间长、牵引效果好的井下牵引器连续油管工具。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种井下牵引器，所述牵引器包括定子壳体、定子、限位座、转子、上阀座和下阀座，其中，

所述定子壳体具有轴向设置的第一流道，所述定子固定设置在定子壳体的内壁上；

从上到下，所述限位座、转子、上阀座和下阀座依次设置在所述定子壳体中，其中，

所述限位座与定子壳体内壁固定设置，限位座上设置有第二流道，限位座的下端面与转子的上端面接触；

所述转子包括旋转部和偏心部，所述旋转部设置在所述定子中与定子配合在流体作用下旋转，所述偏心部的上端与旋转部的下端固定设置以在定子壳体中偏心旋转；

所述上阀座与所述偏心部固定设置并一同偏心旋转，上阀座具有轴向设置的第三流道，所述偏心部上设置有通孔，所述通孔将第一流道与第三流道连通；

所述下阀座与定子壳体内壁固定设置，下阀座的上端面与下阀座的下端面接触，下阀座具有偏心设置的第四流道；

所述上阀座相对下阀座偏心旋转改变第四流道的截面积使定子壳体内部产生周期性的压力脉冲，从而产生牵引力。

在本发明的一个示例性实施例中，所述井下牵引器还可包括上接头和下接头，所述上接头的上端与牵引器上游管柱固定连接、下端与定子壳体固定连接，上接头具有轴向设置的第五流道，所述下接头的下端与牵引器下游管柱固定连接、上端与定子壳体固定连接，下接头具有轴向设置的第六流道。

在本发明的一个示例性实施例中，所述井下牵引器还可包括上阀片和下阀片，所述上阀片沿径向设置在上阀座的内壁上，所述上阀片为与上阀座同心的圆环结构，所述下阀片沿径向设置在所述下阀座的内壁上，所述下阀片为偏心设置有U型槽的圆盘。

在本发明的一个示例性实施例中，所述转子与所述定子可根据不同工况采用间隙配合、过渡配合或过盈配合。

在本发明的一个示例性实施例中，所述周期性的压力脉冲可为正弦波或余弦波脉冲。

在本发明的一个示例性实施例中，所述牵引器产生的压力脉冲的频率可为5~10Hz，压力脉冲的作用时间可为0.1~0.2s，所述偏心部的偏心距离可为2~5mm。

在本发明的一个示例性实施例中，所述牵引器还可包括密封件，所述密封件设置在上接头与定子壳体、下阀座与下接头之间。

在本发明的一个示例性实施例中，所述上阀片可通过热镶嵌安装在上阀座内部，所述下阀片可通过热镶嵌安装在下阀座内部。

在本发明的一个示例性实施例中，所述定子可为多头定子，所述转子可为多头转子，所述多头定子和多头转子可包括2~7头。

本发明另一方面提供了一种连续油管工具，所述连续油管工具可包括如上任意一项所述的井下牵引器。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

（1）本发明的牵引器旋转部分采用多头定子和多头转子构成的多头螺杆，使用时转子的转速低，牵引器内部产生的压力脉冲频率低，在5~10Hz之间，从而施加在油管上的轴向牵引力作用时间增长，牵引效果好；

（2）本发明的多头螺杆的偏心部的偏心距离小，从而使得产生的横向振动小，能够增加牵引工具使用寿命；

（3）本发明采用特殊的上阀片与下阀片结构设计，使得上阀片在偏心旋转过程中上阀片与下阀片在交错的过程中，产生周期性的正弦或余弦压力脉冲，频率稳定，更有利于连续管的送入。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的一个示例性实施例的井下牵引器的结构示意图；

图2示出了图1中上阀片的结构示意图；

图3示出了图1中下阀片的结构示意图；

图4示出了本发明一个示例性实施例的上阀片和下阀片不同交错与牵引器内部压力脉冲波形的示意图。

附图标记说明：

1-上接头、2-限位座、3-定子、4-转子、5-上阀座、6-上阀片、7-下阀座、8下接头、9-定子壳体、10-通孔、11-密封件、12-U型槽。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的井下牵引器以及连续油管工具。

在本发明的第一示例性实施例中，井下牵引器主要包括定子壳体、定子、限位座、转子、上阀座和下阀座。

其中，定子壳体具有轴向设置的供流体流通的第一流道，所述定子固定设置在定子壳体的内壁上。这里，定子为内壁带有第一螺旋结构的筒体，定子的长度较定子壳体短，从而定子壳体的上端和下端均多出一定长度。定子可通过径向设置的稳销固定在定子壳体上。然而，本发明不限于此，定子与定子壳体也可以一体化成型。

