CN117145417A - 一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，包括沿长轴方向顺次密封连接的连接管、一级套管、二级套管和防掉套管，一级套管中密封装有一级活塞，一级活塞外周设有流道，一级活塞一端连接有一级活塞杆，一级活塞和一级活塞杆内设有第一泄流通道，一级活塞与二级套管之间连接有第一弹性件，二级套管中密封装有二级活塞，二级活塞一端连接有二级活塞杆，二级活塞杆伸入防掉套管中，二级活塞和二级活塞杆内设有第二泄流通道，二级活塞与防掉套管之间连接有第二弹性件，防掉套管中密封装有连接芯轴，连接芯轴中设有第三泄流通道，连接芯轴一端与二级活塞杆一端密封连接。优点：有效减小连续管与井壁间的摩擦阻力，提高钻压的的稳定性。

Description

一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具

技术领域

本发明涉及石油天然气开采工程机械领域，特别涉及一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具。

背景技术

连续管技术已经广泛应用在石油勘探与以及页岩气钻修井领域中，显示出了良好的发展前景，成为石油工程技术的特色技术之一。自20世纪90年代在国内老井改造、侧钻水平井、井身维护等领域的成功应用，通过在修井、钻井、采油等多个领域广泛应用，技术积累，不断完善了其系统机构及设备架构。近年来，随着小井眼钻井技术的发展，连续管技术在各种复杂作业中的优势越来越明显，用途也越来越广。但基于连续管尺寸小、柔性大、不旋转，加压困难等特点，其与井壁之间的摩擦阻力较大，传递到钻头上的有效钻压很小。连续管作业过程中，在管串自身重力、下放力和地层摩擦力的共同作用下，容易发生屈曲，导致连续管管串无法正常下放，甚至造成“卡死”，从而限制了连续管在大位移井和水平井中的应用。因此，特别需要一种能够在连续管钻/修井过程中，减少地层与钻具的摩擦阻力工具，使钻压顺利的加载到钻头。为此，根据现场情况以及页岩气钻/修井情况特殊要求，需要研制一种钻压加载工具以减轻钻具产生的磨阻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，有效的克服了现有技术的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，包括沿长轴方向顺次密封连接的连接管、一级套管、二级套管和防掉套管，上述一级套管中密封装有可沿其轴向移动的一级活塞，上述一级活塞外周设有轴向延伸至其两端的流道，上述一级活塞远离连接管的一端同轴连接有直径小于其的一级活塞杆，上述一级活塞和一级活塞杆内设有轴向贯穿二者的第一泄流通道，上述第一泄流通道远离上述一级活塞的一段直径缩小，上述一级活塞与上述二级套管的一端之间连接有第一弹性件，上述二级套管中密封装有可沿其轴向移动的二级活塞，上述二级活塞远离一级套管的一端同轴连接有直径小于其的二级活塞杆，上述二级活塞杆伸入上述防掉套管中，上述二级活塞和二级活塞杆内设有轴向贯穿二者的第二泄流通道，上述一级活塞杆可轴向移动至密封插入上述第二泄流通道靠近其的端口内，上述二级活塞与上述防掉套管的一端之间连接有第二弹性件，上述防掉套管中密封装有可沿其轴向移动的连接芯轴，上述连接芯轴中设有轴向贯穿其的第三泄流通道，上述连接芯轴的一端与上述二级活塞杆伸入防掉套管中的一端密封连接并连通。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，上述连接管一端设有同轴插入上述一级套管一端的管状的第一连接密封部，上述第一连接密封部与上述一级套管的一端内壁螺纹连接。

进一步，上述第一连接密封部的端头设为锥面，上述一级活塞靠近上述第一连接密封部的一端设为与上述锥面适配的锥形的密封面。

进一步，上述流道设有多个，并沿上述一级活塞的周向均匀间隔分布。

进一步，上述二级套管一端设有插入上述一级套管另一端的管状的第二连接密封部，上述第二连接密封部与上述一级套管的另一端内壁螺纹连接。

进一步，上述第一弹性件连接于上述一级活塞与上述第二连接密封部之间。

进一步，上述防掉套管的一端设有插入上述二级套管另一端的管状的第三连接密封部，上述第三连接密封部与上述二级套管的另一端内壁螺纹连接。

进一步，上述第二弹性件连接于上述二级活塞与上述第三连接密封部之间。

进一步，上述连接芯轴的一端套设于上述二级活塞杆伸入防掉套管中的一端外部，且二者相互螺纹连接。

进一步，上述一级活塞杆远离一级活塞的一端一体成型的设有直径小于其的延伸管段，上述一级活塞杆可轴向移动至上述延伸管段密封插入上述第二泄流通道靠近其的端口内，上述第一泄流通道位于上述延伸管段内的一段直径缩小。

