[發明專利]鉆井振動發生工具

有效

• 申請號: 201410253798.0
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN105134081B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 王甲昌;牛新明;陶興華;張仁龍;臧艷彬;張金成;白彬珍;孫連環;張海平;胡彥峰;馬東軍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明涉及一種振動發生工具，特別是一種鉆井振動發生工具。

背景技術

在大位移井、水平井鉆井中，由于井斜角大，大井斜井段鉆柱自重的絕大部分壓向井壁，所以管柱和井眼之間會管柱所遇摩阻較大。導致拖壓，扭矩增大，并且傳遞到鉆頭的鉆壓不連續或有限，使得僅依靠直井段鉆具重量難以送進，工具面難以控制，所鉆達水平段長度有限且機械鉆速較低。近些年國內外在大位移井、水平井鉆井的研究中對相關減摩工具的研究與開發較多，主要方向是在井下管柱中引入振動來減小管柱與井壁之間的摩阻，并在現場取得了良好的使用效果。井下振動減摩工具利用流體通過一定的方式產生振動，將振動引入管柱中，利用振動可以使滑動鉆進時的管柱與井壁的靜摩擦因數減小到動摩擦因數大小。這樣，可以大大減小管柱的摩擦阻力，達到增加傳遞到鉆頭上的有效鉆壓、提高機械鉆速以及延伸管柱入井位移等目的。

例如，文獻長慶氣區儲氣庫Y37-2H井長水平段鉆井技術[J].天然氣工業.2012(06)公開了美國NOV(National Oilwell Varco)公司研發的水力振蕩器(Agitator)，并且專利文獻CN202689935U中也公開了一種鉆井水力振蕩器。它們的工作原理基本相同，且均包含有利用液壓脈沖產生鉆柱振動的振動發生機構。另外，專利文獻CN201031620中公開的一種脈沖位移震動發生器也是與前述振動發生機構類似的一種振動發生機構。然而，上述所涉及的鉆柱振動發生機構均需要彈簧空間與鉆井環空相通，亦即使用過程中彈簧空間須充滿鉆井液，這會降低彈簧及活動件之間密封的壽命，影響工具的整體使用壽命。另外，該振動發生機構也未見有設計專門的防掉機構，亦有相互運動件之間一旦脫開既有鉆具落井的風險。

發明內容

本發明旨在提供一種鉆井振動發生工具，其能夠有效地控制振動心軸的振動行程，并防止相互運動件之間的脫離，保證鉆具安全。此外，通過本發明還可延長工具整體工作的壽命，保證其安全可靠。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鉆井振動發生工具，包括依次相連且各自具有中空內腔的外筒、呼吸外筒和碟簧外筒，在碟簧外筒內設有碟簧組件，貫穿過所述外筒和呼吸外筒并延伸到所述碟簧外筒的中空內腔中的振動心軸，在所述振動心軸的處于碟簧外筒內的自由端處連接有驅動活塞，其中，在所述振動心軸和所述呼吸外筒的內壁之間設置阻擋件。

通過設置阻擋件在振動心軸上的位置，可以限定振動心軸的往復運動行程。同時，阻擋件還可以防止振動心軸在往復運動的過程中與工具其它部分脫開，有效地避免了工具落井事故。

在一些實施方案中，所述阻擋件與外筒的連接端之間的距離設置為等于振動心軸的振動行程。通過調整阻擋件在振動心軸上的相對位置來設定振動心軸的振動行程，這樣可以使該種鉆井振動工具應用到不同井的鉆井需求中。

在一些實施方案中，所述阻擋件包括兩個周向相對地箍在所述振動心軸上的半瓦。這樣，可以防止振動心軸在往復運動的過程中與鉆井振動工具其它部分脫開，有效地避免了工具落井事故。

在一些實施方案中，在所述振動心軸和所述呼吸外筒的內壁之間還設有浮動活塞，并且所述呼吸外筒上設有與形成在所述阻擋件和所述浮動活塞之間的腔室連通的呼吸孔。在呼吸孔、浮動活塞和第二腔室的共同作用下，可以將鉆井振動發生工具外部的流體壓力傳導到驅動活塞的上端面，使驅動活塞上下兩端面產生壓力差，從而為該鉆井振動發生工具下部連接的鉆具組合提供動力。

在一些實施方案中，所述振動心軸和外筒通過花鍵連接，并且在花鍵連接區域中還形成有第一腔室。由于花鍵連接中連接的接觸面積較大，因而可傳遞較大的轉矩，同時花鍵連接的定心精度較高，可以使振動心軸與外筒之間的往復相對運動更加靈活可靠。

在一些實施方案中，所述振動心軸、呼吸外筒、碟簧外筒和驅動活塞共同限定了密閉的第二腔室，在所述第二腔室內充有液壓油。這樣可以為碟簧組件及密封件提供一個良好的密封環境，從而延長碟簧組件及密封件的壽命，進而提高工具整體工作的壽命及安全可靠性。

在一些實施方案中，所述第一腔室的容積變化量與所述第二腔室的容積變化量相等。由于第一腔室的容積變化量與第二腔室的容積變化量相等，而腔室的容積變化與第二腔室的容積變化方向相反，這樣可以使彼此吸入和呼出的液體相互補償，從而實現鉆井過程中呼吸外筒內外部鉆井液通過呼吸孔的微流量或零流量交換，避免了對呼吸孔的沖蝕，提高了工具的使用安全和壽命。