从上到下，限位座、转子、上阀座和下阀座依次设置在所述定子壳体中。其中，限位座与定子壳体上端部内壁固定设置，限位座上轴向设置有供流体流过的第二流道，限位座的下端面与转子的上端面接触。通过设置限位座来限制转子在定子壳体中的轴向移动。

在本实施例中，转子包括旋转部和偏心部。其中，旋转部设置在定子中且旋转部的上端与限位座下端面接触。旋转部外壁上设置有与定子内壁上第一螺旋结构相配合的第二螺旋结构，通过第一螺旋结构与第二螺旋结构的配合在高压流体作用下旋转部发生旋转。偏心部的上端与旋转部的下端固定设置，偏心部能够在旋转部的带动下在定子壳体中偏心旋转。

在本实施例中，上阀座与偏心部的下端同轴且固定设置，从而上阀座能够与偏心部一同在定子壳体内部偏心旋转。这里，上阀座具有轴向设置的第三流道，偏心部上设置有通孔，所述通孔将第一流道与第三流道连通，从而定子壳体中的流体能够进入上阀座中。

在本实施例中，下阀座与定子壳体的下端部内壁固定设置（例如，通过螺纹实现固定设置），下阀座的上端面与下阀座的下端面接触或靠近。下阀座具有偏心设置的第四流道。第三流道与第四流道连通，定子壳体中的流体能够通过第四流道进入牵引器的下游部件中。

在本实施例中，通过上阀座相对下阀座偏心旋转，改变第四流道的截面积，从而使定子壳体内部产生周期性的压力脉冲，从而产生牵引力。

在本示例性实施例中，所述井下牵引器还可包括上接头和下接头。其中，上接头的上端与牵引器上游管柱固定连接，上接头的下端与定子壳体固定连接。这里，上接头可通过螺纹与牵引器上游管柱和定子壳体实现固定连接。上接头具有轴向设置的第五流道，第五流道能够接收上游管柱中的流体并输送到第一流道中。下接头的下端与牵引器下游管柱固定连接，下接头上端与定子壳体固定连接。这里，下接头可通过螺纹与牵引器下游管柱和定子壳体实现固定连接。下接头具有轴向设置的第六流道，第六流道能够接收第一流道中的流体，并输送给下游管柱。

在本示例性实施例中，所述井下牵引器还可包括上阀片和下阀片。其中，所述上阀片沿径向设置在上阀座的内壁上，所述上阀片为与上阀座同心的圆环结构，所述下阀片沿径向设置在所述下阀座的内壁上，所述下阀片为偏心设置有U型槽的圆盘。

在本示例性实施例中，所述转子与所述定子可根据不同工况采用间隙配合、过渡配合或过盈配合。一般而言，高温时定子与转子采用间隙配合，低温时定子与转子采用过渡配合或过盈配合。

在本示例性实施例中，所述周期性的压力脉冲可为正弦波或余弦波脉冲。通过改变上阀片和下阀片上流道形状来改变定子壳体内部产生周期性压力脉冲的波形图。

在本示例性实施例中，所述牵引器产生的压力脉冲的频率可为5~10Hz，压力脉冲的作用时间可为0.1~0.2s，所述偏心部的偏心距离可为2~5mm。

在本示例性实施例中，所述牵引器还可包括密封件，所述密封件设置在上接头与定子壳体、下阀座与下接头之间。这里，密封件可以为密封环，通过设置密封件可以增加井下牵引器的密封性能。

在本示例性实施例中，所述上阀片可通过热镶嵌安装在上阀座内部，所述下阀片可通过热镶嵌安装在下阀座内部。这里，采用热镶嵌方式有利于将阀片安装到阀座内。

在本示例性实施例中，所述定子可为多头定子，所述转子可为多头转子，所述多头定子和多头转子可包括2~7头。这里，采用多头定子和多头转子结构可以使螺杆结构的转速低，产生的频率低，在5~10Hz之间，从而轴向牵引力作用时间增长，并且偏心小，横向振动小，工具使用寿命长。

图1示出了本发明的一个示例性实施例的井下牵引器的结构示意图；图2示出了图1中上阀片的结构示意图；图3示出了图1中下阀片的结构示意图；图4示出了本发明一个示例性实施例的上阀片和下阀片不同交错与牵引器内部压力脉冲波形的示意图。

