[發明專利]矩形波水力脈沖工作管柱下入工具

有效

• 申請號: 201710994982.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107762401B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張策;代瓊曦;胡瓊
• 申請（專利權）人: 中石化石油機械股份有限公司研究院;中石化石油機械股份有限公司
• 主分類號: E21B4/14
• 分類號: E21B4/14;E21B28/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 胡茵夢

本發明提供一種矩形波水力脈沖工作管柱下入工具，包括：外殼體，其為內中空的管狀結構；活塞殼體，其套設在所述外殼體內；所述外殼體與所述活塞殼體之間形成環形的第一空腔；往復活塞，套設所述活塞殼體內，在活塞殼體內做往復運動；所述往復活塞下端與活塞殼體的內壁之間彼此相距一定距離，形成環形的第二空腔；活閥，其固定于所述往復活塞的底部；定閥，其為固定于活塞殼體頂部的環狀結構，位于所述活閥下方；本發明通過采用以上的結構，具有以下的有益效果：工具產生的水力脈沖幅值更大，水錘沖擊力更大，水錘作業時間更長，更有利于工作管柱的下入，且工具壓耗更低，同時工具產生的水力脈沖增強巖屑移運。

技術領域

本發明涉及工作管柱下入工具領域，尤其涉及一種矩形波水力脈沖工作管柱下入工具。

背景技術

近年來，隨著水平井的日漸增多，建井的裝備和方法不斷地改進，井的水平段長度也隨之越來越長。由于水平井位移長度的增加，導致工作管柱在到達目標井深之前就出現了機械自鎖而無法到達目標井深，或由于鉆壓不足導致可鉆橋塞磨銑緩慢，或因下入過程中受到摩擦阻力而影響其下入速度。

隨著水平井位移長度與垂深的比值不斷增大，作用在工作管柱上的有效重力隨之減少，而相反地，與井筒接觸產生摩擦的工作管柱長度會增加。除此以外，由于沉積在井眼底部的碎屑物，水平井段于工作管柱摩擦也會增高，僅僅用力推動工作管柱頂部仍然不能解決該問題，因為在負載相對較小或不足時工作管柱會發生屈曲現象。一旦工作管柱發生屈曲，接觸點數量和接觸點之間的作用力都會迅速增加，最終造成摩擦阻力大于作用在工作管柱上的向下推力。從而導致了工作管柱出現提前自鎖、鉆壓不足、下入緩慢等系列問題。

目前工作管柱下入工具主要通過工具振動原理，將振動工具連接在工作管柱底部鉆具組合上，通過振動工具幫助工作管柱下入更深的位移段。其中兩種基本的方法是：1)機械慣性方法，2)中斷流量方法。

機械慣性工具。通過流量使工具內部的質量部件產生直線或旋轉運動，從而傳遞慣性振動到工作管柱上來。通常有兩種方法可以實現：一種方法是使用偏心質量塊驅動泥漿馬達產生橫向振動。另一種是使用線彈簧/質量裝置伴隨工具內部的流體流量產生振動。但這類系統在將液體能量能轉換成機械振動能量方面的效果并不理想。

流量中斷工具。采用一種閥的功能，對流經工具的流量進行限制。限制流量產生周期性變化，在流體泵入工具時引起振蕩性回壓。當振動工具中斷流量時，工具上部的壓力在水錘作用下增加，液柱減速流入工作管柱。增加的壓力作用在工作管柱的液流區域，引起工作管柱延長，導致工作管柱向下的延伸運動。之后減小流量限制，工具上方的流體壓力消除，工作管柱又收縮到它原來的長度。反復這一過程產生周期振動。

目前市場上，真正唯一有效的工作管柱下入工具就是利用流體中斷技術的振動工具，這類工具在典型作業過程中能經受住數百萬次循環作業。國外利用流體中斷振動原理的下入工具中，應用較為成熟的共有三種類型，分別是射流流量調節工具、旋轉閥工具、提升閥/彈簧-質量工具；這三類是工具的典型代表產品分別有TTS公司的XRV工具、NOV公司的Agitator工具、Tempress公司的Hydropull工具。

其中TTS公司的XRV工具結構簡單，無任何運動部件，成本低，但工具產生水力脈沖頻率較高，為28HZ左右，水力脈沖幅值較小，水錘力較小；NOV公司的Agitator由單頭螺桿驅動動定閥組產生周期性的截流，工作頻率為16HZ，工具產生壓力脈沖為正弦波，工具脈沖幅值有限，且壓耗較高，同時結構復雜、存在橡膠件，可靠性有待提高；Tempress公司的Hydropull產生沖擊脈沖式的壓力波，沖擊波作用時間為1-2ms左右，沖擊作用時間較短，水錘效果不明顯。因此，迫切需要一種工作頻率低、壓耗低、水錘作用時間長、水錘沖擊力大的工作管柱下入工具。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種矩形波水力脈沖工作管柱下入工具，包括：