本发明的有益效果是：可以有效减小连续管与井壁间的摩擦阻力，提高钻压的的稳定性，缩短作业周期，提高连续管钻、修井作业效率，延长连续管的水平进尺及使用寿命。

附图说明

图1为本发明的基于流量控制的轴向振荡减阻工具的结构剖视图；

图2为图中局部结构放大图；

图3为本发明的基于流量控制的轴向振荡减阻工具中连接管的结构示意图；

图4为本发明的基于流量控制的轴向振荡减阻工具中一级套管及其内部部件的结构示意图；

图5为本发明的基于流量控制的轴向振荡减阻工具中二级套管及其内部部件的结构示意图；

图6为本发明的基于流量控制的轴向振荡减阻工具中连接芯轴与二级活塞杆连接的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、连接管；2、一级套管；3、二级套管；4、防掉套管；5、连接芯轴；11、第一连接密封部；21、一级活塞；22、一级活塞杆；23、第一泄流通道；24、第一弹性件；31、二级活塞；32、二级活塞杆；33、第二泄流通道；34、第二弹性件；35、第二连接密封部；41、第三连接密封部；51、第三泄流通道；211、流道；221、延伸管段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例：如图1至6所示，本实施例的基于流量控制的轴向振荡减阻工具包括沿长轴方向顺次密封连接的连接管1、一级套管2、二级套管3和防掉套管4，上述一级套管2中密封装有可沿其轴向移动的一级活塞21，上述一级活塞21外周设有轴向延伸至其两端的流道211，上述一级活塞21远离连接管1的一端同轴连接有直径小于其的一级活塞杆22，上述一级活塞21和一级活塞杆22内设有轴向贯穿二者的第一泄流通道23，上述第一泄流通道23远离上述一级活塞21的一段直径缩小，上述一级活塞21与上述二级套管3的一端之间连接有第一弹性件24，上述二级套管3中密封装有可沿其轴向移动的二级活塞31，上述二级活塞31远离一级套管2的一端同轴连接有直径小于其的二级活塞杆32，上述二级活塞杆32伸入上述防掉套管4中，上述二级活塞31和二级活塞杆32内设有轴向贯穿二者的第二泄流通道33，上述一级活塞杆22可轴向移动至密封插入上述第二泄流通道33靠近其的端口内，上述二级活塞31与上述防掉套管4的一端之间连接有第二弹性件34，上述防掉套管4中密封装有可沿其轴向移动的连接芯轴5，上述连接芯轴5中设有轴向贯穿其的第三泄流通道51，上述连接芯轴5的一端与上述二级活塞杆32伸入防掉套管4中的一端密封连接并连通。