在本发明的第二示例性实施例中，如图1~4中所示，井下牵引器主要包括定子壳体9、定子3、限位座2、转子4、上阀座5和下阀座7。

其中，定子壳体9具有轴向设置的供流体流通的第一流道，定子3固定设置在定子壳体9的内壁上。这里，如图1中所示，定子3为内壁带有第一螺旋结构的筒体，定子3的长度较定子壳体9短，从而定子壳体的上端和下端均多出一定长度设置限位座、上阀座和限位座。例如，定子可通过径向设置的稳销（图1中未示出）固定在定子壳体上。然而，本发明不限于此，定子与定子壳体也可以一体化成型。

从上到下，限位座2、转子4、上阀座5和下阀座7依次设置在定子壳体9中。其中，限位座2与定子壳体9的上端部内壁呈固定设置，限位座2上轴向设置有供流体流过的第二流道，限位座2的下端面与转子4的上端面接触或靠近。通过设置限位座来限制转子在定子壳体中的轴向移动。如图1中所示，限位座2的下端面轴向设置有凸起，通过凸起与转子4的顶部接触或靠近。

在本实施例中，转子4包括旋转部和偏心部。其中，旋转部设置在定子3中且旋转部的上端与限位座2的下端面接触。旋转部外壁上设置有与定子内壁上第一螺旋结构相配合的第二螺旋结构，通过第一螺旋结构与第二螺旋结构的配合在高压流体作用下旋转部沿定子壳体的轴线旋转。偏心部的上端与旋转部的下端固定设置，偏心部能够在旋转部的带动下在定子壳体9中绕其轴线偏心旋转。

在本实施例中，如图1中所示，上阀座5与偏心部的下端同轴且固定设置，从而上阀座5能够与偏心部一同在定子壳体9内部绕其轴线偏心旋转。这里，上阀座5具有轴向设置的第三流道，偏心部上设置有通孔10，通孔10将第一流道与第三流道连通，从而使定子壳体9中的流体能够进入上阀座5的第三流道中。

在本实施例中，下阀座7与定子壳体9的下端部内壁固定设置（例如，通过螺纹实现固定设置），下阀座7的上端面与上阀座5的下端面接触或靠近。下阀座7具有偏心设置的第四流道。第三流道与第四流道连通，定子壳体中的流体能够通过第四流道进入牵引器的下游部件中。

在本实施例中，如图4中所示，通过上阀座5相对下阀座7的偏心旋转，改变第四流道的截面积，从而使定子壳体内部产生周期性的压力脉冲，从而产生牵引力。这里，第四流道可以为平行下阀座轴线偏心设置的U型槽12，U型槽12位于上阀座在竖直方向的投影范围内。

在本示例性实施例中，如图1中所示，所述井下牵引器还可包括上接头1和下接头8。其中，上接头1的上端与牵引器的上游管柱固定连接，上接头的下端与定子壳体9固定连接。这里，上接头可通过螺纹与牵引器上游管柱和定子壳体实现固定连接。例如，上接头1的外壁上这种有螺纹，定子壳体9上端部的内壁上设置有螺纹。上接头具有轴向设置的第五流道，第五流道能够接收上游管柱中的流体并输送到第一流道中。下接头8的下端与牵引器下游管柱固定连接，下接头8上端与定子壳体9固定连接。这里，下接头可通过螺纹与牵引器下游管柱和定子壳体实现固定连接。例如，下接头8的外壁上设置有螺纹，定子壳体下端部的内壁上设置有螺纹。下接头具有轴向设置的第六流道，第六流道能够接收第一流道中的流体，并输送给下游管柱。另外，定子壳体的上端部和下端部的内径可大于中部的内径，从而形成设置限位座和下阀座的安装槽，通过上接头的下端部和下接头的上端部将限位座和下阀座与定子壳体固定。

在本示例性实施例中，如图2和3中所示，所述井下牵引器还可包括上阀片6和下阀片。其中，上阀片6沿径向设置在上阀座5的内壁上，上阀片可为与上阀座5同心的圆环结构。下阀片沿径向设置在下阀座的内壁上，下阀片为偏心设置的带有U型槽的圆盘结构，圆盘结构将下阀座的第四流道封闭，使得流体只能从U型槽中流过。

在本示例性实施例中，所述转子与所述定子可根据不同工况采用间隙配合、过渡配合或过盈配合。一般而言，高温时定子与转子采用间隙配合，低温时定子与转子采用过渡配合或过盈配合。

在本示例性实施例中，如图4中所示，所述周期性的压力脉冲可为正弦波或余弦波脉冲。这里，通过改变上阀片和下阀片上流道形状来改变定子壳体内部产生周期性压力脉冲的波形图。

