[发明专利]轴向振荡螺杆钻具有效
申请号: | 202110306694.1 | 申请日: | 2021-03-23 |
公开(公告)号: | CN113006681B | 公开(公告)日: | 2022-07-05 |
发明(设计)人: | 柳贡慧;查春青;李军 | 申请(专利权)人: | 北京工业大学;中国石油大学(北京) |
主分类号: | E21B4/16 | 分类号: | E21B4/16 |
代理公司: | 北京三友知识产权代理有限公司 11127 | 代理人: | 赵燕力;臧微微 |
地址: | 100124 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 轴向 振荡 螺杆 | ||
本发明为一种轴向振荡螺杆钻具,包括螺杆钻具本体,螺杆钻具本体包括旁通阀总成、马达总成和传动轴总成,旁通阀总成用于控制钻井液流向,旁通阀总成的下方设置马达总成,马达总成的底部连接传动轴总成,马达总成用于将钻井液的液压动力转换为驱动所述传动轴总成绕其中心轴旋转的机械能;传动轴总成的底部连接有能轴向往复移动的轴向振荡总成,轴向振荡总成的底部连接钻头,轴向振荡总成用于将钻井液的流体能量转换为对钻头的轴向振荡载荷。本发明解决现有技术中存在的近钻头摩阻大、破岩效率低等问题,该轴向振荡螺杆钻具将螺杆钻具和轴向振荡冲击结合在一起,兼容性良好,有效提高钻具机械钻速和钻进能力。
技术领域
本发明涉及石油开发领域中的井下钻井工具,尤其涉及一种轴向振荡螺杆钻具。
背景技术
随着钻井工程的快速发展,复合钻井的方式为一种广泛应用的钻进方式,复合钻进方式为“转盘旋转+井下动力钻具”,即转盘的旋转与井下动力钻具一起带动钻头旋转,从而实现快速破岩。现有的较为成熟的井下动力钻具主要包括:涡轮钻具和螺杆钻具,其中螺杆钻具由于其大扭矩、造斜能力强等特点,使得其逐渐成为了钻井工程中必不可少的常规钻井工具。
螺杆钻具是一种容积式动力钻具,以钻井液为驱动介质,驱动内部转子转动,并通过内部的万向轴将扭矩传递到钻头处。螺杆钻具的结构较为简单,可靠性较高,同时在工具的外壳上可以设定弯角,能够实现定向钻进。
常规螺杆钻具主要是给钻头提供扭矩,不能改变钻头处的钻压。为了提高螺杆钻具在深井硬质地层中的钻进能力,国内外一些学者通过对螺杆定转子的结构进行改进以增加螺杆钻具的扭矩,如串联螺杆、加长螺杆、多头螺杆等。通过增加扭矩的方式能提高螺杆钻具的破岩效率,但是增加的扭矩对螺杆本身的使用寿命及稳定性有一定的影响,同时增加扭矩会降低螺杆钻具的转速。
在硬质地层及长水平井的钻进过程中,由于摩擦阻力的影响,使得传递到近钻头处的钻压较小,即“托压”现象。钻井现场通常采用水力振荡器解决水平井的“托压”问题,该类工具通过采用产生高频的轴向往复振荡,将钻柱与井壁之间的静摩擦力转换为动摩擦力,从而实现减小摩阻。目前,水力振荡器是一种较为有效的降摩减阻的工具,但是该类工具压降较高,同时由于受该类工具的安放位置的限制,使得该类工具不能降低近钻头处的摩擦阻力。
为了解决长水平井近钻头处的摩擦阻力的问题,同时不改变现有复合钻进的方式,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种轴向振荡螺杆钻具,以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴向振荡螺杆钻具,解决现有技术中存在的近钻头摩阻大、破岩效率低等问题,该轴向振荡螺杆钻具将螺杆钻具和轴向振荡冲击结合在一起,兼容性良好,有效提高钻具机械钻速和钻进能力。
本发明的目的是这样实现的,一种轴向振荡螺杆钻具,包括螺杆钻具本体,所述螺杆钻具本体包括旁通阀总成、马达总成和传动轴总成,所述旁通阀总成用于控制钻井液流向,所述旁通阀总成的下方设置马达总成,所述马达总成的底部连接传动轴总成,所述马达总成用于将钻井液的液压动力转换为驱动所述传动轴总成绕其中心轴旋转的机械能;所述传动轴总成的底部连接有能轴向往复移动的轴向振荡总成,所述轴向振荡总成的底部连接钻头,所述轴向振荡总成用于将钻井液的流体能量转换为对钻头的轴向振荡载荷;所述马达总成内设置第一钻井液流道,所述传动轴总成内设置第二钻井液流道,所述轴向振荡总成内设置第三钻井液流道,第一钻井液流道、第二钻井液流道和第三钻井液流道连通以向钻头传输钻井液。
在本发明的一较佳实施方式中,所述传动轴总成包括顶部能与所述马达总成连接的上传动轴,所述上传动轴上设置轴向贯通的第二中心孔,所述上传动轴的外侧套设有传动外壳体;所述轴向振荡总成包括能沿轴向往复移动的振荡轴,所述振荡轴的顶部周向固定且能轴向滑动地连接于所述上传动轴的底部,所述振荡轴能随所述上传动轴同轴转动,所述振荡轴上设置轴向贯通的第三中心孔,所述第三中心孔与所述第二中心孔呈贯通设置;所述振荡轴的外侧套设振荡外壳体,所述振荡轴和所述振荡外壳体之间套设能驱动所述振荡轴沿轴向振荡的振荡驱动部。
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