[發明專利]一種用于井下鉆井工具的水力振蕩器

在審

• 申請號: 202111399399.1
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN116146109A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 趙晨熙;崔曉杰;趙建軍;馬蘭榮;陳武君;臧艷彬;阮臣良;張東清;程光明;張文平
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉華聯

本發明提供了一種用于井下鉆井工具的水力振蕩器，包括外殼組件、作用力發生機構、振蕩機構和芯軸。作用力發生機構包括：布置在外殼組件內的傳動軸；布置在傳動軸上的閥盤機構，其包括定閥盤和動閥盤，動閥盤設置成能由傳動軸驅動旋轉，從而使閥盤機構的過流面積呈周期性變化；以及形成于外殼組件和傳動軸之間的鉆井液分流單元。振蕩機構包括：與定閥盤固定連接的內套；以及安裝在內套和外殼組件之間的彈性件，其兩端分別與所述定閥盤和所述外殼組件抵接。芯軸的上游端與內套固定連接，下游端延伸到外殼組件之外，用于與下部鉆具相連。

技術領域

本發明涉及石油工業機械技術領域，具體地涉及一種用于井下鉆井工具的水力振蕩器。

背景技術

目前，國內外對于石油天然氣的需求越來越大，許多開采難度較大的儲藏油氣逐漸進入開發階段，以提高石油天然氣產量，從而滿足人們日益增長的能源需求。同時，石油鉆井技術不斷發展，大量的新型井下工具不斷被研發使用，使得非常規結構井的鉆探成為可能。尤其是大位移井、多分支水平井、大斜度井等復雜結構井的出現，使得以前不具備開采條件的油氣逐漸被開發，并且復雜結構井的數量也逐漸增多。

在這種情況下，如何實現快速鉆進和提高水平段長度成為關注的焦點。然而，由于井斜角較大造成鉆柱和井壁之間的摩阻較大，鉆壓傳遞效率低，嚴重限制了鉆進速度，也容易引起壓差卡鉆等井下故障。尤其是在滑動鉆進時，無法給鉆頭施加真實有效的鉆壓，這就降低了鉆井效率，并且延長了鉆井周期。

為了解決上述問題，國內外許多公司相繼研發了各自的水力振蕩器，用于提高鉆井效率。水力振蕩器主要應用于石油天然氣鉆井工程，用于使鉆具在軸向上產生振動，將靜摩擦力轉變成動摩擦力，降低鉆具鉆鉆進過程中與井壁之間的摩阻，實現鉆頭的高效破巖。

然而，目前的水力振蕩器均存在一些問題，無法有效地產生振動而靜摩擦力轉變成動摩擦力。因此，需要研發一種新型的水力振蕩器。

發明內容

針對如上所述的技術問題，本發明旨在提供一種用于井下鉆井工具的水力振蕩器。

根據本發明，提供了一種用于井下鉆井工具的水力振蕩器，包括上游端用于與上部鉆具連接的外殼組件、設置在所述外殼組件的作用力發生機構；設置在所述作用力發生機構的下游的振蕩機構；以及芯軸。其中，作用力發生機構包括：同心布置在所述外殼組件內的中空的傳動軸；布置在所述傳動軸上的閥盤機構，其中，所述閥機構包括定閥盤和動閥盤，所述動閥盤設置成能由所述傳動軸驅動旋轉，從而使所述閥盤機構的過流面積呈周期性變化；以及形成于所述外殼組件和傳動軸之間的鉆井液分流單元，其包括安裝在所述外殼組件內的連接頭、安裝在所述連接頭內部的分流件、套設在所述外殼組件內的傳力套筒，以及設置在所述連接頭的下游并處于所述傳力套筒內的渦輪節，其中，所述分流件構造成允許一部分鉆井液直接流入所述傳動軸內的中心通道而另一部分鉆井液經所述渦輪節流入所述中心通道，所述傳力套筒的兩端分別與所述連接頭和定閥盤固定連接，所述渦輪節構造成能夠在鉆井液的作用下帶動所述傳動軸旋轉。振蕩機構包括：與所述定閥盤固定連接的內套；以及安裝在所述內套和所述外殼組件之間的彈性件，所述彈性件的兩端分別與所述定閥盤和所述外殼組件抵接。芯軸的上游端與所述內套固定連接，下游端延伸到所述外殼組件之外，用于與下部鉆具相連。

在一個實施例中，所述彈性件包括多組串聯在一起的碟簧。

在一個實施例中，所述外殼組件包括沿軸向方向從上游端向下游端依次設置且固定在一起的缸筒、中接頭和外筒，其中，所述彈性件在軸向上位于形成在所述定閥盤和所述中接頭之間的間隙內。

在一個實施例中，在所述內套上設有連通所述間隙和中心通道的平衡孔。

在一個實施例中，在所述中接頭的徑向內側安裝有內套外環，所述內套外環的內表面分別與所述內套和所述芯軸固定連接。

在一個實施例中，在所述彈性件的兩端與所述定閥盤的下游端和所述中接頭的上游端之間分別設有墊片。