CN207526413U - 一种液控双作用水力振荡钻井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液控双作用水力振荡钻井工具，属石油井下工具技术领域。该工具包括上壳体、花键套、下壳体、上接头、下接头，上壳体的一端通过花键套安装有上接头，下壳体的一端螺纹安装有下接头，上壳体和下壳体之间螺纹连接。该工具通过活塞杆产生轴向往复运动时与节流阀的配合，使得节流阀开口面积实现周期性变化从而产生周期性的压力波动。该压力波动作用在台阶轴上，使得碟簧实现周期性的压缩与复原，从而产生周期性的轴向振动，由此将钻柱与井壁之间的摩擦状态由静摩擦转变为滑动摩擦，从而降低摩阻，提高钻井效率。该工具具有结构简单实用性好的特点，充分利用了高压钻井液的动能、能量利用率高，且能使工具振荡周期稳定。

Description

一种液控双作用水力振荡钻井工具

技术领域

本实用新型涉及一种液控双作用水力振荡钻井工具，属石油井下工具技术领域。

背景技术

近年来，随各大油田勘探技术的不断深入，油井井身结构复杂度逐渐增加，长水平、大斜度及多分支水平井等的数量增加等问题对钻井工程提出了新的现实要求，使水力振荡器等工具的发展空间和需求得到了提升。就如何提高水平井水平段长度和实现快速钻进等问题成为了石油产业相关研究关注的焦点。复杂的井身结构，不仅对钻井技术和方法提出了较高的要求，而且较大的井斜角使石油钻杆柱与井壁间的摩擦阻力明显增大，降低了钻压的传递效率，影响了机械钻进速度。国内外学者就如何提高水平井中水平段长度和实现快速钻进等问题进行了大量的研究工作。井下动力钻具如水力振荡器等由于具有提高机械钻速、增加单只钻头进尺、便于定向控制井眼轨迹并且能使滑动送钻时钻柱与井壁之间的静摩擦转变为滑动摩擦以减小摩阻等诸多优点，使其发展空间和需求得到了大大的提升，也得到了广大科研工作者的高度关注。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种能够有效减小钻柱与井壁之间的摩擦阻力、避免卡钻事故的发生，从而使得整个工具产生周期性的轴向振动，将钻柱与井壁之间的摩擦状态由静摩擦转变为滑动摩擦，降低摩阻，进而提高钻井效率的。

本实用新型的技术方案是：

一种液控双作用水力振荡钻井工具，包括上壳体、花键套、下壳体、上接头、下接头，上壳体的一端通过花键套安装有上接头，下壳体的一端螺纹安装有下接头，上壳体和下壳体之间螺纹连接，其特征在于：上接头一端的上壳体内装有台阶轴，台阶轴上通过通过压紧环装有密封件，密封件与花键套之间的台阶轴上装有碟簧；下壳体内一端安装有节流阀；下壳体内另一端通过导流座和导流套安装有导流接头；节流阀与导流接头之间安装有高压分流套，高压分流套内通过阀芯安装有活塞杆，活塞杆的中间部位设置有凸起，凸起一侧的活塞杆上安装有上限位座，凸起另一侧的活塞杆上安装有下限位座；上限位座和下限位座之间安装有连接固定套。

所述的阀芯上对称设置有阀芯凸台，阀芯凸台上设置有阀芯凸台孔，阀芯凸台孔与阀芯的中心孔连通。

所述的花键套一端与上壳体螺纹连接，花键套的另一端与上接头滑动键连接。

所述的台阶轴与下接头螺纹连接；台阶轴与花键套滑动接触连接。

所述的上限位座和下限位座上分别设置有限位座孔；导流套上设置有导流套孔。

所述的节流阀呈圆筒状，节流阀的中心孔端口内设置有内凸台，内凸台的圆周上均布有过流孔，内凸台一侧的节流阀上对称设置有节流阀孔；

所述的连接固定套设置有连接固定套孔。

所述的高压分流套圆周上均布有高压分流孔。所述的导流接头上设置有卡槽，导流接头通过卡槽与高压分流套相互卡接。

所述的活塞杆的凸起上设置有凹型槽，活塞杆上均布有多个活塞杆孔，活塞杆孔与活塞杆的中心孔连通；活塞杆一端与节流阀接触连接；活塞杆另一端通过活塞接头安装有滑块顶砧。

本实用新型的优点在于：

该液控双作用水力振荡钻井工具通过活塞杆产生轴向往复运动时与节流阀的配合，使得节流阀开口面积实现周期性变化从而产生周期性的压力波动。该周期性波动的压力作用在台阶轴上，使得碟簧实现周期性的压缩与复原，从而使得整个工具产生周期性的轴向振动，由此将钻柱与井壁之间的摩擦状态由静摩擦转变为滑动摩擦，从而降低摩阻，提高钻井效率。该液控双作用水力振荡钻井工具具有结构简单实用性好的特点，充分利用了高压钻井液的动能、能量利用率高，且能使工具振荡周期稳定。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中的A处放大结构示意图；

