[發明專利]軸向振蕩螺桿鉆具

有效

• 申請號: 202110306694.1
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113006681B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 柳貢慧;查春青;李軍
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B4/16
• 分類號: E21B4/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力;臧微微

本發明為一種軸向振蕩螺桿鉆具，包括螺桿鉆具本體，螺桿鉆具本體包括旁通閥總成、馬達總成和傳動軸總成，旁通閥總成用于控制鉆井液流向，旁通閥總成的下方設置馬達總成，馬達總成的底部連接傳動軸總成，馬達總成用于將鉆井液的液壓動力轉換為驅動所述傳動軸總成繞其中心軸旋轉的機械能；傳動軸總成的底部連接有能軸向往復移動的軸向振蕩總成，軸向振蕩總成的底部連接鉆頭，軸向振蕩總成用于將鉆井液的流體能量轉換為對鉆頭的軸向振蕩載荷。本發明解決現有技術中存在的近鉆頭摩阻大、破巖效率低等問題，該軸向振蕩螺桿鉆具將螺桿鉆具和軸向振蕩沖擊結合在一起，兼容性良好，有效提高鉆具機械鉆速和鉆進能力。

技術領域

本發明涉及石油開發領域中的井下鉆井工具，尤其涉及一種軸向振蕩螺桿鉆具。

背景技術

隨著鉆井工程的快速發展，復合鉆井的方式為一種廣泛應用的鉆進方式，復合鉆進方式為“轉盤旋轉+井下動力鉆具”，即轉盤的旋轉與井下動力鉆具一起帶動鉆頭旋轉，從而實現快速破巖。現有的較為成熟的井下動力鉆具主要包括：渦輪鉆具和螺桿鉆具，其中螺桿鉆具由于其大扭矩、造斜能力強等特點，使得其逐漸成為了鉆井工程中必不可少的常規鉆井工具。

螺桿鉆具是一種容積式動力鉆具，以鉆井液為驅動介質，驅動內部轉子轉動，并通過內部的萬向軸將扭矩傳遞到鉆頭處。螺桿鉆具的結構較為簡單，可靠性較高，同時在工具的外殼上可以設定彎角，能夠實現定向鉆進。

常規螺桿鉆具主要是給鉆頭提供扭矩，不能改變鉆頭處的鉆壓。為了提高螺桿鉆具在深井硬質地層中的鉆進能力，國內外一些學者通過對螺桿定轉子的結構進行改進以增加螺桿鉆具的扭矩，如串聯螺桿、加長螺桿、多頭螺桿等。通過增加扭矩的方式能提高螺桿鉆具的破巖效率，但是增加的扭矩對螺桿本身的使用壽命及穩定性有一定的影響，同時增加扭矩會降低螺桿鉆具的轉速。

在硬質地層及長水平井的鉆進過程中，由于摩擦阻力的影響，使得傳遞到近鉆頭處的鉆壓較小，即“托壓”現象。鉆井現場通常采用水力振蕩器解決水平井的“托壓”問題，該類工具通過采用產生高頻的軸向往復振蕩，將鉆柱與井壁之間的靜摩擦力轉換為動摩擦力，從而實現減小摩阻。目前，水力振蕩器是一種較為有效的降摩減阻的工具，但是該類工具壓降較高，同時由于受該類工具的安放位置的限制，使得該類工具不能降低近鉆頭處的摩擦阻力。

為了解決長水平井近鉆頭處的摩擦阻力的問題，同時不改變現有復合鉆進的方式，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種軸向振蕩螺桿鉆具，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軸向振蕩螺桿鉆具，解決現有技術中存在的近鉆頭摩阻大、破巖效率低等問題，該軸向振蕩螺桿鉆具將螺桿鉆具和軸向振蕩沖擊結合在一起，兼容性良好，有效提高鉆具機械鉆速和鉆進能力。

本發明的目的是這樣實現的，一種軸向振蕩螺桿鉆具，包括螺桿鉆具本體，所述螺桿鉆具本體包括旁通閥總成、馬達總成和傳動軸總成，所述旁通閥總成用于控制鉆井液流向，所述旁通閥總成的下方設置馬達總成，所述馬達總成的底部連接傳動軸總成，所述馬達總成用于將鉆井液的液壓動力轉換為驅動所述傳動軸總成繞其中心軸旋轉的機械能；所述傳動軸總成的底部連接有能軸向往復移動的軸向振蕩總成，所述軸向振蕩總成的底部連接鉆頭，所述軸向振蕩總成用于將鉆井液的流體能量轉換為對鉆頭的軸向振蕩載荷；所述馬達總成內設置第一鉆井液流道，所述傳動軸總成內設置第二鉆井液流道，所述軸向振蕩總成內設置第三鉆井液流道，第一鉆井液流道、第二鉆井液流道和第三鉆井液流道連通以向鉆頭傳輸鉆井液。

在本發明的一較佳實施方式中，所述傳動軸總成包括頂部能與所述馬達總成連接的上傳動軸，所述上傳動軸上設置軸向貫通的第二中心孔，所述上傳動軸的外側套設有傳動外殼體；所述軸向振蕩總成包括能沿軸向往復移動的振蕩軸，所述振蕩軸的頂部周向固定且能軸向滑動地連接于所述上傳動軸的底部，所述振蕩軸能隨所述上傳動軸同軸轉動，所述振蕩軸上設置軸向貫通的第三中心孔，所述第三中心孔與所述第二中心孔呈貫通設置；所述振蕩軸的外側套設振蕩外殼體，所述振蕩軸和所述振蕩外殼體之間套設能驅動所述振蕩軸沿軸向振蕩的振蕩驅動部。