[发明专利]一种低压耗井下振动提速工具

说明书

本发明涉及一种低压耗井下振动提速工具。技术方案是：该低压耗井下振动提速工具由压力脉冲发生工具和振幅放大工具组成；压力脉冲发生工具内设有由涡轮驱动旋转的动阀片，并通过减速涡轮调节动阀片转速，动定阀组下部设有成U型的涡流振动装置，通过动阀片不断切换流道，使圆形涡腔内的流体在涡流状态和非涡流状态之间切换，当涡腔内流体处于涡流状态时，工具上部处于高压状态，当涡腔内流体处于非涡流状态时，工具上部压力处于低压状态，因此工具内产生周期性的压力脉冲；压力脉冲发生工具上部或者下部连接振幅放大工具，使底部钻具组合产生周期性的轴向振动，有效改善钻柱与井壁的摩擦阻力，提高钻井速度。

本申请是申请号为：2016105506165、发明创造名称为：一种低压耗井下振动提速工具、申请日为：2016年07月14日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及石油、天然气开采、钻井工具领域，尤其是一种低压耗井下振动提速工具。

背景技术

随着大斜度井、水平井的广泛应用，在钻进过程中，由于钻具自重作用，钻具在钻进时与井壁摩阻大，造成钻具托压，严重影响水平井钻进效率，因此降低摩阻、增加动钻压，提高钻井效率是当前钻井工程中迫切需要解决的问题。经研究发现，对钻柱施加适当周期性轴向振动，使钻柱与井壁之间的静摩擦变为动摩擦，能大大减少钻井过程的摩阻，使有效钻压增加，从而达到提高机械钻速的目的。

现有的振动减摩阻工具如中国专利文献CN103696693A钻井用水力振荡器、CN102704842A一种钻井用水力振荡器所描述，其结构都采用单头螺杆马达驱动动阀口在一个平面上做往复运动，通过动阀口和定阀形成的过流面积差，产生周期性的压力波动，上述采用螺杆驱动的结构，因螺杆寿命的限制，通常在水基泥浆环境下使用寿命为150小时左右，在油基泥浆环境下使用寿命为80小时左右，其橡胶元件制约了该结构的使用寿命和使用工况等；也有中国专利文献如CN 104895517A一种涡轮驱动双阀水力振荡器、CN105089501A一种水力振荡器所描述，其结构都采用涡轮驱动动阀口转动，通过转动过程中与定阀形成过流面积差，产生周期性的压力波动，上述采用涡轮驱动的水力振荡器，因采用涡轮结构，在寿命上有很大改观，但涡轮的转速为800-2000转/分，相比螺杆140-360转/分的转速，涡轮驱动的振动工具振动频率为螺杆结构的5.5倍左右，过高的振动频率会削弱工具的振动效果，并且对MWD等井下仪器有破坏性的影响；同时由于以上专利都采用过流面积差使工具产生周期性的压力变化，因此造成工具自身压耗普遍偏大(约4.5-8MPa)，对钻井泵的要求较高，且长期在高压下作业易出现井下故障，造成财产损失和人员伤亡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低压耗井下振动提速工具，保证井下振动效果的同时，减小工具压耗，优选的方案中，能够实现振动频率可调，解决现有技术中涡轮驱动使振动频率过高的问题和工具使用寿命短的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种低压耗井下振动提速工具，包括压力脉冲发生工具和振幅放大工具，其特征是：

压力脉冲发生工具设有驱动涡轮驱动动阀片旋转，同时工具内设有减速涡轮调节动阀片的转速，动阀片下部设有定阀片，定阀片下部设有成U型的涡流振动装置；

振幅放大工具由外套通和芯轴组成，外套通由花键套筒、弹簧套筒、活塞套筒和下接头套筒依次连接而成，芯轴由花键芯轴、过渡芯轴、活塞芯轴和底部活塞连接而成，在弹簧套筒和花键芯轴之间设有碟簧组，碟簧组下部设有活塞套筒和活塞芯轴组成的驱动活塞组，驱动活塞组相合串联，其驱动活塞组数量可以为1个或者1个以上。

其特征是：涡流振动装置采用轴向对剖的结构，内设有成圆形的涡腔，两条进液槽与涡腔切向连接；涡腔的中心设有涡腔出口，涡腔出口与出液口连通。

其特征是：动阀片上设有动阀进液孔，动阀进液孔交替的与定阀片的两进液孔连通，定阀片的两进液孔与涡腔两进液槽连通。