[發(fā)明專利]一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310014444.6
• 申請(qǐng)日: 2013-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN103075097A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝效華;湯歷平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B4/10
• 分類號(hào): E21B4/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣勘探開發(fā)中的鉆井提速工具，具體地講是一種通過(guò)減緩下部鉆具粘滑振動(dòng)以提高破巖能量利用率并減少鉆具失效從而提高機(jī)械鉆速的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具。

背景技術(shù)

隨著國(guó)家對(duì)油氣需求量的大幅增加，石油天然氣的勘探開發(fā)力度不斷加大。深井超深井的鉆井?dāng)?shù)量日益增多，鉆井難度也在不斷加大。粘滑振動(dòng)是鉆深井超深井過(guò)程中常見的易造成鉆具失效并導(dǎo)致機(jī)械鉆速下降的重要因素，在鉆進(jìn)深部硬地層時(shí)尤為明顯。現(xiàn)有的軸向旋沖鉆井無(wú)法有效緩解下部鉆具的粘滑振動(dòng)（下部鉆具扭矩周期性地積聚與釋放），甚至由于增大鉆頭的吃入量而可能加劇粘滑振動(dòng)。最近的理論和試驗(yàn)研究表明，施加于下部鉆具的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊可用于抑制其粘滑振動(dòng)。

現(xiàn)有專利US6742609B2采用渦輪驅(qū)動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)，形成高頻扭轉(zhuǎn)沖擊直接傳至鉆頭，專利CN101463709B采用螺桿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)，這兩種工具均能達(dá)到形成高頻扭轉(zhuǎn)沖擊的目的，但其缺點(diǎn)是幾何結(jié)構(gòu)為棘輪的沖擊件的磨損較快。

專利201010511421.1采用另一種結(jié)構(gòu)形成高頻扭轉(zhuǎn)沖擊，其不足之處主要包括：（1）鉆井液中含有多種添加劑和重晶石等，該工具未設(shè)置除砂裝置，易導(dǎo)致因砂粒沉積而使沖擊單元無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）單沖擊錘沖擊座體容易加劇下部鉆具的渦動(dòng)行為，進(jìn)而影響井身質(zhì)量；（3）根據(jù)所批露的結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)連接錘座和殼體的球形連接體的安裝與拆卸；鉆井作業(yè)過(guò)程中可能存在鉆頭卡鉆的情況，聯(lián)接體需承受鉆柱數(shù)十噸甚至更大的上提力，其安全性較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，用以產(chǎn)生低幅高頻扭轉(zhuǎn)沖擊。通過(guò)借助砂粒與液體密度不同的特點(diǎn)，設(shè)置除砂套使上返至導(dǎo)流蓋側(cè)向通道的鉆井液為除去砂粒的鉆井液；通過(guò)結(jié)合鉆柱動(dòng)力學(xué)理論，提出設(shè)置對(duì)稱分布的雙沖擊錘的結(jié)構(gòu)，以避免加劇下部鉆具的渦動(dòng)，同時(shí)使得在產(chǎn)生同等沖擊功的條件下降低沖擊元件的磨損；通過(guò)分析防掉單元結(jié)構(gòu)操作可行性并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析，設(shè)置易于裝配且安全性高的防掉單元。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，包括殼體、座體、導(dǎo)流單元、沖擊單元和防掉單元，其特征在于：所述殼體上端設(shè)有連接鉆鋌的公扣，下端設(shè)有與座體花鍵配合的殼體花鍵，殼體內(nèi)部包含導(dǎo)流單元、沖擊單元和防掉單元；所述座體上端設(shè)有用于與沖擊錘配合的內(nèi)腔，下端設(shè)有用于連接鉆頭的母扣和用于與殼體花鍵作用的座體花鍵；所述導(dǎo)流單元包括除砂套、密封蓋和篩管；所述沖擊單元包括定位套、沖擊錘、上滾針軸承、上深溝球軸承、下深溝球軸承和下滾針軸承，沖擊錘設(shè)有啟動(dòng)錘頭和沖擊錘頭，啟動(dòng)錘頭與定位套形成啟動(dòng)腔，啟動(dòng)錘頭作用于啟動(dòng)腔內(nèi)沖擊錘頭作用于座體的沖擊腔內(nèi)，沖擊錘的上下兩端分別通過(guò)上深溝球軸承和下滾針軸承與座體連接，定位套上下兩端分別通過(guò)上滾針軸承和下深溝球軸承與篩管連接；防掉單元包括防掉塊、螺栓、彈簧、殼體防掉槽和座體防掉槽。

所述的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，其特征在于殼體下端周向均布4個(gè)45o的殼體花鍵，座體下端外側(cè)均布4個(gè)50o的花鍵槽，殼體花鍵與座體花鍵槽存在間隙用于將沖擊能量完全傳至鉆頭。

所述的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，其特征在于殼體設(shè)有2個(gè)殼體防掉槽和2個(gè)螺栓孔，螺栓孔作為防掉裝置拆卸的通道，螺栓用于密封螺栓孔；座體設(shè)有2個(gè)座體防掉槽，防掉塊的徑向厚度小于座體防掉槽深度，防掉塊壓縮于座體防掉槽內(nèi)；座體防掉槽移動(dòng)到殼體防掉槽處形成腔體時(shí)，彈簧釋放并將防掉塊推向殼體防掉槽，緊貼殼體防掉槽壁面。

所述的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，其特征在于：所述座體沖擊腔的數(shù)量為2個(gè)，座體泄流槽的數(shù)量為2個(gè)，座體和密封蓋上均設(shè)有4條導(dǎo)流槽；沖擊錘上的啟動(dòng)錘頭、沖擊錘頭、啟動(dòng)腔正擊排液槽、啟動(dòng)腔反擊排液槽、沖擊腔反擊排液槽和沖擊腔正擊排液槽的數(shù)量全部為2個(gè)；定位套上的定位套正擊流道和定位套反擊流道的數(shù)量全部為2個(gè)。

所述的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，其特征在于：所述導(dǎo)流單元的密封蓋用于密封沖擊單元的上端面，密封蓋上端設(shè)有流體上返的側(cè)向通道以及用于放置除砂套的臺(tái)階，篩管固定于座體內(nèi)部。

所述的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具，其特征在于篩管中部設(shè)有沿周向均勻分布的側(cè)流槽，篩管下部設(shè)有排液孔。