在本示例性实施例中，所述牵引器产生的压力脉冲的频率可为5~10Hz，压力脉冲的作用时间可为0.1~0.2s，所述偏心部的偏心距离可为2~5mm。

在本示例性实施例中，如图1中所示，所述牵引器还可包括密封件11，所述密封件11设置在上接头1外壁与定子壳体9内壁、以及下阀座7外壁与下接头8内壁之间。这里，密封件可以为密封环，通过设置密封件可以增加井下牵引器的密封性能。

在本示例性实施例中，所述上阀片可通过热镶嵌安装在上阀座内部，所述下阀片可通过热镶嵌安装在下阀座内部。这里，采用热镶嵌方式有利于将阀片安装到阀座内，不必专门设置安装结构。

在本示例性实施例中，所述定子可为多头定子，所述转子可为多头转子，所述多头定子和多头转子可包括2~7头。这里，采用多头定子和多头转子结构可以使螺杆结构的转速低，产生的频率低，在5~10Hz之间，从而轴向牵引力作用时间增长，并且偏心小，横向振动小，工具使用寿命长。

本发明的第三示例性实施例提供了一种连续油管工具，所述连续油管工具可包括上述第一或第二示例性实施例所述的井下牵引器。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

（1）本发明的牵引器旋转部分采用多头定子和多头转子构成的多头螺杆，使用时转子的转速低，牵引器内部产生的压力脉冲频率低，在5~10Hz之间，从而施加在油管上的轴向牵引力作用时间增长，牵引效果好；

（2）本发明的多头螺杆的偏心部的偏心距离小，从而使得产生的横向振动小，能够增加牵引工具使用寿命；

（3）本发明采用特殊的上阀片与下阀片结构设计，使得上阀片在偏心旋转过程中上阀片与下阀片在交错的过程中，产生周期性的正弦或余弦压力脉冲，频率稳定，更有利于连续管的送入。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (6)

1.一种井下牵引器，其特征在于，所述牵引器用于连续油管作业，并包括定子壳体、定子、限位座、转子、上阀座、下阀座、上阀片和下阀片，其中，

所述定子壳体具有轴向设置的第一流道，所述定子固定设置在定子壳体的内壁上；

从上到下，所述限位座、转子、上阀座和下阀座依次设置在所述定子壳体中，其中，

所述限位座与定子壳体内壁固定设置，限位座上设置有第二流道，限位座的下端面与转子的上端面接触；

所述转子包括旋转部和偏心部，所述旋转部设置在所述定子中与定子配合在流体作用下旋转，所述偏心部的上端与旋转部的下端固定设置以在定子壳体中偏心旋转；

所述上阀座与所述偏心部固定设置并一同偏心旋转，上阀座具有轴向设置的第三流道，所述偏心部上设置有通孔，所述通孔将第一流道与第三流道连通；

所述下阀座与定子壳体内壁固定设置，下阀座的上端面与上阀座的下端面接触，下阀座具有偏心设置的第四流道，所述第四流道为U型槽；

所述上阀座相对下阀座偏心旋转改变第四流道的截面积使定子壳体内部产生周期性的压力脉冲，从而产生牵引力，所述周期性的压力脉冲为正弦波或余弦波脉冲；

所述上阀片沿径向设置在上阀座的内壁上，所述上阀片为与上阀座同心的圆环结构，所述下阀片沿径向设置在所述下阀座的内壁上，所述下阀片为偏心设置有U型槽的圆盘；

所述牵引器产生的压力脉冲的频率为5～10Hz，压力脉冲的作用时间为0.1～0.2s，所述偏心部的偏心距离为2～5mm；

所述定子为多头定子，所述转子为多头转子，所述多头定子和多头转子包括2～7头。

2.根据权利要求1所述的井下牵引器，其特征在于，所述井下牵引器还包括上接头和下接头，所述上接头的上端与牵引器上游管柱固定连接、下端与定子壳体固定连接，上接头具有轴向设置的第五流道，所述下接头的下端与牵引器下游管柱固定连接、上端与定子壳体固定连接，下接头具有轴向设置的第六流道。

3.根据权利要求1所述的井下牵引器，其特征在于，所述转子与所述定子根据不同工况采用间隙配合、过渡配合或过盈配合。

4.根据权利要求2所述的井下牵引器，其特征在于，所述牵引器还包括密封件，所述密封件设置在上接头与定子壳体、下阀座与下接头之间。

5.根据权利要求1所述的井下牵引器，其特征在于，所述上阀片通过热镶嵌安装在上阀座内部，所述下阀片通过热镶嵌安装在下阀座内部。

6.一种连续油管工具，其特征在于，所述连续油管工具包括如权利要求1～5中任意一项所述的井下牵引器。