CN209603873U - 轴向振动工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种轴向振动工具，包括：振动体，具有主中心管及套设在所述主中心管上的外壳体，所述主中心管上还套接有花键筒，所述花键筒的下端连接在所述外壳体上，所述花键筒的上端连接有密封环，所述密封环密封套设在所述主中心管上；至少一级活塞体，连接在所述振动体的下端，所述主中心管通过所述至少一级活塞体能轴向移动地设置在所述外壳体内。本实用新型的轴向振动工具，能减少水平井、定向井钻井托压问题，该轴向振动工具能通过轴向振动提高钻井作业效率。

Description

轴向振动工具

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，尤其涉及一种轴向振动工具。

背景技术

水平井、定向井的大规模推广应用大幅提高了油气田开发效率。水平井定向过程中托压问题是迫切要求解决的一个重要问题。在水平井的施工中，托压的产生不仅严重影响钻井队的施工进度而且很容易造成压差卡钻，给施工造成重大的经济损失。托压是由于井眼轨迹和各种阻力的原因使得钻具加压后，钻压不能有效地传递到钻头。水平井托压一方面影响正常的定向施工，另一方面操作不当易产生卡钻。

定向井中的托压与施工的井眼轨迹有很大的关系，在实际施工中，水平井和定向井都会因为地层或施工的原因造成井眼轨迹偏离设计或者油层走向，这时就需要进行滑动钻进，尤其是水平井的水平段，会因为偏离油层进行多次调整，从而造成井眼轨迹不好。由于钻具刚性的问题在加压时钻具的某一点会支撑在井壁上，此时往往会出现托压现象。

通过改善井眼轨迹，优化钻具组合，设计适当的造型率，提高钻井液携岩能力和排量，强度地面固控处理能力，降低井下岩屑床的形成都能有效改善脱压现象。尽管如此，在有些大位移井、长水平井上仍然会出现脱压研制问题，严重影响着钻井施工效率。

国内外有一种利用脉冲压力的推动活塞带动钻具上下运动减轻脱压的工具，得到广泛应用，取得很好的应用效果。但由于其工具压耗高，严重制约了工具的应用范围，特别是在深井超深井上的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种轴向振动工具，能减少水平井、定向井钻井托压问题，该轴向振动工具能通过轴向振动提高钻井作业效率。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供了一种轴向振动工具，包括：

振动体，具有主中心管及套设在所述主中心管上的外壳体，所述主中心管上还套接有花键筒，所述花键筒的下端连接在所述外壳体上，所述花键筒的上端连接有密封环，所述密封环密封套设在所述主中心管上；

至少一级活塞体，连接在所述振动体的下端，所述主中心管通过所述至少一级活塞体能轴向移动地设置在所述外壳体内。

在本实用新型的实施方式中，所述主中心管从上至下依次设有第一缩颈部、第二缩颈部和第三缩颈部，所述第一缩颈部的外径大于所述第二缩颈部的外径，所述第二缩颈部的外径大于所述第三缩颈部的外径；所述密封环套设在所述第一缩颈部上，所述花键筒套接在所述第二缩颈部上。

在本实用新型的实施方式中，所述第三缩颈部上套设有多个碟簧，所述第三缩颈部与所述第二缩颈部之间形成有台阶面，所述外壳体的中部径向向内设有环凸棱，所述多个碟簧夹设在所述台阶面与所述环凸棱之间。

在本实用新型的实施方式中，所述主中心管的第二缩颈部上套设有刚度调节筒，所述刚度调节筒夹设在所述花键筒与所述多个碟簧之间。

在本实用新型的实施方式中，所述环凸棱上沿其圆周方向间隔设有多个注油孔，各所述注油孔的内侧与所述外壳体相连通，各所述注油孔的外侧均封堵有注油孔盖。

在本实用新型的实施方式中，所述至少一级活塞体包括一级活塞体，所述一级活塞体具有一级中心管及套接在所述一级中心管上的一级活塞，所述一级中心管连接在所述主中心管的下端，所述一级活塞能密封移动地设置在所述外壳体内。

在本实用新型的实施方式中，所述一级中心管上沿其圆周方向间隔设有多个传压孔，所述多个传压孔与所述外壳体相连通并位于所述一级活塞的下方。

在本实用新型的实施方式中，所述至少一级活塞体还包括二级活塞体，所述二级活塞体具有下外壳、二级中心管及套接在所述二级中心管上的二级活塞；所述下外壳连接在所述外壳体的下端，所述二级中心管连接在所述一级中心管的下端，所述二级活塞能密封移动地设置在所述下外壳内。

