[发明专利]机械式非线性控制的近钻头可变频增压震荡工具

说明书

本发明涉及一种机械式非线性控制的近钻头可变频增压震荡工具。由中芯轴，碟簧上支座，碟簧外壳，碟簧组，下外壳，活塞轴，中接头，涡轮上接头，涡轮上止端盖，涡轮外壳，涡轮组，涡轮中芯轴，下固定套筒，往复阀套外壳，往复阀套，通孔阀，下接头，限位销钉，多级螺旋阀套，上固定套筒，引流套，涡轮轴承，轴承下支撑套等组成。其特征在于：利用多级螺旋阀套实现钻井液流体的流道变化，实现工具的启用和未启用；利用涡轮实现往复周期性压力变化，工具发生震荡。本发明很好的解决了提速工具在竖直段钻井过程中对井架、地面设备的损害，还节约了采用其他方式必需的一次起下钻过程所浪费的时间。

技术领域

本发明涉及一种机械式非线性控制的近钻头可变频增压震荡工具，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。

背景技术

随着钻井技术的不断升级，中国石油与天然气工业的钻采方向逐渐由常规能源向非常规能源转变，钻井深度和难度都达到了空前的高度。随着井深的不断增加，非常规井的数量逐年增加，井况也越来越复杂，对提高钻进速度又形成了巨大的挑战。定向井、水平井在滑动钻进时,托压，黏卡严重，如何提高滑动钻进钻压传递的有效性，减少钻具与井壁间的静摩擦，一直是待解决的技术难题。近年来提出的钻井提速工具在一定程度上解决了上述问题，提高了钻井效率，但随之而产生的问题也是接踵而至。为解决水平井滑动钻井过程中的脱压问题，往往是在钻柱系统安装冲击提速工具，该工具可以产生高频的轴向冲击力，提高了钻井效率。在钻井过程中，一般分为竖直段和水平段，在竖直段钻井时，由于钻柱自身的重力原因基本不会出现脱压现象，但为了减少起下钻次数，在竖直段也会安装冲击工具，因此在竖直段由于冲击工具的存在，对地面井架等地面设备的破坏时无法避免的。若在竖直段不安装冲击工具，则必然多一次起下钻，浪费大量的时间和金钱。

针对以上问题，本文提出了一种机械式非线性控制的近钻头可变频增压震荡工具，该工具利用非线性机械结构在竖直段不需要时关闭流道，工具不工作，在水平段需要时开启提速工具，工具工作。以此减少了对地面设备的损害，也避免了增加一次起下钻，节约了大量的时间，人力，物力和财力。

发明内容

本发明的目的在于：为了减少冲击工具在竖直段的轴向震动对钻柱系统、地面井架等设备的损害；也为了避免增加一次起下钻工序而浪费的时间、人力、物力和财力。设计了一种机械式非线性控制的近钻头可变频增压震荡工具，可实现竖直钻井时关闭，水平钻井震荡频率可控的开启工具。

为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：机械式非线性控制的近钻头可变频增压震荡工具，由中芯轴，O型密封圈A，碟簧上支座，碟簧外壳，碟簧组，下外壳，活塞轴，O型密封圈B，中接头，涡轮上接头，O型密封圈D，涡轮上止端盖，涡轮外壳，涡轮组，涡轮中芯轴，下固定套筒，往复阀套外壳，往复阀套，通孔阀，下接头，限位销钉，多级螺旋阀套，O型密封圈C，上固定套筒，O型密封圈F，引流套，涡轮轴承，轴承下支撑套，O型密封圈E组成。其技术特征在于：中芯轴与碟簧上支座为间隙配合，二者之间安装有O型密封圈A，实现密封；碟簧外壳通过锥形螺纹分别与碟簧上支座和下外壳相连接，下外壳对碟簧组外缘起支撑作用；活塞轴与由中芯轴通过锥形螺纹连接，并对碟簧组内缘起支撑作用，所述活塞轴与下外壳为间隙配合，二者之间安装有O型密封圈B，实现密封；涡轮上接头通过锥形螺纹连接中接头和涡轮外壳；多级螺旋阀套与涡轮上接头通过限位销钉进行初始定位，多级螺旋阀套表面有阶梯运动槽；涡轮上止端盖与涡轮中芯轴通过普通螺纹连接，二者之间安装有O型密封圈F，所述涡轮上止端盖限制涡轮转子轴向运动；上固定套筒、下固定套筒分别对涡轮定子轴向定位；涡轮轴承通过轴承下支撑套和下固定套筒轴向定位，引流套对涡轮转子和涡轮轴承轴向定位；往复阀套外壳通过锥形螺纹与涡轮外壳和通孔阀连接，所述往复阀套外壳与往复阀套之间有花键连接，限制往复阀套的旋转；所述复阀套外壳与涡轮中芯轴通过往复螺旋槽传递运动，二者之间安装有O型密封圈E，实现密封；通孔阀通过锥形螺纹与下接头连接。