本实施例中，连接管1、一级套管2、二级套管3和防掉套管4均为圆管构件(或内部设有通道的圆柱状构件)，使用过程如下：

使用前，先将连接管1的另一端与连续管的接头密封连接并连通，同时，使连接芯轴5的另一端与钻杆的螺杆马达连接，使用时，整个工具的内部与连续管及钻杆内腔之间形成流体通路，钻进过程中，钻井液经连续管进入连接管1中，然后第一泄流通道23、第二泄流通道33、第三泄流通道51至钻杆内部，随着钻进流出，正常钻进过程中，工具内流体压力稳定，当钻头遇到钻井内卡点时，先停止输送钻井液泵的运行，然后再开启钻井液泵，钻井液在钻井液泵开启后，快速进入连接管1中，然后在一级活塞21出分流，分流后一部分流体进入第一泄流通道23中，另一部分经一级活塞21外周上的流道211进入一级活塞杆22与一级套管2之间的环腔，流体在进入第一泄流通道23中时，由于第一泄流通道23在远离上述一级活塞21的一段直径缩小，因此，流体会在第一泄流通道23中增压推动一级活塞21朝向二级套管3方向移动(该过程会逐渐压缩第一弹性件24蓄能)，此过程中，另一部分流体在一级活塞杆22与一级套管2之间的环腔形成高压，然后推动与一级活塞杆22密封插接的二级活塞31朝向防掉套管4方向移动(该过程会逐渐压缩第二弹性件34蓄能)，也就是带动连接芯轴5以及螺杆马达及钻杆快速向下冲击(也就是产生轴向振荡)，破除卡点，同时，在短时间内，二级活塞31会被推动至与一级活塞杆22的端部脱离(二级活塞31与一级活塞杆22相对移动，使得一级活塞杆22远离一级活塞21的一端退出第二泄流通道33)，此时，第二泄流通道33的通道口打开，在环腔内的流体径第二泄流通道33流出输送至钻杆，同步，在一级活塞杆22远离一级活塞21的一端退出第二泄流通道33的同时，第二弹性件34以及第一弹性件24均会由于流体压力的变小而释能，从而反向驱使一级活塞杆22及一级活塞21朝向连接管1方向移动回位，并驱使二级活塞杆32及二级活塞31连带着连接芯轴5朝向连接管1方向移动回位，之后，钻井液正常经工具流动进入钻杆，如遇下一次钻进卡点，则按照上述操作步骤将卡点破除即可，整个工具可以有效减小连续管与井壁间的摩擦阻力，提高钻压的的稳定性，缩短作业周期，提高连续管钻、修井作业效率，延长连续管的水平进尺及使用寿命。

需要说明的是：附图中箭头方向为流体在工具内部的流动方向。

作为一种优选的实施方式，上述连接管1一端设有同轴插入上述一级套管2一端的管状的第一连接密封部11，上述第一连接密封部11与上述一级套管2的一端内壁螺纹连接。

上述实施方案中，在第一连接密封部11的外周设有外螺纹，在一级套管2的一端内壁设有内螺纹，第一连接密封部11外径尺寸与一级套管2的一端内径尺寸一致，二者螺纹连接即可，同时，可以在连接处之间夹设密封圈来提升密封性能。

需要补充说明的是：在一级活塞21、二级活塞31和连接芯轴5的外周上均嵌套有多处密封圈(或是设置多处轴向密封件)，使得一级活塞21、二级活塞31和连接芯轴5与各自对应的一级套管2、二级套管3和防掉套管4之间良好的密封连接。

作为一种优选的实施方式，上述第一连接密封部11的端头设为锥面，上述一级活塞21靠近上述第一连接密封部11的一端设为与上述锥面适配的锥形的密封面。

上述实施方案中，在钻井液于工具中正常流动时，一级活塞21端部的密封面是与第一连接密封部11端头的锥面紧密贴合，起到对一级活塞21的限位作用，结构之间设计，配合比较紧凑。

