[發明專利]扭擺式低壓耗減托壓隨鉆工具及其工作方法

有效

• 申請號: 202010157279.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111270995B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 鄭松鶴;王宇飛;邵輝;白爽;李云虎;宋仕豪;石程
• 申請（專利權）人: 弗潤聯科（北京）石油科技有限公司;成都佳琛石油機械有限公司;四川川慶石油鉆采科技有限公司
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 北京東方尚禾專利代理事務所(特殊普通合伙) 11844
• 代理人: 李厚銘

本發明公開了一種扭擺式低壓耗減托壓隨鉆工具及其工作方法，該工具由扭擺?軸向振動花鍵總成、平衡活塞總成、增壓活塞總成組成；所述扭擺?軸向振動花鍵總成包括花鍵芯軸，所述花鍵芯軸外設有花鍵外筒，所述花鍵外筒前端的內表面設有前端刮塞組件及第一M型刮塞密封圈；所述花鍵芯軸下部設有碟簧組件。本工具采用增壓活塞結構，工具在較小的振蕩壓力下，也能產生較高的振蕩力，增壓活塞總成采用模塊式結構，可以多級串聯，因此可以在距離鉆頭更遠的距離選擇安放本發明工具，對更長的鉆柱產生振蕩力，提高減托壓效果。

技術領域

本發明涉及石油鉆采井下工具技術領域，特別是涉及一種扭擺式低壓耗減托壓隨鉆工具，主要用于石油鉆井提速。

背景技術

隨著大位移井數量的增加和水平位移的不斷延伸，其鉆進模式面臨著更大的挑戰，水力振蕩器通過簡單有效的方式解決這個難題，提出了一個獨特而又有效的途徑。平穩的鉆壓傳遞，甚至在方位角變化很大的復雜地層中，提高對鉆頭工具面的調整能力，以使鉆達更遠的目的層；在鉆進中不需過多的工作來調整工具面，保持工具面的穩定，提高機械鉆速。但是，目前常用的響應周期波動壓力的鉆柱振蕩力輸出工具，受制于如下幾個方面的問題：

1)單一的軸向振蕩力輸出，水平段降低摩擦阻力能力有限；

2)受制于密封件的性能需求，軸-孔鋼體公差過小，巖屑微粒容易卡阻芯軸，導致工具不振蕩；

3)工具內部沒有采用油封結構，泥漿進入工具花鍵及碟簧腔體內，導致振蕩空間被填滿，工具不振蕩；

4)耐磨密封件對油基泥漿中復雜的化學組分及高溫的不配伍導致的密封快速失效，工具入井時間較短；

5)振蕩活塞面積較小，需要較大的振蕩壓力才能推動更長的鉆柱，這導致循環壓耗較高，在深井長水平段中后期，達到泥漿泵極限；

6)工具內部密封件與芯軸的摩擦力較大，一方面大大降低了振蕩力的有效值，另一方面導致密封件快速失效；

7)工具內的液體運移受到阻尼作用，導致更高頻振蕩響應能力弱，工具內的阻尼力導致的高頻振蕩力有效值低下。

總之，現有的鉆柱振蕩力輸出工具存在嚴重的阻尼、卡阻、摩擦力大、磨損大、化學耐受性差、耐高溫性能差、耐高壓性差等缺陷，導致現場應用效果不佳。

發明內容

本發明的目的是提供一種扭擺式低壓耗減托壓隨鉆工具及其工作方法。本發明的工具主要用于解決鉆井提速降低、長水平段及多段制井身軌跡滑動鉆進托壓嚴重等問題，由于復合了扭擺和軸向兩種方式的振動，使得鉆柱在這一復合振蕩方式作用下呈現螺旋振蕩，這種振蕩方式更加有效的降低鉆柱與裸眼井壁的摩擦阻力，有利于傳遞鉆壓、穩定工具面，實現高速鉆井的目的。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案具體如下：一種扭擺式低壓耗減托壓隨鉆工具，由扭擺-軸向振動花鍵總成、平衡活塞總成、至少一組增壓活塞總成組成；所述扭擺-軸向振動花鍵總成包括花鍵芯軸，所述花鍵芯軸外設有花鍵外筒，所述花鍵外筒前端的內表面設有前端刮塞組件及第一M型刮塞密封圈；所述花鍵芯軸下部設有碟簧組件。

其中，所述花鍵芯軸外表面均布有螺旋花鍵，所述花鍵外筒內表面設有螺旋花鍵槽，所述螺旋花鍵與所述螺旋花鍵槽的形狀、大小相匹配；所述扭擺-軸向振動花鍵總成封裝在油封筒體內。

其中，所述螺旋花鍵為7根，所述螺旋花鍵槽為8個，其中一個螺旋花鍵槽內不設有螺旋花鍵，形成空腔。

其中，所述花鍵芯軸、所述花鍵外筒以及碟簧組件之間充填有潤滑油。

所述前端刮塞組件由依次排列的J型刮塞、矩形橡膠刮塞及矩形刮塞組成，所述J型刮塞和矩形刮塞由玻纖PEEK材料制成。