[发明专利]一种多级振荡螺杆钻井工具及其操作方法

说明书

本发明公开了一种多级振荡螺杆钻井工具及其操作方法，属于石油、天然气钻井技术领域，其包括螺杆钻井工具本体和多级振荡总成，其中螺杆钻井工具本体包括传动轴总成、万向轴总成、马达总成和旁通阀总成，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，多级振荡总成在马达总成的上方，马达总成的底部通过万向轴总成连接传动轴总成，马达总成用于将钻井液的液压能转换为驱动所述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，多级振荡总成向下传递轴向振荡载荷。同时，本发明还公开了多级振荡螺杆钻井工具的操作方法。本发明的技术方案具有安全性能高、使用寿命长的特点，适合推广应用。

技术领域

本发明属于石油、天然气钻井技术领域，涉及一种多级振荡螺杆钻井工具及其操作方法。

背景技术

随着油气资源的需求量不断增加，钻探向着更深的地层进军，钻遇的岩石硬度大，研磨性强，可钻性极值高，并且在定向井、水平井和大位移井中，钻柱因摩擦阻力过大容易出现托压、粘卡等现象，造成钻压和扭矩无法真实有效地施加到钻头上，降低了机械钻速和油气勘探开发速度，增加了钻井周期和钻井成本，严重制约了水平井、大位移井的发展。为了降低钻井成本，解决托压、粘卡等问题，国内外许多机构和学者对其进行深入研究。

旋冲钻井技术是在常规旋转钻井的基础上，将旋转和冲击结合起来的钻井方法，其原理是在钻头上安装一个冲击器，钻井过程中，由钻井液驱动冲击器产生高频冲击力不断施加给钻头，从而实现边旋转边冲击钻井。旋冲钻井技术更好的利用了坚硬岩石脆性大，而抗剪强度较低，不耐冲击的特性，从而达到提高机械钻速的目的。然而旋冲钻井技术需要消耗钻井液的能量转化为钻头冲击能，尤其随着井深加深导致破岩和携岩钻井液能量不足，使得岩屑被重复切削反而导致机械钻速降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种多级振荡螺杆钻井工具及其操作方法，该工具将螺杆钻井工具和多级振荡结合在一起，更加有效地提高钻井工具的钻进能力和使用寿命。本发明对于提高深井超深井以及复杂结构井的钻井速度，降低钻井成本，具有重大现实意义。

该多级振荡螺杆钻井工具包括螺杆钻井工具本体和多级振荡总成，其中螺杆钻井工具本体包括传动轴总成、万向轴总成、马达总成和旁通阀总成，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，多级振荡总成在马达总成的上方，马达总成的底部通过万向轴总成连接传动轴总成，马达总成用于将钻井液的液压能转换为驱动所述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，多级振荡总成向下传递轴向振荡载荷。本发明将螺杆钻井工具和多级振荡结合在一起，更加有效地提高钻井工具的钻进能力和使用寿命。

为了达到上述技术目的，本发明的实施例是这样实现的：

一方面，本发明的实施例提供了一种多级振荡螺杆钻井工具，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。

再进一步，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。