[發明專利]利用渦激振動實現軸向沖擊的鉆井工具

有效

• 申請號: 201610848043.4
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN106320984B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 田家林;楊應林;楊琳;胡書輝;蔡旭東;杜凡;周韜
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種利用渦激振動實現軸向沖擊的鉆井工具，包括減震器、渦激振蕩器、沖擊接頭。所述的渦激振蕩器前端連接沖擊接頭，后端連接減震器，通過前端安裝的沖擊接頭緩和鉆頭與工具之間的沖擊作用，提高工具使用壽命，利用減震器吸收工具工作時產生的振動，避免振動向上傳遞，影響上部鉆具的正常工作，泥漿流過變阻短節時，將產生渦激振動，從而使渦激振蕩器產生軸向沖擊，從而加速鉆頭破巖。本發明的利用渦激振動實現軸向沖擊的鉆井工具利用泥漿壓力變化，產生一定頻率的軸向力，無其他驅動裝置，能夠有效節約鉆井能量，實現高效破巖。

技術領域

本發明涉及一種用于鉆探工程領域利用渦激振動實現軸向沖擊的鉆井工具，其主要應用于石油天然氣鉆井工程。

背景技術

隨著傳統油氣資源日趨枯竭，新型油氣資源如頁巖氣、煤層氣等的已經進入勘探開采階段，使鉆井工程面臨更為復雜的地層工作環境，鉆井深度不斷增加，硬地層、研磨性高的地層也普遍存在。在現有鉆井技術基礎上，大位移定向井、水平井、分支井技術也得以迅速發展與應用，因此，開發配套的鉆井提速工具具有必然性。

當鉆進地層巖石堅硬、研磨極值高時，容易導致單只鉆頭進尺較少、鉆頭壽命降低、機械鉆速較低的情況。研制軸向沖擊工具，能夠為鉆頭提供額外的軸向沖擊，加速鉆頭破巖，大幅度提高鉆井機械鉆速，縮短鉆井周期，降低鉆井成本。但是傳統的沖擊工具，正常工作時，壓耗較高，使用壽命也收到限制，所以降低工具壓耗，提高鉆具使用壽命是研制新型沖擊鉆井工具的關鍵技術。當鉆具受到軸向振動沖擊力的作用時，鉆具與井壁之間的靜摩擦將為動摩擦，并且所產生的動摩擦力小于靜摩擦力，從而降低鉆具與井壁之間的摩擦，提高鉆井效率。所以在井底鉆具組合中軸向沖擊工具，可以延長鉆頭的使用壽命，增加單只鉆頭進尺，提高機械鉆速，還可以增加分支井、水平井等結構井的井深，為深井油氣的勘探開發提供方便。

發明內容

為了探索解決背景技術中所述的沖擊工具壓耗較高，使用壽命較低，將井底鉆具所受的靜摩阻轉變為動摩阻，本發明提供了一種利用渦激振動實現軸向沖擊的鉆井工具。本發明的軸向沖擊器通過前端安裝的沖擊接頭緩和鉆頭與工具之間的沖擊作用，提高工具使用壽命，利用減震器吸收工具工作時產生的振動，避免振動向上傳遞，影響上部鉆具的正常工作，當泥漿流過變阻短節時，驅動變阻短節產生渦激振動，從而使渦激振蕩器產生軸向沖擊，從而加速鉆頭破巖。

本發明的技術方案是：利用渦激振動實現軸向沖擊的鉆井工具通過螺紋連接固定安裝在鉆頭上部，其包括減震器、渦激振蕩器、沖擊接頭總成，在渦激振蕩器前端連接沖擊接頭總成，后端連接減震器；所述減震器包括花鍵軸、密封圈a、耐磨環、花鍵外殼、上外殼、碟簧、防掉短節、油塞、矩形密封圈a、擋環、密封圈b、密封圈c、防掉帽，依次將密封圈a和耐磨環裝入花鍵外殼后端內圓周上,再將花鍵外殼安裝到花鍵軸上，將碟簧安裝到花鍵軸前端后，再安裝上外殼，在花鍵軸前端安裝矩形密封圈a，然后安裝防掉短節，將密封圈b和密封圈c與擋環組合為一個整體后，將擋環安裝到防掉短節上，再安裝防掉帽，最后從注油孔注入潤滑油后旋緊油塞，通過花鍵軸和碟簧將上部鉆壓和轉矩向下傳遞，利用擋環與密封圈b和密封圈c的組合結構密封潤滑油，并利用防掉帽防止組合結構掉落；所述渦激振蕩器包括雙公短節、變阻短節、下外殼，將雙公短節安裝到上外殼前端，將變阻短節安裝到下外殼內部后，將下外殼安裝到雙公短節前端，當泥漿流過變阻短節時，將產生渦激振動，從而使渦激振蕩器產生軸向沖擊并向下傳遞，從而加速鉆頭破巖。所述的變阻短節數量為件，并且結構相同，兩件一起組合后構成我急振蕩短節，在泥漿作用下，產生軸向沖擊作用；所述沖擊接頭總成包括沖擊接頭、定位塊、矩形密封圈b、矩形密封圈c、密封環、墊片、鎖緊環、砧子，將沖擊接頭安裝到下外殼前端，將矩形密封圈b和矩形密封圈c安裝到密封環上，再依次將鎖緊環、墊片、密封環安裝到砧子上，再放入定位塊，最后旋緊鎖緊環，利用砧子緩和渦激振蕩器工作時產生的沖擊，可以提高鉆頭使用壽命。