在本实用新型的实施方式中，所述下外壳具有径向向内凸设的下环凸棱，所述下环凸棱能密封移动地贴设在所述二级中心管的外壁上，所述下环凸棱上沿其圆周方向间隔设有多个下注油孔，各所述下注油孔的外侧均封堵有下注油孔盖。

在本实用新型的实施方式中，所述下外壳上沿其圆周方向开设有多个通孔，所述多个通孔位于所述下环凸棱与所述二级活塞之间。

本实用新型的轴向振动工具的特点及优点是：本实用新型的轴向振动工具，在压力脉冲的作用下，通过至少一级活塞体，带动振动体的主中心管做周期性的轴向往复运动，该轴向振动工具将井壁与钻具的静摩擦转换成动摩擦，减轻钻具摩阻，提高钻压传递效率，提高钻头破岩效率，保护钻具。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的轴向振动工具的剖视图。

图2为图1的A-A向剖面图。

附图标号说明：1、振动体；11、主中心管；111、上接头；112、第一缩颈部；113、第二缩颈部；1131、花键；114、第三缩颈部；115、中心孔；116、台阶面；12、外壳体；121、环凸棱；1211、注油孔；1212、注油孔盖；13、花键筒；131、键槽；14、密封环；141、密封圈；2、活塞体；21、一级活塞体；211、一级中心管；2111、传压孔；212、一级活塞；2121、密封件；2122、密封圈；22、二级活塞体；221、下外壳；2211、下环凸棱；2212、下注油孔；2213、下注油孔盖；2214、通孔；2215、密封件；222、二级中心管；223、二级活塞；2231、密封圈；3、碟簧；4、刚度调节筒；5、下接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本文中所述的“上”、“下”、“左”和“右”的位置关系，以图1所示为准。

如图1所示，本实用新型提供了一种轴向振动工具，包括振动体1和至少一级活塞体2，其中：振动体1具有主中心管11及套设在所述主中心管11上的外壳体12，所述主中心管11上还套接有花键筒13，所述花键筒13的下端连接在所述外壳体12上，所述花键筒13的上端连接有密封环14，所述密封环14密封套设在所述主中心管11上；至少一级活塞体2连接在所述振动体1的下端，所述主中心管11通过所述至少一级活塞体2能轴向移动地设置在所述外壳体12内。该轴向振动工具能在水力压力脉冲的作用下产生轴向往复运动，将钻具与井壁的静摩擦变成动摩擦，有效消除钻具脱压，提高水平井、定向井的施工效率。

具体的，振动体1为能产生轴向振动的机构，该振动体1的主中心管11大体呈圆柱筒形，该主中心管11的中心形成有供钻井液流动的中心孔115，在压力脉冲的作用下通过至少一级活塞体2的推动而能轴向往复运动。在本实用新型中，主中心管11的上端形成具有内螺纹的上接头111，该上接头111用于连接上部钻具；进一步的，位于上接头111下方的主中心管11，从上至下还依次设有第一缩颈部112、第二缩颈部113和第三缩颈部114，其中，该第一缩颈部112的外径大于第二缩颈部113的外径，该第二缩颈部113的外径大于第三缩颈部114的外径；其中，该上接头111的外径与套设在主中心管11上的外壳体12的外径相同。

该密封环14套设在主中心管11的第一缩颈部112上，其为圆柱筒形，该密封环14与第一缩颈部112之间设有多个密封圈141，以避免工具内的密封润滑油泄露。

该花键筒13套接在主中心管11的第二缩颈部113上，其上端螺纹连接在密封环14的下端。请配合参阅图2所示，在主中心管11的第二缩颈部113上，沿主中心管11的圆周方向间隔设有多个花键1131，该花键筒13大体呈圆柱筒形，在花键筒13的内周壁上，沿花键筒13的圆周方向间隔设有多个键槽131，当花键筒13套设在主中心管11的第二缩颈部113上时，该些花键1131能嵌入该些键槽131中，以便用于传递主中心管11的扭矩到外壳体12，同时还能保证主中心管11的轴向往复运动。

在本实用新型中，在第三缩颈部114上套设有多个碟簧3，外壳体12套设在多个碟簧3的外侧，该外壳体12用于传递上部扭矩，并用于工具的零件安装。在本实施例中，该外壳体12大体呈圆柱筒形，其上端与花键筒13螺纹连接，其中部径向向内设有环凸棱121，该第三缩颈部114与第二缩颈部113之间形成有台阶面116，多个碟簧3夹设在台阶面116与环凸棱121之间，该些碟簧3可在主中心管11向下运动时起到缓冲的作用，同时还能缓冲钻具的轴向过量振动。