图3为本实用新型的节流阀的结构示意图；

图4为本实用新型的高压分流套的结构示意图；

图5为本实用新型的活塞杆的结构示意图；

图6为本实用新型的限位座的结构示意图；

图7为本实用新型的连接固定套的结构示意图；

图8为本实用新型的导流套的结构示意图；

图9为本实用新型的阀芯的结构示意图。

图中：1、上壳体，2、花键套，3、下壳体，4、上接头，5、下接头，6、台阶轴，7、压紧环，8、密封件，9、碟簧，10、节流阀，11、过流孔，12、节流阀孔，13、导流座，14、导流套，15、导流接头，16、高压分流套，17、高压分流孔，18、阀芯，19、活塞杆，20、上限位座，21、下限位座，22、连接固定套，23、限位座孔，24、连接固定套孔，25、凹型槽，26、活塞杆孔，27、活塞接头，28、滑块顶砧，29、导流套孔，30、阀芯凸台，31、阀芯凸台孔。

具体实施方式

该液控双作用水力振荡钻井工具包括上壳体1、花键套2、下壳体3、上接头4、下接头5，上壳体1的一端通过花键套2安装有上接头4，花键套2一端与上壳体1螺纹连接，花键套2的另一端与上接头4滑动键连接。下壳体3的一端螺纹安装有下接头5，上壳体1和下壳体3之间螺纹连接。上接头4一端的上壳体1内装有台阶轴6，台阶轴6与下接头5螺纹连接；台阶轴6与花键套2滑动接触连接。台阶轴6上通过压紧环7装有密封件8，密封件8与花键套2之间的台阶轴6上装有碟簧9。

下壳体3内一端安装有节流阀10。节流阀10呈圆筒状，节流阀10的中心孔端口内设置有内凸台，内凸台的圆周上均布有过流孔11，内凸台一侧的节流阀10上对称设置有节流阀孔12。

下壳体3内另一端通过导流座13和导流套14安装有导流接头15；导流套14上设置有导流套孔29。节流阀10与导流接头15之间安装有高压分流套16，导流接头15上设置有卡槽，导流接头通过卡槽与高压分流套16相互卡接。高压分流套16圆周上均布有多个高压分流孔17。高压分流套16内通过阀芯18安装有活塞杆19，活塞杆19的中间部位设置有凸起，凸起一侧的活塞杆19上滑动安装有上限位座20，凸起另一侧的活塞杆19上滑动安装有下限位座21；上限位座20和下限位座21之间安装有连接固定套22。上限位座20和下限位座21上分别设置有限位座孔23；连接固定套22设置有连接固定套孔24。

活塞杆19的凸起上设置有凹型槽25，活塞杆19上均布有多个活塞杆孔26（活塞杆孔26由右至左为1孔、2孔、3孔、4孔、5孔），活塞杆孔26与活塞杆19的中心孔连通；活塞杆19一端与节流阀10接触连接；活塞杆19另一端通过活塞接头27安装有滑块顶砧28。

该液控双作用水力振荡钻井工具的阀芯18上对称设置有阀芯凸台30，阀芯凸台30上设置有阀芯凸台孔31，阀芯凸台孔31与阀芯18的中心孔连通。

该液控双作用水力振荡钻井工具工作时（以图1为例，此时的活塞杆为最低形成），钻井液经过上接头4进入工具内部，经导流座13和导流套14进入高压分流套16与下壳体3之间的环空。此时的钻井液在环空内分成两部分，一部分钻井液由节流阀10上的节流阀孔12进入节流阀10内，并由节流阀10内凸台上的过流孔11流出，另一部分钻井液由高压分流套16上的高压分流孔17、上限位座20上的限位座孔23、活塞杆19的活塞杆孔26（1孔）进入至阀芯18的阀芯凸台30与滑块顶砧28之间的空腔，从而推动阀芯18向下运行，这一过程中，阀芯18的阀芯凸台30之间的凹腔逐步将活塞杆19的活塞杆孔26（3孔和4孔）连通，随着阀芯凸台30之间的凹腔逐步与活塞杆19的活塞杆孔26连通，钻井液由高压分流套16上的高压分流孔17、连接固定套22上的连接固定套孔24、活塞杆19上的凹型槽25、活塞杆19的活塞杆孔26（3孔）、阀芯凸台30之间的凹腔、活塞杆19的活塞杆孔26（4孔）进入至活塞杆19的凸起与下限位座21之间的空腔，从而推动活塞杆19向上运行，活塞杆19向上运行过程中逐步与节流阀10脱离接触，此时的节流阀10中心孔开启，钻进液的过流面积增大，该工具内的钻进液压力减小。当活塞杆19向上运行到止点时，下限位座21上的限位座孔23与活塞杆19的活塞杆孔26（5孔）吻合，此时的钻进液由高压分流套16上的高压分流孔17、下限位座21上的限位座孔23、活塞杆19的活塞杆孔26（5孔）进入至阀芯18的阀芯凸台30与活塞杆19台肩之间的空腔，从而推动阀芯18向上运行，阀芯18向上运行过程中，阀芯18的阀芯凸台30之间的凹腔逐步将活塞杆19的活塞杆孔26（2孔和3孔）连通，随着阀芯凸台30之间的凹腔逐步与活塞杆19的活塞杆孔26连通，钻井液由高压分流套16上的高压分流孔17、连接固定套22上的连接固定套孔24、活塞杆19上的凹型槽25、活塞杆19的活塞杆孔26（3孔）、阀芯凸台30之间的凹腔、活塞杆19的活塞杆孔26（2孔）进入至活塞杆19的凸起与上限位座20之间的空腔，从而推动活塞杆19再次向下运行并对，流阀10的中心孔再次形成封堵，由此减小钻进液的过流面积，使该工具内的钻进液压力增大。

