[發明專利]一種水力振蕩器

有效

• 申請號: 201310304888.3
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103410444A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 祝兆清;常青忠;王端癢
• 申請（專利權）人: 揚州天業石油機械有限公司
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東

技術領域

本發明涉及石油開采技術領域，特別涉及一種在大斜度井、水平井等復雜結構井開采中有效增加鉆頭鉆壓以提高鉆速和開采效率的水力振蕩器。?

背景技術

隨著我國各大油田開發大斜度井、水平井及水平分支井等復雜結構井的數量增加,如何有效地向鉆頭施加鉆壓成為人們普遍關注的問題。目前鉆井主要通過復合鉆進和井下動力工具滑動鉆進兩種鉆進方式。由于這些復雜結構沿程水力損耗增大,井底鉆頭可用水馬力相當低,一般都是靠鉆柱自身重量向鉆頭施加鉆壓破碎巖石。然而在大斜度井、大位移井及水平井的鉆井施工中，這些傳統的加壓方式受到一定的限制，其存在的主要問題是：?

1、由于井斜較大，鉆柱自身重量在井眼方向的分量小或近似為零，很難滿足預先設計的鉆壓；

2、水平井中，由于鉆柱自身重量對井壁的正壓力大，增大了鉆具在井壁上的摩阻，從而制約了向鉆頭上施加有效的鉆壓；

3、對于水平井，由于施工的水平段越來越長，然而在井斜大的井段施工過程中，往往會出現托壓、粘卡等現象；

4、對于復合鉆進、尤其是在井下動力工具滑動鉆進過程中,無法保證給鉆頭施加真實、有效的鉆壓，嚴重影響全井平均機械鉆速及鉆井周期。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述問題，提供一種便于向鉆頭有效施壓、提高鉆井效率，并且有效防止鉆進過程中跳鉆或托壓的水力振蕩器，以便于提高大斜度井和水平井等復雜結構井的鉆井效率。?

本發明的目的是這樣實現的，一種水力振蕩器，包括依次密封連接的上接頭、定子、外殼和下接頭，所述定子內偏心設有轉子，所述轉子下端的外殼內依次連接有萬向軸上接頭、萬向軸和萬向軸傳動桿，所述萬向軸傳動桿下端外周與外殼通過滑動軸承部件滑動密封連接，所述外殼下端內壁與下接頭螺紋密封連接，所述萬向軸傳動桿下端配合套裝有振動閥，所述振動閥相對萬向軸傳動桿可沿配合面往復滑動，所述振動閥下端密封套裝有與振動閥同步動作動閥板，下接頭上端對應設有與動閥板緊貼的定閥板，所述動閥板和定閥板上分別設有大于半圓的扇形通道，所述轉子、萬向軸上接頭和萬向軸與定子及外殼之間設有便于液流通過的環空，所述萬向軸傳動桿設有與環空連通的通道，所述通道與振動閥腔及扇形通道連通。?

本發明的水力振蕩器，使用中，上部通過上接頭與鉆桿連接，下部通過下接頭與鉆柱及鉆頭連接，工作中，鉆桿內的高壓液體驅動轉子自轉，同時繞定子的中心公轉，形成偏心復合轉動將液壓動力依次通過萬向軸上接頭、萬向軸和萬向軸傳動桿傳遞給振動閥，并且，滑動軸承部件將上部的偏心復合轉動轉變為下部的同心轉動，振動閥帶動動閥板緊貼定閥板轉動。在動閥板周期轉動過程中，動閥板與定閥板的扇形通道的重疊面積從大向小，再從小到大周期性變化，使高壓液流的流通面積也周期性變化，從而使振動閥上部的液流壓力周期性的變化。當動閥板與定閥板的扇形通道重疊面積最小時，上部的高壓液流通過振動閥的流通截面積最小，使上部流體壓力增到最大，極大的液流壓力通過振動閥及動閥板給定閥板一個極大的推力，并沿軸向將上部鉆桿向下拉長并產生向下的彈性變形來推動動閥板以下的鉆具及鉆頭；當動閥板與定閥板的扇形通道重疊面積最大時，上部的高壓液流通過振動閥后的流通面積最大，液流壓力降至最低，使定閥板上向下的推力大大縮小，使上部鉆桿的彈性恢復，并沿軸向向上移動同時也拖動定閥板下部的鉆柱上移。這種周期性的、高頻率的往復位移，就會對鉆具產生振蕩，由于是液力作用下產生的周期變化，因此形成水力振蕩作用，對井下鉆具周期加壓，實現井下高效鉆進。?

因此本發明的水力振蕩器結構有如下的有益效果：?

1、通過水力振蕩器可使上部高壓液流對下部的鉆桿及鉆頭周期加壓及振蕩作用，實現真實、有效的施加鉆壓，并且避免水平井及大斜度井的加壓中因重力分力、浮力和摩擦力影響而造成假加壓的問題；

2、由于水力振蕩器使上下鉆桿及鉆柱的連接成揉性連接，可以有效緩解鉆具產生的橫向和縱向振動，減少鉆具的疲勞破壞、延長鉆具和鉆頭的使用壽命，并避免產生跳鉆現象；

3、振動閥的周期性振蕩作用下在鉆井過程中，使其上下鉆具在井眼產生縱向往復運動，使鉆具在井下的靜摩擦變為動摩擦，大大降低了摩擦阻力，可有效減小因井眼軌跡而產生的托壓現象，保證有效的鉆壓；

4、由于水力振蕩器使鉆頭或下部鉆具與鉆柱的連接變為柔性連接，鉆進過程中實現柔性加壓鉆進可以有效防止在礫巖層鉆進時發生跳鉆現象，提高機械鉆速、鉆頭及鉆具壽命和鉆井質量，最大限度地吸收鉆柱振動和鉆頭沖擊力，延長了鉆頭與鉆具的使用壽命。