[發明專利]石油鉆井用三維渦輪振動器

無效

• 申請號: 201310181145.1
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN104165027A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 易先中;高德利;萬文妮;張軍鋒
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/24
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 熊成香

技術領域：

本發明涉及一種石油鉆井用三維渦輪振動器，屬石油鉆井工具設計技術領域。

背景技術：

在石油鉆井的過程中，特別是在大位移井和水平井的鉆井過程中，管柱的摩擦阻力是需要解決的核心問題，它直接決定和影響大位移井和水平井的最大延伸。

通常情況下，大位移井和水平井的位移與垂深之比大于或者等于2，其井斜角的下限值必超過63°，并且由于一般大位移井都有一個垂直段，則其最大井斜角一般在70°以上；大位移井的斜深多達幾千米，對于水平井，井眼軌跡近似達到水平，井眼通常繼續在油層里延伸油層厚度的六倍。在這樣的情況下，大位移井和水平井鉆柱的自重絕大部分將壓向井壁，鉆柱和井壁之間將產生很大的摩擦力，從而導致鉆柱滑動困難，使鉆柱承受較大扭矩，使鉆進速度緩慢，還有可能發生卡鉆事故。

發明內容：

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種石油鉆井用三維渦輪振動器，能夠有效克服大位移井和水平井鉆柱與井壁之間的摩擦阻力、降低鉆柱與井壁之間的扭矩，避免卡鉆事故的發生，具有大幅度提高鉆井效率，降低鉆井成本的特點。

本發明是通過如下技術方案來實現上述目的的。

在石油鉆井用三維渦輪振動器的結構中，設置有流量控制閥、軸向振動器、渦輪偏心接頭、液力脈沖發生器；所述的流量控制閥由閥體、閥芯、彈簧、旁通閥孔、閥套組成；閥芯、彈簧、閥套從上至下依次安裝在閥體內；閥芯安裝在彈簧的上方，彈簧的下端安裝在閥套上，閥套固定安裝在閥體的內壁上；閥芯能在閥體內軸向移動；閥體的上端與鉆柱通過螺紋相連接；閥體的下端與心軸的上端通過螺紋相連接；在閥體上相對于閥芯與閥套結合處的位置開有旁通閥孔；所述的軸向振動器由心軸、上接頭、蝶形彈簧、中空活塞、下接頭組成；心軸的上端與閥體的下端通過螺紋相連接；上接頭的上端與心軸通過花鍵相連接；上接頭的下端與下接頭的上端通過螺紋相連接；下接頭的下端與渦輪接頭外殼的上端通過螺紋相連接；心軸的下端位于上接頭和下接頭的中空腔內；在下接頭的中空腔內，中空活塞通過螺紋連接安裝在心軸的下端；蝶形彈簧安裝在心軸與下接頭之間的中空腔內，安裝在心軸的凸緣和下接頭的臺肩之間；所述的渦輪偏心接頭由渦輪接頭外殼、偏心塊、扶正軸承、主軸、渦輪節組成；渦輪接頭外殼的上端與下接頭的下端通過螺紋相連接；渦輪接頭外殼的下端與液力脈沖發生器的發生器外殼的上端通過螺紋相連接；主軸安裝在渦輪接頭外殼內，在主軸上從上至下依次安裝有偏心塊、扶正軸承和渦輪節；偏心塊固定在主軸的頂端面；偏心塊位于扶正軸承的上端；扶正軸承固定在渦輪節的上端，用來對渦輪節起支撐作用；所述的液力脈沖發生器由連接器、發生器外殼、PDC軸承動環、PDC軸承靜環、固定接頭組成；發生器外殼的上端與渦輪接頭外殼的下端通過螺紋相連接；連接器、PDC軸承動環、PDC軸承靜環、固定接頭從上至下依次安裝在發生器外殼內；連接器的上端與主軸的下端通過螺紋相連接；連接器的下端與PDC軸承動環通過螺紋相連接；固定接頭的上端與PDC軸承靜環通過螺紋相連接；固定接頭的下端與發生器外殼通過螺紋相連接；在PDC軸承靜環的園周邊開有過流孔。

主軸旋轉和偏心振動時，其運動通過連接器直接傳遞到PDC軸承動環上，從而使流經PDC軸承靜環上的過流孔的泥漿過流面積產生循環的變化，從而產生圓周方向上的振動。

本發明與現有的技術相比，可通過流量控制閥來控制泥漿的速度和總量，控制靈活；通過軸向振動器產生軸向方向上的振動，為鉆頭的沖擊作用產生一個預期的間歇作用的力；通過渦輪偏心接頭上的偏心塊提供給主軸圓周方向偏心的振動；采用渦輪節將泥漿的水力轉化為主軸的旋轉運動，并且將旋轉運動轉化為液力脈沖發生器的偏心運動，使液力脈沖發生器旋轉過程中過流面積的變化來產生鉆柱沿圓周方向上的脈動，從而有效克服大位移井和水平井鉆柱與井壁之間的摩擦阻力、降低鉆柱與井壁之間的扭矩，避免卡鉆事故的發生，具有大幅度提高鉆井效率，降低鉆井成本的特點。

附圖說明:

圖1為本發明的總體結構示意圖。

圖2為本發明的連接器部分開有過流通道的結構示意圖。

在圖中:1.閥體、2.閥芯、3.彈簧、4.旁通閥孔、5.閥套、6.心軸、7.上接頭、8.蝶形彈簧、9.中空活塞、10.下接頭、11.渦輪接頭外殼、12.偏心塊、13.扶正軸承、14.主軸、15.渦輪節、16.連接器、17.發生器外殼、18.PDC軸承動環、19.PDC軸承靜環、20.固定接頭。

具體實施方式：