[發明專利]雙向諧振鉆井提速工具

有效

• 申請號: 201910043369.3
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109469445B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 查春青;柳貢慧;李軍;汪偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王春光

本發明為一種雙向諧振鉆井提速工具，包括工具殼體，工具殼體內設置軸向固定且能周向旋轉的驅動軸，驅動軸的下方設置能周向擺動且能軸向滑動的鉆頭座，驅動軸的側壁下部設置第一外扇形凸，各第一外扇形凸上設置徑向貫通的第一側通透槽；鉆頭座的內壁上設置第一內扇形凸，第一內扇形凸上設置徑向貫通的第二側通透槽，鉆頭座的外壁上設置第二外扇形凸，相鄰兩個第一內扇形凸之間構成能允許鉆井液間歇性驅動鉆頭座軸向滑動的軸向腔體，相鄰兩個第二外扇形凸之間構成能允許鉆井液間歇性驅動鉆頭座周向擺動的扭轉腔體。該工具通過給PDC鉆頭施加雙向的諧振載荷，增加PDC鉆頭的切入深度，提高了軟硬交錯地層的機械鉆速，具有使用壽命長、可靠性高的特點。

技術領域

本發明涉及石油開發技術領域，尤其涉及一種雙向諧振鉆井提速工具。

背景技術

隨著現有鉆井技術的發展，鉆遇軟硬交錯地層的情況越來越多，在該種地層中一般采用PDC鉆頭進行鉆進，但是在該地層中，PDC鉆頭容易出現崩齒，從而縮短使用壽命，降低機械鉆速。

為了解決以上問題，國內外一些學者研制了相關的沖擊鉆井工具，如扭力沖擊器、旋沖鉆具等，采用給PDC鉆頭提供沖擊載荷的方式來實現快速破巖。從該類工具在現場的使用情況來看，其對硬質地層的使用效果較好，但是在軟硬交錯地層中的使用效果不明顯。分析原因，主要是在軟硬交錯地層中，沖擊載荷會被軟地層吸收，產生巖石的彈性變形，不足以對巖石產生破裂。對于軟硬交錯地層來說，諧振載荷更容易增加PDC鉆頭切削齒切入巖石的深度，從而增加機械鉆速。

而在軟硬交錯地層的水平井鉆進過程中，在近鉆頭處容易出現較大的鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，使得施加到鉆頭處的鉆壓較小。為了減小鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，國內外一些學者研制了水力振蕩器，通過給鉆柱施加軸向往復的振動載荷，減小井壁與鉆柱之間的摩擦力。目前，水力振蕩器已經在現場得到了大規模的使用，但是該類工具一般不安裝在近鉆頭處，不能直接作用在PDC鉆頭處，不能減小近鉆頭處的大摩阻的問題。

由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種雙向諧振鉆井提速工具，以克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙向諧振鉆井提速工具，克服現有技術中存在的近鉆頭處摩阻大、機械鉆速低等問題，該工具通過給PDC鉆頭施加雙向的諧振載荷，增加PDC鉆頭的切入深度，減小了近鉆頭處鉆柱和井壁之間的摩擦阻力，提高了軟硬交錯地層的機械鉆速，具有使用壽命長、可靠性高的特點。

本發明的目的是這樣實現的，一種雙向諧振鉆井提速工具，包括內部中空的工具殼體，所述工具殼體內設置軸向固定且能周向旋轉的中空的驅動軸，所述驅動軸的下方設置能周向擺動且能軸向滑動的中空的鉆頭座，所述驅動軸的側壁下部沿周向間隔且徑向對稱設置第一外扇形凸，各所述第一外扇形凸的外壁能與所述鉆頭座的內壁抵靠接觸，各所述第一外扇形凸上設置徑向貫通的第一側通透槽；所述鉆頭座的內壁上部設置第一鉆頭座臺階部，所述鉆頭座的外壁上部設置第二鉆頭座臺階部，自所述第一鉆頭座臺階部向上沿周向間隔且徑向對稱設置第一內扇形凸，各所述第一內扇形凸上設置徑向貫通的第二側通透槽，自所述第二鉆頭座臺階部向上且與所述第一內扇形凸周向交錯的設置第二外扇形凸，各所述第二外扇形凸的外壁能與所述工具殼體的內壁抵靠，相鄰兩個所述第一內扇形凸之間構成能允許鉆井液間歇性驅動所述鉆頭座軸向滑動的軸向腔體，相鄰兩個所述第二外扇形凸之間構成能允許鉆井液間歇性驅動所述鉆頭座周向擺動的扭轉腔體。

在本發明的一較佳實施方式中，所述鉆頭座的內壁位于所述第一鉆頭座臺階部的下方設置直徑呈減小設置的第三鉆頭座臺階部，所述鉆頭座的內壁上部套設換向套筒，所述換向套筒的外壁上部與所述工具殼體的內壁抵靠，所述換向套筒的底端抵靠于所述第三鉆頭座臺階部上，所述第一外扇形凸的外壁與所述換向套筒的內壁轉動抵靠，所述換向套筒的側壁上設置能連通所述第一側通透槽和所述軸向腔體的第三側通透槽，所述換向套筒的側壁上與所述第三側通透槽交錯地設置第四側通透槽，所述第四側通透槽能通過所述第二側通透槽與所述扭轉腔體連通。