在本实施例中，环凸棱121上沿其圆周方向间隔设有多个注油孔1211，各注油孔1211的内侧与外壳体12的内腔相连通，各注油孔1211的外侧均封堵有注油孔盖1212。

进一步的，在主中心管11的第二缩颈部113上套设有刚度调节筒4，该刚度调节筒4夹设在花键筒13的下端与多个碟簧3之间。通过选择不同长度的刚度调节筒4，达到调整多个碟簧3的预加载弹性力的作用。

该至少一级活塞体2连接在振动体1的下端，在压力脉冲的作用下通过至少一级活塞体2的推动，能使主中心管11相对外壳体12轴向往复运动。

在本实用新型的一个可行实施方式中，该至少一级活塞体2包括一级活塞体21，该一级活塞体21具有一级中心管211及套接在一级中心管211上的一级活塞212，该一级中心管211连接在主中心管11的下端，该一级活塞212能密封移动地设置在外壳体12内。

具体的，一级中心管211大体呈圆柱筒形，其上端螺纹连接在主中心管11的下端，该一级中心管211的上端恰好与外壳体12的环凸棱121径向相对，且二者之间具有一定的间隙，以便通过注油孔1211注入的润滑油能流入外壳体12内，润滑碟簧3及一级活塞212；该一级中心管211的中部外壁形成有外螺纹，一级活塞212套设在一级中心管211后能通过螺纹连接于一级中心管211，该一级活塞212的外壁能密封于外壳体12的下部内孔，在本实施例中，在一级活塞212与外壳体12的内壁之间设有密封件2121及多个密封圈2122，避免工具内润滑油的泄露和钻井液的进入。

进一步的，该一级中心管211上沿其圆周方向间隔设有多个传压孔2111，一级中心管211通过多个传压孔2111与外壳体12相连通，该些传压孔2111位于一级活塞212的下方，其用于将脉冲压力传递到一级活塞212。在本实施例中，传压孔2111的数量可为1～20个，沿一级中心管211的圆周方向均匀分布。

在本实用新型的另一个可行实施方式中，至少一级活塞体2还包括二级活塞体22，二级活塞体22具有下外壳221、二级中心管222及套接在二级中心管222上的二级活塞223；下外壳221连接在外壳体12的下端，二级中心管222连接在一级中心管211的下端，二级活塞223能密封移动地设置在下外壳221内。

具体的，下外壳221大体呈圆柱筒形，其上端螺纹连接在外壳体12的下端，其下端螺纹连接有下接头5，该下接头5的下部用于与下部钻具连接。

二级中心管222大体呈圆柱筒形，其穿设在下外壳221内，该二级中心管222的上端螺纹连接在一级中心管211的下端，在二级中心管222的下端螺纹连接有二级活塞223。

二级活塞223大体为圆柱筒形，其具有内通孔，二级活塞223的上端有内螺纹以便与二级中心管222的下端螺纹连接，二级活塞223的上端外壁与下外壳221的内孔形成密封，在本实施例中，在二级活塞223与下外壳221的内壁之间设有多个密封圈2231。该二级活塞223的下端有外六方，用于二级活塞223的安装。

进一步的，该下外壳221具有径向向内凸设的下环凸棱2211，下环凸棱2211能密封移动地贴设在二级中心管222的外壁上，在本实施例中，在下环凸棱2211与二级中心管222之间设有密封件2215；该下环凸棱2211上沿其圆周方向间隔设有多个下注油孔2212，各下注油孔2212的外侧均封堵有下注油孔盖2213，各下注油孔2212的内侧与密封件2215相对。

更进一步的，该下外壳221上沿其圆周方向开设有多个通孔2214，多个通孔2214位于下环凸棱2211与二级活塞223之间。该些通孔2214能确保二级活塞223在下外壳221内的轴向往复运动。在本实施例中，通孔2214的数量可为1～20个，沿下外壳221的圆周方向均匀分布。

