CN207485359U - 可控式水力脉冲钻井提速工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可控式水力脉冲钻井提速工具，包括：马达转子，其为空心且等壁厚，所述马达转子的上端轴向延伸且径向凹陷形成台阶状的连接头；M型球座，其为圆筒状且其下端密封，所述M型球座同轴设置在所述连接头的正上方，所述M型球座的外壁的下端内陷形成圆筒状的第一凹槽，所述第一凹槽将所述M型球座的外壁分隔为由内至外的竖直的第一座壁和第二座壁；所述第二座壁的内壁内嵌至少一圈密封圈；弹簧，其中，当所述弹簧被压缩至极限状态时，所述密封圈的内侧无缝紧贴在所述连接头的外壁上至少一圈。本实用新型具有减少钻具起下钻次数、使用寿命长等优点，可广泛应用于钻井工具技术领域。

Description

可控式水力脉冲钻井提速工具

技术领域

本实用新型涉及钻井工具技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种可控式水力脉冲钻井提速工具。

背景技术

随着石油工业的发展，目前油田钻井已由原来的定向井逐渐向水平井发展，而在水平井钻进过程中，由于钻具自身重力作用，造成钻具在钻进时与井壁摩阻过大，严重影响钻速，甚至造成钻具托压不能加压到钻头。因此降低摩阻、减少卡钻事故，增加动钻压、提高钻井效率是当前钻井工程中迫切需要解决的问题。研究发现泥浆通过该工具时可形成泥浆压力大小周期性变化，从而使与其连接的钻具承受周期性的轴向冲击力，引起钻具在钻进过程中产生振动，因此能减少钻具与井壁的摩擦，改善钻压传递的效果，提高对工具面的控制，进而达到提高钻速、节约钻井成本的目的。

现有的减摩降阻工具如专利CN 103696693A钻井用水力振荡器、CN 102704842A一种钻井用水力振荡器所描述，其结构类似，都是由动力部分、阀板系统组成，工具的动力部分由单头螺杆马达组成，当流体流经动力部分时，驱动转子转动，带动与其末端连接的动阀片在一个平面上往复运动，因动阀片和静阀片紧密贴合，所以转子转动会导致两个阀片孔口相错或者重合，相错或者重合就导致上游压力发生变化，周期性的运动导致流体流经孔口的过流面积周期性的变化，当两个阀口重合面积最少时，工具产生最大压力降，当两个阀口重合面积最大时，工具产生最小压力降。动力部分使上游压力周期性的作用于钻具上，形成钻具整体周期性振动。

减摩降阻工具已经投入商业应用多年，提速提效十分明显，但是其寿命受螺杆马达寿命的影响。而在实际钻井过程中，在实施定向钻井作业时，才能发挥工具减摩降阻的功效，而在复合钻进时，钻具不存在托压现象，这时工具本身也不需要发挥功效，因此研究一种可控式水力脉冲钻井提速工具将大大延长工具的使用寿命，可以减少钻具起下钻，节约钻井时间和钻井成本，提供经济效益，推广应用前景也十分广阔。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种减少钻具起下钻次数、使用寿命长的可控式水力脉冲钻井提速工具。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种可控式水力脉冲钻井提速工具，包括：马达转子，其为空心且等壁厚，所述马达转子的上端轴向延伸且径向凹陷形成台阶状的连接头；M型球座，其为圆筒状且其下端密封，所述M型球座同轴设置在所述连接头的正上方，所述M型球座的外壁的下端内陷形成圆筒状的第一凹槽，所述第一凹槽将所述M型球座的外壁分隔为由内至外的竖直的第一座壁和第二座壁；所述第二座壁的内壁内嵌至少一圈密封圈；弹簧，其同轴套设在所述第一座壁的外部，所述弹簧的下端固定在所述连接头的台阶上，且所述弹簧的上端固定在所述第一凹槽的顶面；其中，当所述弹簧被压缩至极限状态时，所述密封圈的内侧无缝紧贴在所述连接头的外壁上至少一圈。

优选地，所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，还包括泥浆过滤器和球体；所述泥浆过滤器水平设置在所述M型球座的正上方，且其将所述球体卡在所述泥浆过滤器和M型球座之间。

优选地，所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，还包括限位块，其为圆筒状且同轴固定在所述第一凹槽的顶面，所述限位块的内壁贴合所述弹簧的外壁。

