[发明专利]一种多级振荡螺杆钻井工具及其操作方法

权利要求书

1.一种多级振荡螺杆钻井工具，其特征在于，包括螺杆钻井工具本体和多级振荡总成，螺杆钻井工具本体包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，旁通阀总成用于控制钻井液流向，旁通阀总成的下方设置多级振荡总成和马达总成，多级振荡总成位于马达总成的上方，马达总成的底部通过万向轴总成与传动轴总成连接，马达总成用于将钻井液的液压能转换为驱动多级振荡总成工作的机械能，传动轴总成向下传递扭矩和转速，多级振荡总成轴向往复振动并将振动传递到多级振荡螺杆钻井工具两端连接的钻柱上。

2.根据权利要求1所述的多级振荡螺杆钻井工具，其特征在于，所述多级振荡总成包括能沿轴向往复振动的振荡芯轴，振荡芯轴的内部设置有轴向贯通的中间流道，振荡芯轴的外部偏上位置处设置有轴向均匀分布的花键结构，振荡芯轴的底部设置有周向均匀分布的径向透槽，振荡芯轴的外侧套设传动外壳和碟簧筒，传动外壳的内部设置有周向均匀分布的花键结构，碟簧筒的内部设置有阶梯，碟簧筒和振荡芯轴之间偏上的位置设置碟簧，碟簧套设在振荡芯轴上并抵顶在碟簧筒内部的阶梯上，碟簧筒和振荡芯轴之间偏下的位置分别设置上活塞、隔离活塞和下活塞，上活塞、隔离活塞和下活塞均套设在振荡芯轴上，振荡芯轴的径向透槽与上活塞和隔离活塞之间的环空连通，环空构成第一腔体，上活塞和碟簧之间设置套筒，套筒套设在振荡芯轴上。

3.根据权利要求2所述的多级振荡螺杆钻井工具，其特征在于，所述振荡芯轴的上端和下端均设置螺纹，与上活塞和下活塞接触处进行螺纹连接，上活塞的外部和下活塞的外部与碟簧筒的内部接触处设置密封圈，隔离活塞与振荡芯轴的外部、碟簧筒的内部接触处两个位置处设置密封圈。

4.根据权利要求3所述的多级振荡螺杆钻井工具，其特征在于，所述碟簧筒的下端设置径向通孔，隔离活塞由穿过碟簧筒通孔的销钉与碟簧筒固定，碟簧筒在隔离活塞和下活塞之间的位置处设置周向均匀分布的径向通孔，隔离活塞和下活塞之间的环空构成第二腔体，第二腔体与碟簧筒外侧的井壁环空相连通。

5.根据权利要求4所述的多级振荡螺杆钻井工具，其特征在于，所述振荡芯轴的上方和旁通阀总成的下方连接处采用螺纹连接，传动外壳的内部和振荡芯轴的外部接触位置处设置第一密封，传动外壳的内部和振荡芯轴的外部均具有花键结构并通过花键结构连接，传动外壳的下方与碟簧筒的上方连接处采用螺纹连接，碟簧筒的下方与阀体外壳的上方连接处采用螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的多级振荡螺杆钻井工具，其特征在于，所述阀体外壳套设于静阀与动阀上且与碟簧筒的下方、马达总成的上方采用螺纹连接，静阀的下端面与动阀的上端面相互抵顶，静阀和动阀的内部均设置有钻井液流道，动阀上设置周向均匀分布的动阀出口，通孔与钻井液流道相通，动阀的下方与马达总成相连接，静阀的上端与振荡芯轴的底部之间的空腔构成第三腔体；钻井液流经马达总成，马达总成带着与之连接的动阀转动，使得动阀和静阀之间的过流面积发生周期性的变化，从而产生周期性的压力脉冲，轴向传递的压力脉冲使第一腔体和第三腔体内部的压力周期性变化，第一腔体和所述第三腔体的周期性压力分别作用在上活塞和下活塞的下端面上，导致振荡芯轴产生轴向往复振动，进而导致多级振荡螺杆钻井工具两端连接的钻柱轴向往复振动。

7.一种权利要求1至6任一项所述多级振荡螺杆钻井工具的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、钻井液通过旁通阀总成流入振荡芯轴的中间流道，经过第三腔体、钻井液流道从动阀出口流出；

步骤2、在钻井液的作用下，动阀进行自转的同时绕着静阀进行公转；由此引起钻井液在通过静阀和动阀时过流面积的变化，进而形成周期性压力；

步骤3、第一部分周期性压力通过第三腔体作用于下活塞，第二部分周期性压力通过第一腔体作用于上活塞；由于下活塞与振荡芯轴之间采用螺纹连接，第一部分压力通过下活塞传递到振荡芯轴；上活塞与振荡芯轴之间采用螺纹连接，第二部分压力通过上活塞传递到振荡芯轴；

步骤4、在两部分周期性压力的作用下，振荡芯轴会产生轴向的振动位移，振动位移通过套筒传递给碟簧，从而引起碟簧不断地受到周期性的压力，同时碟簧又将反作用于振荡芯轴，引起振荡芯轴的轴向振动。