[發(fā)明專利]圓周向振動(dòng)工具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710097444.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN106930699B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊明合;何暢;張松峰;左惠明;郭丁菲;李梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)江大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/24
• 分類號(hào): E21B7/24;E21B10/46
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馮超;陳家安

本發(fā)明公開了一種圓周向振動(dòng)工具，所述振動(dòng)工具包括振動(dòng)套筒和設(shè)置在振動(dòng)套筒底部插入有鉆頭接頭，所述振動(dòng)套筒包括套筒嘴和筒身，所述筒身內(nèi)從套筒嘴與鉆頭接頭之間依次設(shè)置有復(fù)位控制模塊、換相控制模塊、周向振動(dòng)模塊三大模塊。本發(fā)明圓周向振動(dòng)工具將高壓鉆井液直接轉(zhuǎn)換成為周向、穩(wěn)定高頻低幅的沖擊振動(dòng)，產(chǎn)生的振動(dòng)直接作用于PDC鉆頭，達(dá)到有效降低或消除粘滑振動(dòng)現(xiàn)象；本發(fā)明圓周向振動(dòng)工具的整體結(jié)構(gòu)采用模塊化思路設(shè)計(jì)，復(fù)位控制、換相控制、周向振動(dòng)三大模塊從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到功能化相對(duì)獨(dú)立并能協(xié)同工作，便于工具加工，可顯著提高工具工作的可靠性。同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)快速裝配要求，有利于后期的維護(hù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油、天然氣勘探開發(fā)過程中提高油氣井PDC鉆頭鉆井速度和井眼質(zhì)量的井下輔助提速工具，具體地指一種圓周向振動(dòng)工具。

背景技術(shù)

近年來，在石油、天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，隨著深井和超深井的比例不斷增加，由于深部地層巖石硬度和塑性增大，導(dǎo)致牙輪鉆頭鉆井速度低、鉆井周期長(zhǎng)。為提高鉆頭行程鉆速，PDC鉆頭得到廣泛使用。但深部地層PDC鉆頭鉆進(jìn)過程中會(huì)出現(xiàn)粘滑振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重制約PDC鉆頭機(jī)械鉆速進(jìn)一步提升，極大影響其使用壽命。理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，如果在PDC鉆頭上額外施加一個(gè)高頻、低幅圓周向(單向或雙向)振動(dòng)，可以顯著降低或消除PDC鉆頭的這種粘滑振動(dòng)現(xiàn)象，大幅提高鉆井速度和鉆頭壽命。

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展多種能夠產(chǎn)生高頻、低幅圓周向振動(dòng)工具。這些振動(dòng)工具從動(dòng)力端結(jié)構(gòu)上，可以分為渦輪或螺桿驅(qū)動(dòng)和高壓鉆井液直接驅(qū)動(dòng)兩大類型。

專利US6742609B2給出的渦輪驅(qū)動(dòng)型工具和CN101463709A給出的螺桿驅(qū)動(dòng)型工具等由于渦輪或螺桿的存在導(dǎo)致其整體長(zhǎng)度尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多，可靠性低；專利CN102454364A、CN203430420U、CN103628819A和CN104963624A等給出的高壓鉆井液直接驅(qū)動(dòng)型工具，其結(jié)構(gòu)中涉及到同軸多個(gè)金屬密封面的同時(shí)配合問題，存在工作元件磨損較快、部分密封面易失效等問題。

上述專利文件給出的工具均缺失PDC鉆頭提鉆制動(dòng)功能。即在PDC鉆頭提離井底后，處于非工作狀態(tài)時(shí)，若保持鉆井液循環(huán)時(shí)，工具仍持續(xù)振動(dòng)，這樣會(huì)大大增加工具由于振動(dòng)導(dǎo)致松扣甚至掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種圓周向振動(dòng)工具，其用于PDC鉆頭輔助提速，它解決現(xiàn)有技術(shù)缺少提鉆制動(dòng)、存在元件磨損及部分密封面易失效等影響工具使用壽命和提速效果的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種圓周向振動(dòng)工具，所述振動(dòng)工具包括振動(dòng)套筒和設(shè)置在振動(dòng)套筒底部插入有鉆頭接頭，所述振動(dòng)套筒包括套筒嘴和筒身，所述筒身內(nèi)從套筒嘴與鉆頭接頭之間依次設(shè)置有復(fù)位控制模塊、換相控制模塊、周向振動(dòng)模塊三大模塊，

所述復(fù)位控制模塊包括上扶正器和設(shè)置在上扶正器頂端的導(dǎo)流環(huán)，所述導(dǎo)流環(huán)上部插入在套筒嘴內(nèi)，所述上扶正器內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)由半徑大小不同的圓筒組成，分別為小圓筒和大圓筒，所述小圓筒伸入導(dǎo)流環(huán)內(nèi)，所述小圓筒的下部外依次套有蝶形彈簧和圓形的推力軸承，蝶形彈簧頂著上扶正器，推力軸承安裝在換相上密封蓋上，所述大圓筒中部的筒壁上以中軸線為對(duì)稱軸對(duì)稱設(shè)置有個(gè)豎直槽，所述豎直槽之間的筒壁上水平開設(shè)有弧形槽，所述豎直槽和弧形槽筒壁上設(shè)置有圓形凹槽，

所述大圓筒筒壁的底面對(duì)稱開設(shè)有個(gè)弧形凹槽，且弧形凹槽在弧形槽的正下方，

所述換相控制模塊由內(nèi)至外包括最內(nèi)層的換相閥芯、換相上密封蓋和換相底座上下組成的次內(nèi)層、次外層的換相密封筒、最外層的換相砧座；所述換相閥芯的扇形柱、換相底座固定在換相下密封蓋上表面、換相密封筒和換相砧座的下端固定在換相下密封蓋的側(cè)面；

所述換相閥芯包括閥芯筒，所述閥芯筒中部的筒壁上以中軸線為對(duì)稱軸對(duì)稱設(shè)置有3個(gè)豎直的扇形柱，所述閥芯筒底面對(duì)稱且間隔設(shè)置有3個(gè)弧形卡片，所述弧形卡片間為間隔槽；