优选地，所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，还包括马达定子、上接头、下接头；所述马达定子的上下两端均具有内螺纹；所述上接头的下端具有外螺纹，且其通过螺纹与所述马达定子的上端固定连接；所述下接头的上端具有外螺纹，且其通过螺纹与马达定子的下端固定连接。

优选地，所述第二座壁的下端的内壁凹陷形成筒状第二凹槽；当所述弹簧处于最大伸长量时，所述第二座壁的下端位于所述连接头的上端的下方。

优选地，所述泥浆过滤器的下方设置有倒V型的挡板，所述挡板的夹角为30°-45°，所述挡板的下表面贴合设置一层弹性橡胶。

优选地，所述挡板的下端倾斜设置多个刀片，所述刀片的刀口朝外。

本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)本实用新型提供的可控式水力脉冲钻井提速工具能根据钻井工况的变化，通过调整流体压力的变化实现转子中心流道的开启与关闭，实现螺杆马达的静止与转动，使其在定向钻井作业时发挥减摩降阻的作用，在复合钻井作业时转子静止，从而大大延长工具的使用寿命，减少钻具起下钻次数，实现提高钻速，提高钻井效率，节约钻井成本的目的。

(2)本实用新型提供的可控式水力脉冲钻井提速工具结构和加工制造简单，控制方便，使用成本低。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型在定向作业时的状态示意图；

图3为本实用新型在复合钻进作业时的状态示意图；

图4为本实用新型所述的M型球座的结构示意图；

图5为本实用新型所述的挡板与泥浆过滤器的连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。

如图1-5所示，本实用新型提供一种可控式水力脉冲钻井提速工具，包括：马达转子1，其为空心且等壁厚，所述马达转子1的上端轴向延伸且径向凹陷形成台阶状的连接头7；M型球座2，其为圆筒状且其下端密封，所述M型球座2同轴设置在所述连接头7的正上方，所述M型球座2的外壁的下端内陷形成圆筒状的第一凹槽3，所述第一凹槽3将所述M型球座2的外壁分隔为由内至外的竖直的第一座壁4和第二座壁5；所述第二座壁5的内壁内嵌至少一圈密封圈12；弹簧6，其同轴套设在所述第一座壁4的外部，所述弹簧6的下端固定在所述连接头7的台阶上，且所述弹簧的上端固定在所述第一凹槽3的顶面；其中，当所述弹簧6被压缩至极限状态时，所述密封圈12的内侧无缝紧贴在所述连接头7的外壁上至少一圈。当定向作业时，增大泥浆压力，M型球座2受力下移并压缩弹簧6，实现M型球座2和转子之间的密封，此时泥浆带动转子转动，使动静阀片之间的过流面积发生变化，从而引起正、余弦变化规律的压力脉冲，进而实现工具减摩降阻和提速增效；当复合钻作业时，减小泥浆压力，此时M型球座2在弹簧6的力的作业下回弹，使其与转子上端面脱开，密封失效，泥浆就会从空心转子中流出，此时转子几乎不转动，流经动静阀片阀口的过流面积不发生变化，因此钻具没有压力脉动产生，钻具就不会发生轴向振动。

所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，还包括泥浆过滤器8和球体9；所述泥浆过滤器8水平设置在所述M型球座2的正上方，且其将所述球体9卡在所述泥浆过滤器8和M型球座2之间。设置球体，可增大M型球座受力面积。

所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，还包括限位块10，其为圆筒状且同轴固定在所述第一凹槽3的顶面，所述限位块10的内壁贴合所述弹簧6的外壁。限位块在弹簧的上下伸缩过程中起到限位及导向的作用。

所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，还包括马达定子14、上接头13、下接头18；所述马达定子14的上下两端均具有内螺纹；所述上接头13的下端具有外螺纹，且其通过螺纹与所述马达定子14的上端固定连接；所述下接头18的上端具有外螺纹，且其通过螺纹与马达定子14的下端固定连接。螺纹连接，方便本实用新型的安装。