在活塞杆19封堵或开启限流阀10的中心孔过程中，该工具内的钻进液压力随封堵而增大，随减小而减小。该工具内的钻进液压力随封堵增大时，上壳体1和下壳体3连接处之间形成憋压，憋压形成的压力通过压紧环7、密封件8推动台阶轴6、上接头4整体向上运行，台阶轴6向上运行的过程中压缩碟簧9使其蓄能，当活塞杆19上行脱离与限流阀10的接触时，节流阀10中心孔开启，钻进液的过流面积增大，该工具内的钻进液压力瞬间减小，憋压形成的压力消失，在碟簧9的作用下，台阶轴6、上接头4快速复位，这一过程中，上接头4的台肩撞击花键套2的台肩，从而使得整个工具产生周期性的轴向振动，从而将钻柱与井壁之间的摩擦状态由静摩擦转变为滑动摩擦，由此降低摩阻，提高钻井效率。

该液控双作用水力振荡钻井工具通过活塞杆19的轴向往复运动时与节流阀10的配合，使得节流阀10过流面积实现周期性变化从而产生周期性的压力波动。该周期性波动的压力作用在台阶轴6上，使得碟簧9实现周期性的压缩与复原，从而使得整个工具产生周期性的轴向振动，由此将钻柱与井壁之间的摩擦状态由静摩擦转变为滑动摩擦，从而降低摩阻，提高钻井效率。该液控双作用水力振荡钻井工具具有结构简单实用性好的特点，充分利用了高压钻井液的动能、能量利用率高，且能使工具振荡周期稳定。

Claims (9)

1.一种液控双作用水力振荡钻井工具，包括上壳体（1）、花键套（2）、下壳体（3）、上接头（4）、下接头（5），上壳体（1）的一端通过花键套（2）安装有上接头（4），下壳体（3）的一端螺纹安装有下接头（5），上壳体（1）和下壳体（3）之间螺纹连接，其特征在于：上接头（4）一端的上壳体（1）内装有台阶轴（6），台阶轴（6）上通过压紧环（7）装有密封件（8），密封件（8）与花键套（2）之间的台阶轴（6）上装有碟簧（9）；下壳体（3）内一端安装有节流阀（10）；下壳体（3）内另一端通过导流座（13）和导流套（14）安装有导流接头（15）；节流阀（10）与导流接头（15）之间安装有高压分流套（16），高压分流套（16）内通过阀芯（18）安装有活塞杆（19），活塞杆（19）的中间部位设置有凸起，凸起一侧的活塞杆（19）上安装有上限位座（20），凸起另一侧的活塞杆（19）上安装有下限位座（21）；上限位座（20）和下限位座（21）之间安装有连接固定套（22）。

2.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的阀芯（18）上对称设置有阀芯凸台（30），阀芯凸台（30）上设置有阀芯凸台孔（31），阀芯凸台孔（31）与阀芯（18）的中心孔连通。

3.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的花键套（2）一端与上壳体（1）螺纹连接，花键套（2）的另一端与上接头（4）滑动键连接。

4.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的台阶轴（6）与下接头（5）螺纹连接；台阶轴（6）与花键套（2）滑动接触连接。

5.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的上限位座（20）和下限位座（21）上分别设置有限位座孔（23）；导流套（14）上设置有导流套孔（29）。

6.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的节流阀呈圆筒状，节流阀（10）的中心孔端口内设置有内凸台，内凸台的圆周上均布有过流孔（11），内凸台一侧的节流阀（10）上对称设置有节流阀孔（12）。

7.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的连接固定套（22）设置有连接固定套孔（24）。

8.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的高压分流套（16）圆周上均布有高压分流孔（17）；所述的导流接头（15）上设置有卡槽，导流接头（15）通过卡槽与高压分流套（16）相互卡接。

9.根据权利要求1所述的一种液控双作用水力振荡钻井工具，其特征在于：所述的活塞杆（19）的凸起上设置有凹型槽（25），活塞杆（19）上均布有多个活塞杆孔（26），活塞杆孔（26）与活塞杆（19）的中心孔连通；活塞杆（19）一端与节流阀（10）接触连接；活塞杆（19）另一端通过活塞接头（27）安装有滑块顶砧（28）。