作为一种优选的实施方式，上述流道211设有多个，并沿上述一级活塞21的周向均匀间隔分布。

上述实施方案中，多个流道211的设计，使得部分流体能够经过多个流道211顺畅的进入一级活塞杆22与一级套管2之间的环腔(高压环腔)中。

作为一种优选的实施方式，上述二级套管3一端设有插入上述一级套管2另一端的管状的第二连接密封部35，上述第二连接密封部35与上述一级套管2的另一端内壁螺纹连接。

上述实施方案中，二级套管3与一级套管2之间采用螺纹连接的方式，连接比较牢固，同时，可以在连接处之间夹设密封圈来提升密封性能，使得连接处密封性较佳。

作为一种优选的实施方式，上述第一弹性件24连接于上述一级活塞21与上述第二连接密封部35之间。

上述实施方案中，第一弹性件24连接于一级活塞21与上述第二连接密封部35的端头之间，装配比较稳固，在流体高压推动下能够起到较为稳定蓄能作用。

本实施例中，上述第一弹性件24采用常规的弹簧，并套设于上述一级活塞杆22外即可。

作为一种优选的实施方式，上述防掉套管4的一端设有插入上述二级套管3另一端的管状的第三连接密封部41，上述第三连接密封部41与上述二级套管3的另一端内壁螺纹连接。

上述实施方案中，防掉套管4与二级套管3之间采用螺纹连接的方式，连接比较牢固，同时，可以在连接处之间夹设密封圈来提升密封性能，使得连接处密封性较佳。

作为一种优选的实施方式，上述第二弹性件34连接于上述二级活塞31与上述第三连接密封部41之间。

上述实施方案中，第二弹性件34连接于二级活塞31与上述第三连接密封部41的端头之间，装配比较稳固，在流体高压推动下能够起到较为稳定蓄能作用。

本实施例中，上述第二弹性件34采用常规的碟簧，并套设于二级活塞杆32外。

作为一种优选的实施方式，上述连接芯轴5的一端套设于上述二级活塞杆32伸入防掉套管4中的一端外部，且二者相互螺纹连接。

上述实施方案中，连接芯轴5与二级活塞杆32之间采用螺纹连接的方式，连接比较牢固。

作为一种优选的实施方式，上述一级活塞杆22远离一级活塞21的一端一体成型的同轴设有直径小于其的延伸管段221，上述一级活塞杆22可轴向移动至上述延伸管段221密封插入上述第二泄流通道33靠近其的端口内，上述第一泄流通道23位于上述延伸管段221内的一段直径缩小。

上述实施方案中，延伸管段221的外径与第二泄流通道33的内径一致，在一级活塞杆22被流体推动朝向二级套管3方向移动时，延伸管段221会插入第二泄流通道33中，并封堵第二泄流通道33，从而在一级活塞杆22与一级套管2之间的环腔形成高压来推动二级活塞31移动，二者之间连接配合比较紧密。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：包括沿长轴方向顺次密封连接的连接管(1)、一级套管(2)、二级套管(3)和防掉套管(4)，所述一级套管(2)中密封装有可沿其轴向移动的一级活塞(21)，所述一级活塞(21)外周设有轴向延伸至其两端的流道(211)，所述一级活塞(21)远离连接管(1)的一端同轴连接有直径小于其的一级活塞杆(22)，所述一级活塞(21)和一级活塞杆(22)内设有轴向贯穿二者的第一泄流通道(23)，所述第一泄流通道(23)远离所述一级活塞(21)的一段直径缩小，所述一级活塞(21)与所述二级套管(3)的一端之间连接有第一弹性件(24)，所述二级套管(3)中密封装有可沿其轴向移动的二级活塞(31)，所述二级活塞(31)远离一级套管(2)的一端同轴连接有直径小于其的二级活塞杆(32)，所述二级活塞杆(32)伸入所述防掉套管(4)中，所述二级活塞(31)和二级活塞杆(32)内设有轴向贯穿二者的第二泄流通道(33)，所述一级活塞杆(22)可轴向移动至密封插入所述第二泄流通道(33)靠近其的端口内，所述二级活塞(31)与所述防掉套管(4)的一端之间连接有第二弹性件(34)，所述防掉套管(4)中密封装有可沿其轴向移动的连接芯轴(5)，所述连接芯轴(5)中设有轴向贯穿其的第三泄流通道(51)，所述连接芯轴(5)的一端与所述二级活塞杆(32)伸入防掉套管(4)中的一端密封连接并连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述连接管(1)一端设有同轴插入所述一级套管(2)一端的管状的第一连接密封部(11)，所述第一连接密封部(11)与所述一级套管(2)的一端内壁螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述第一连接密封部(11)的端头设为锥面，所述一级活塞(21)靠近所述第一连接密封部(11)的一端设为与所述锥面适配的锥形的密封面。

4.根据权利要求1所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述流道(211)设有多个，并沿所述一级活塞(21)的周向均匀间隔分布。

5.根据权利要求2所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述二级套管(3)一端设有插入所述一级套管(2)另一端的管状的第二连接密封部(35)，所述第二连接密封部(35)与所述一级套管(2)的另一端内壁螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述第一弹性件(24)连接于所述一级活塞(21)与所述第二连接密封部(35)之间。

7.根据权利要求5所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述防掉套管(4)的一端设有插入所述二级套管(3)另一端的管状的第三连接密封部(41)，所述第三连接密封部(41)与所述二级套管(3)的另一端内壁螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述第二弹性件(34)连接于所述二级活塞(31)与所述第三连接密封部(41)之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述连接芯轴(5)的一端套设于所述二级活塞杆(32)伸入防掉套管(4)中的一端外部，且二者相互螺纹连接。

10.根据权利要求1至8任一项所述的一种基于流量控制的轴向振荡减阻工具，其特征在于：所述一级活塞杆(22)远离一级活塞(21)的一端一体成型的同轴设有直径小于其的延伸管段(221)，所述一级活塞杆(22)可轴向移动至所述延伸管段(221)密封插入所述第二泄流通道(33)靠近其的端口内，所述第一泄流通道(23)位于所述延伸管段(221)内的一段直径缩小。