所述第二座壁5的下端的内壁凹陷形成筒状第二凹槽11；当所述弹簧6处于最大伸长量时，所述第二座壁5的下端位于所述连接头7的上端的下方。

所述泥浆过滤器8的下方设置有倒V型的挡板19，所述挡板19的夹角为30°-45°，所述挡板19的下表面贴合设置一层弹性橡胶。设置挡板19将所述球体限位，而且在球体冲击泥浆过滤器的时候，起到缓冲作用，而且可以减缓泥浆的流速。

所述挡板19的下端倾斜设置多个刀片，所述刀片的刀口朝外。设置刀片可以让泥浆中的大颗粒固体物质变小，利于泥浆的流动；而且可以将泥浆中的异物等进行拦截，起到再次过滤的作用，避免堵塞流体通道。

可控式水力脉冲钻井提速工具，主要包括脉冲动力总成和可控式短节，其中脉冲动力总成由马达定子14、马达转子1、动阀座15、偏心阀片、定阀片16、定阀座17以及下接头18组成；可控式短节由M型球座2、球体9、弹簧6、密封圈12及限位块10组成。马达定子14的上端与上接头13通过螺纹连接，马达定子14的下端与下接头18通过螺纹连接，马达转子1为等壁厚空心转子，其上端有一圆形槽，通过密封圈12和弹簧6与可控式短节连接，通过调整流体压力进而实现中心流道的开启与关闭，进而可以根据需要启动和停止工具工作，发挥工具的最大功效。在转子下端通过螺纹连接有动阀座15、偏心阀片，与偏心阀片紧密接触的是开有中心孔的定阀片16，定阀片16镶嵌在定阀座17中，阀座与下接头18通过螺纹连接。

本实用新型的原理如下：

当定向作业时，球体9卡入M型球座2上端的内腔，增大泥浆压力，球体9受力迫使M型球座2下移压缩弹簧6，实现M型球座2和转子之间的密封，此时泥浆带动转子转动，使动静阀片之间的过流面积发生变化，从而引起正、余弦变化规律的压力脉冲，进而实现工具减摩降阻和提速增效；

当复合钻作业时，减小泥浆压力，此时M型球座2在弹簧6的力的作业下回弹，使其与转子上端面脱开，密封失效，泥浆就会从空心转子中流出，此时转子几乎不转动，流经动静阀片阀口的过流面积不发生变化，因此钻具没有压力脉动产生，钻具就不会发生轴向振动。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，包括：

马达转子，其为空心且等壁厚，所述马达转子的上端轴向延伸且径向凹陷形成台阶状的连接头；

M型球座，其为圆筒状且其下端密封，所述M型球座同轴设置在所述连接头的正上方，所述M型球座的外壁的下端内陷形成圆筒状的第一凹槽，所述第一凹槽将所述M型球座的外壁分隔为由内至外的竖直的第一座壁和第二座壁；所述第二座壁的内壁内嵌至少一圈密封圈；

弹簧，其同轴套设在所述第一座壁的外部，所述弹簧的下端固定在所述连接头的台阶上，且所述弹簧的上端固定在所述第一凹槽的顶面；

其中，当所述弹簧被压缩至极限状态时，所述密封圈的内侧无缝紧贴在所述连接头的外壁上至少一圈。

2.如权利要求1所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，还包括泥浆过滤器和球体；所述泥浆过滤器水平设置在所述M型球座的正上方，且其将所述球体卡在所述泥浆过滤器和M型球座之间。

3.如权利要求1所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，还包括限位块，其为圆筒状且同轴固定在所述第一凹槽的顶面，所述限位块的内壁贴合所述弹簧的外壁。

4.如权利要求1所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，还包括马达定子、上接头、下接头；所述马达定子的上下两端均具有内螺纹；所述上接头的下端具有外螺纹，且其通过螺纹与所述马达定子的上端固定连接；所述下接头的上端具有外螺纹，且其通过螺纹与马达定子的下端固定连接。

5.如权利要求1所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，所述第二座壁的下端的内壁凹陷形成筒状第二凹槽；

当所述弹簧处于最大伸长量时，所述第二座壁的下端位于所述连接头的上端的下方。

6.如权利要求2所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，所述泥浆过滤器的下方设置有倒V型的挡板，所述挡板的夹角为30°-45°，所述挡板的下表面贴合设置一层弹性橡胶。

7.如权利要求6所述的可控式水力脉冲钻井提速工具，其特征在于，所述挡板的下端倾斜设置多个刀片，所述刀片的刀口朝外。