[發(fā)明專(zhuān)利]一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210256211.2
• 申請(qǐng)日: 2012-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102747958A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑞和;王鵬;倪紅堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類(lèi)號(hào): E21B7/24
• 分類(lèi)號(hào): E21B7/24
• 代理公司: 濰坊正信專(zhuān)利事務(wù)所 37216
• 代理人: 王秀芝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具。

背景技術(shù)

使用PDC鉆頭（即Polycrystalline?Diamond?Compact的英文縮寫(xiě)，聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭）鉆大斜度井（即鉆井斜長(zhǎng)與垂深之比大于2,井斜角在60°～86°的定向井）時(shí)，由于部分鉆柱靠在井眼的低邊，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆柱與井眼之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩阻和扭矩，導(dǎo)致鉆壓和扭矩?zé)o法順利地施加到鉆頭上。這種工況下通常會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)后果：一是由于鉆壓無(wú)法有效地施加到鉆頭上，產(chǎn)生“拖壓”現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械鉆速極低；二是鉆柱與井壁之間巨大的摩扭使鉆柱產(chǎn)生“粘滑”現(xiàn)象，加速了鉆頭PDC切削齒的破碎。因此，在大斜度井PDC鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中，高摩阻導(dǎo)致的“拖壓”及高扭矩導(dǎo)致的“粘滑”成為影響鉆進(jìn)效率的重要因素。

針對(duì)大斜度井鉆進(jìn)過(guò)程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象導(dǎo)致鉆進(jìn)效率低下的問(wèn)題，研究表明：鉆進(jìn)過(guò)程中如果鉆柱振動(dòng)將能有效減小鉆柱摩阻及扭矩。以此理論為指導(dǎo)，很有必要研制一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，通過(guò)該工具產(chǎn)生的軸向和周向的高頻復(fù)合振動(dòng)使鉆柱振動(dòng)，消除大斜度井鉆井過(guò)程中的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，大幅提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭壽命，降低鉆井成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，以便消除大斜度井鉆進(jìn)過(guò)程中鉆柱產(chǎn)生的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種復(fù)合振動(dòng)鉆井工具，包括一個(gè)套筒；

所述套筒內(nèi)的上部安裝有振動(dòng)短節(jié)，所述振動(dòng)短節(jié)的底部安裝有振動(dòng)短節(jié)卡盤(pán)，所述振動(dòng)短節(jié)卡盤(pán)的盤(pán)底設(shè)置有通孔；

所述套筒內(nèi)的中部安裝有螺桿馬達(dá)，所述螺桿馬達(dá)包括與所述套筒的內(nèi)壁固定的螺桿馬達(dá)定子，以及設(shè)置在所述螺桿馬達(dá)定子內(nèi)腔中的螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子；所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子為沿其軸向設(shè)有中空通道的螺桿，所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子與所述螺桿馬達(dá)定子之間形成螺旋形容腔；

所述套筒內(nèi)的下部安裝有轉(zhuǎn)換短節(jié)，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端與所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端連接，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)沿其軸向設(shè)有中空的引流通道，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)上端的側(cè)壁上設(shè)置有至少一個(gè)與所述引流通道連通的轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔；所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端還套裝有一個(gè)與所述套筒的筒壁固定的環(huán)形盤(pán)，所述環(huán)形盤(pán)上開(kāi)設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形盤(pán)導(dǎo)流孔，所述環(huán)形盤(pán)導(dǎo)流孔與所述轉(zhuǎn)換短節(jié)導(dǎo)流孔周期性連通或斷開(kāi)；

所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的下端安裝有液壓缸，所述液壓缸內(nèi)腔中設(shè)置有沖擊短節(jié)，所述沖擊短節(jié)的外側(cè)壁上設(shè)置有葉片，所述液壓缸的內(nèi)壁、所述沖擊短節(jié)的外側(cè)壁和所述葉片之間周期性形成多個(gè)密閉空間；所述沖擊短節(jié)的底端連接有扭矩傳遞短節(jié)。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換短節(jié)的上端與所述螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端通過(guò)萬(wàn)向軸連接，所述萬(wàn)向軸沿其軸向設(shè)有中空的通道。

優(yōu)選的，所述振動(dòng)短節(jié)上端的外周面呈外六方輪廓狀，所述套筒該段的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)設(shè)置為與所述振動(dòng)短節(jié)上的外六方輪廓狀相適配的內(nèi)六方輪廓狀；所述振動(dòng)短節(jié)的外六方輪廓狀的下方為階梯軸段，所述階梯軸段上套設(shè)有彈簧。

優(yōu)選的，所述振動(dòng)短節(jié)卡盤(pán)的通孔內(nèi)安裝有噴嘴，所述噴嘴通過(guò)卡簧鎖緊于所述通孔內(nèi)。

優(yōu)選的，所述沖擊短節(jié)的側(cè)壁上設(shè)置有葉片槽，所述葉片的一側(cè)安裝于所述葉片槽內(nèi)，所述葉片與所述葉片槽之間頂靠有葉片彈簧；所述液壓缸的內(nèi)壁上設(shè)置有多個(gè)沿其軸向延伸且向內(nèi)凸出的液壓缸密封條；所述葉片與所述液壓缸密封條周期性密封接觸或斷開(kāi)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述葉片遠(yuǎn)離所述葉片槽的一側(cè)設(shè)置有沿所述葉片的長(zhǎng)度方向延伸的滾柱；所述滾柱與所述液壓缸密封條周期性密封接觸或斷開(kāi)。

優(yōu)選的，所述扭矩傳遞短節(jié)的上端設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽；所述套筒的下端設(shè)置有分別與所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽相適配的套筒花鍵槽和套筒花鍵齒；所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒與所述套筒花鍵槽之間或者所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽與所述套筒花鍵齒之間設(shè)置有配合間隙。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒和所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽分別均布有四個(gè)，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵齒的周向角度為45°，所述扭矩傳遞短節(jié)花鍵槽的周向角度為45°；所述套筒花鍵槽和所述套筒花鍵齒分別均布有四個(gè)，所述套筒花鍵槽的周向角度為50°，所述套筒花鍵齒的周向角度為40°；所述配合間隙為5°。

優(yōu)選的，所述套筒包括上套筒、中套筒和下套筒；所述上套筒與中套筒之間連接有雙公套筒。