该轴向振动工具，其主中心管11通过螺纹分别连接了一级中心管211和二级中心管222，一级中心管211和二级中心管222分别通过螺纹连接了一级活塞212和二级活塞223。在脉冲压力的推动下，一级活塞212、二级活塞223产生的作用通过主中心管11向上传递到钻具，带动钻具上下运动，将钻具与井壁的静摩擦变成动摩擦，减小摩擦力，提高钻压传递效率，提高钻井作业效率。与单级密封活塞相比，二级密封活塞产生的合力使主中心管11向上运动的推力增加约1倍。主中心管11上下运动的频率为0.5HZ～100HZ，其上下运动的幅值为1mm～500mm。本实用新型通过增加活塞体2的级数能有效提高主中心管11向上运动的作用力，该活塞体2的级数可为2～15。

本实用新型的轴向振动工具，在压力脉冲的作用下，通过至少一级活塞体2，带动振动体1的主中心管11做周期性的轴向往复运动，与现有工具相比，该轴向振动工具增加了密封活塞级数，大幅提高活塞受力面积，相同压耗情况下，往返作用力提高1倍以上，有效地降低了工具压耗，提高了工具效率，拓展了工具在深井超深井的应用范围。该轴向振动工具是一种利用轴向往返运动，将井壁与钻具的静摩擦转换成动摩擦，减轻钻具摩阻，提高钻压传递效率，提高钻头破岩效率，保护钻具。轴向振动工具利用水力脉冲压力，通过两级活塞，轴向作用力提高1倍，提高了钻具减阻效果。该轴向振动工具特别适用于水平井、定向井钻井，用于消除钻具托压，提高钻压传递效率，提高钻井施工效率，钻压传递效率可提高60％以上。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轴向振动工具，其特征在于，包括：

振动体，具有主中心管及套设在所述主中心管上的外壳体，所述主中心管上还套接有花键筒，所述花键筒的下端连接在所述外壳体上，所述花键筒的上端连接有密封环，所述密封环密封套设在所述主中心管上；

至少一级活塞体，连接在所述振动体的下端，所述主中心管通过所述至少一级活塞体能轴向移动地设置在所述外壳体内。

2.如权利要求1所述的轴向振动工具，其特征在于，所述主中心管从上至下依次设有第一缩颈部、第二缩颈部和第三缩颈部，所述第一缩颈部的外径大于所述第二缩颈部的外径，所述第二缩颈部的外径大于所述第三缩颈部的外径；所述密封环套设在所述第一缩颈部上，所述花键筒套接在所述第二缩颈部上。

3.如权利要求2所述的轴向振动工具，其特征在于，所述第三缩颈部上套设有多个碟簧，所述第三缩颈部与所述第二缩颈部之间形成有台阶面，所述外壳体的中部径向向内设有环凸棱，所述多个碟簧夹设在所述台阶面与所述环凸棱之间。

4.如权利要求3所述的轴向振动工具，其特征在于，所述主中心管的第二缩颈部上套设有刚度调节筒，所述刚度调节筒夹设在所述花键筒与所述多个碟簧之间。

5.如权利要求3所述的轴向振动工具，其特征在于，所述环凸棱上沿其圆周方向间隔设有多个注油孔，各所述注油孔的内侧与所述外壳体相连通，各所述注油孔的外侧均封堵有注油孔盖。

6.如权利要求1所述的轴向振动工具，其特征在于，所述至少一级活塞体包括一级活塞体，所述一级活塞体具有一级中心管及套接在所述一级中心管上的一级活塞，所述一级中心管连接在所述主中心管的下端，所述一级活塞能密封移动地设置在所述外壳体内。

7.如权利要求6所述的轴向振动工具，其特征在于，所述一级中心管上沿其圆周方向间隔设有多个传压孔，所述多个传压孔与所述外壳体相连通并位于所述一级活塞的下方。

8.如权利要求6所述的轴向振动工具，其特征在于，所述至少一级活塞体还包括二级活塞体，所述二级活塞体具有下外壳、二级中心管及套接在所述二级中心管上的二级活塞；所述下外壳连接在所述外壳体的下端，所述二级中心管连接在所述一级中心管的下端，所述二级活塞能密封移动地设置在所述下外壳内。

9.如权利要求8所述的轴向振动工具，其特征在于，所述下外壳具有径向向内凸设的下环凸棱，所述下环凸棱能密封移动地贴设在所述二级中心管的外壁上，所述下环凸棱上沿其圆周方向间隔设有多个下注油孔，各所述下注油孔的外侧均封堵有下注油孔盖。

10.如权利要求9所述的轴向振动工具，其特征在于，所述下外壳上沿其圆周方向开设有多个通孔，所述多个通孔位于所述下环凸棱与所述二级活塞之间。