[發明專利]斜面式葉輪水力振蕩器

有效

• 申請號: 201910015309.0
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109538124B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 田家林;魏來;范昌玥;王彥之;胡學華;胡志超;葛桐旭;楊應林
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24;E21B4/16;E21B12/00
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄

本發明公開了一種用于石油鉆井等領域中的具有減阻提高機械轉速的振蕩器。其技術方案是：上接頭、殼體和下接頭依次通過螺紋絲扣連接；節流閥板與上接頭通過螺紋絲扣連接；節流閥板與圓柱銷通過鎖緊螺釘連接；圓柱銷位于葉輪與節流閥板之間；葉輪軸、葉輪與葉輪外殼焊接為一體，葉輪外殼與外殼體之間安裝有串軸承，串軸承上下兩端通過內、外套筒定位，葉輪外殼下端與球軸承上端相接觸，球軸承安裝在短軸上，短軸與外殼體通過螺紋連接固定在外殼體上。本發明的斜面式葉輪水力振蕩器內部無橡膠結構設計，結構簡單，并且可有效減小水平井、大位移井下部鉆具與井壁的摩阻力，增強鉆壓傳遞能力，在提高鉆井效率的同時，可避免粘卡等井下事故。

技術領域

本發明屬于石油天然氣鉆探工程領域一種新型井下工具，特別是具有減阻提速功能的新型水力振蕩器。

背景技術

近年來，隨著我國工業的不斷發展，石油、天然氣的需求和開采量也日益增多。然而，為了緩解我國石油資源的短缺問題，人們開始向深井、超深井等環境條件嚴峻的領域進行石油開采。新型油氣井開采使鉆井工程面臨更復雜的情況，為滿足新鉆井條件或新型油氣資源(如煤層氣、頁巖氣、海洋油氣等)的需要，對應的新鉆井方法與工具也不斷發展。在水平井和大位移井中，隨著入井深度增加，鉆柱與井壁之間的摩擦力逐漸增大導致鉆壓損失，也不利于機械鉆速的提高，同時還會嚴重影響鉆井的靶徑及井眼質量，這也是制約水平井、大位移井技術發展的一個重要因素。在解決這些問題的方法中，通過機械方式工作的井下工具利用鉆井液實現能量轉換，以此產生一定的預期振動，在近幾年發展迅速。在井下鉆柱引入水力振蕩器，可以使鉆柱產生一定頻率和振幅的周期性的振動，使送進過程中的靜摩阻變成動摩阻，在減小送進過程中的摩擦阻力、提高機械鉆速、增加水平進尺和縮短鉆進周期方面具有明顯優勢。鉆井工程面臨的地層工作環境復雜，鉆井深度不斷增加，導致鉆頭破巖效率不高鉆頭在鉆進深井地層時，普遍存在鉆進速度很慢、鉆井花費的成本高，而鉆井速度的提高關鍵在于如何提高鉆頭的破巖效率。同時，現場的泵壓過高限制了鉆井的排量，影響機械鉆速和井眼清潔；并且可能發生多次的MWD故障、PDC鉆頭過早鈍化和在油基泥漿和高溫中不穩定表現和高故障率的現象。

為了解決現有問題發明設計出一種斜面式葉輪的新型水力振蕩器，利用鉆井液實現能量轉換，產生軸向振動，通過機身結構作用于鉆頭，實現鉆進過程減摩降阻、增大鉆頭有效鉆壓、提高機械鉆速、降低MWD故障以及延伸鉆柱如井位移等目的。

發明內容

本發明的目的在于：為克服現有水平井、大位移井鉆進摩阻大，井口鉆壓無法有效傳遞給鉆頭的不足，鉆井液的攜巖能力不高以及現有軸向振動工具使用效果不理想的問題，設計一種新型脈沖振蕩器。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：基于斜面式葉輪水力振蕩器，由上接頭、節流閥板、圓柱銷、鎖緊螺釘A、葉輪、葉輪軸、葉輪外殼、串軸承、內套筒、外套筒、外殼體、球軸承、短軸、鎖緊螺釘B、軸承端蓋、下接頭組成，其特征在于上接頭、外殼體、下接頭依次通過螺紋絲扣連接；節流閥板中間設有通孔，與上接頭之間通過鎖緊螺釘A連接；圓柱銷與節流閥板、上接頭之間通過鎖緊螺釘A連接，圓柱銷對葉輪進行限位；葉輪軸和葉輪通過焊接與葉輪外殼連接；葉輪軸為階梯軸狀，前端焊接有圓錐頭，下端通過焊接與葉輪外殼相連，通過軸向移動，實現鉆井液過流面積的變化，產生軸向振動；葉輪外殼的上下端截面均為斜面，葉輪外殼與外殼體之間安裝有串軸承，可以減小葉輪外殼運動時的摩擦力；串軸承通過內套筒、外套筒實現固定，內套筒、外套筒卡在串軸承與外殼體之間，實現定位；葉輪外殼在旋轉的同時沿球軸承轉動，實現軸向移動，同時球軸承沿著短軸轉動；球軸承安裝在短軸上，短軸通過鎖緊螺釘B與外殼體、軸承端蓋連接，軸承端蓋可以防止泥漿進入球軸承。本發明的斜面式葉輪的新型水力振蕩器內部無橡膠結構設計，結構簡單，并且可有效減小水平井、大位移井下部鉆具與井壁的摩阻力，增強鉆壓傳遞能力，在提高鉆井效率的同時，可避免粘卡等井下事故。