[发明专利]一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油、天然气大位移水平井钻井作业过程中用到的马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具。

背景技术

石油、天然气钻探过程中大位移井钻井会产生钻遇多夹层、钻压传递不佳、机械钻速太低、钻柱发生弯曲和屈曲、扭矩波动、工具面控制不佳、严重弯曲井眼等问题，导致钻柱摩阻过大，钻压下传困难，马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具可以作为解决上述问题的手段，克服以上问题即通过变静摩擦为动摩擦降低摩擦力实现钻压的准确传递。检索“轴向减阻振荡工具”关键词，无符合条件的公开专利存在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大位移井钻井过程中通过自身产生的纵向振动来减少井下钻具组合与井眼之间摩阻的马达驱动式的钻柱轴向振荡减阻工具，使钻压准确有效的传递到钻头上，可以应用在所有泥浆钻井工艺中，特别是在有螺杆的定向钻进过程中应用来改善钻压的传递，减少扭转振动。马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具可以突破大位移井的钻进深度的限制，使大位移井的靶点更远，用最简单有效的方式加强动力钻具各方面的性能。

本发明的技术方案是：一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，主要由振荡短节、容积马达和盘阀短节三部分依次串联构成，所述的振荡短节包括中空的花键心轴、花健体、中筒体和下筒体；花健体、中筒体和下筒体轴向依次连接后套装在花键心轴的外围，其形成的环形空间通过花键心轴和中筒体之间的密封接头分为上部的润滑腔和下部的弹簧腔；弹簧腔内自上而下装有碟簧和调节环；限位接头和承压活塞位于调节环下方并与花键心轴固联，同时与下筒体形成滑动配合；下筒体上设有与弹簧腔连通的呼吸孔；所述的盘阀短节包括与容积马达转子连接的上盘阀接头内的上盘阀和固定在下盘阀接头上的下盘阀，上盘阀和下盘阀紧密贴合并且截面上都设有偏心圆孔。

容积马达转子连接的上盘阀的连接方式为：容积马达通过联轴器与上盘阀阀杆连接，其中联轴器与上盘阀阀杆的连接采用平键连接。上盘阀阀杆上部插入联轴器内腔，联轴器内腔装有弹簧，联轴器下方设有锁紧帽；上盘阀和下盘阀均为耐磨材料。振荡短节、容积马达和盘阀短节三部分通过螺纹接头依次串联；下筒体通过固联的下接头与容积马达连接。下筒体上的呼吸孔装有过滤丝堵；承压活塞与下筒体之间装有活塞锁紧环、V形密封圈、挡环。

本发明的钻柱轴向振荡减阻工具的工作原理是：花键心轴上部设有缩径，花键心轴中部轴向上有碟簧加载，碟簧位于密封接头与承压活塞之间，花键心轴与中筒体构成弹簧腔，当下部盘阀排量变化作用在花键心轴下部的承压活塞面上，产生压力作用在工具心轴上，花键心轴相对花键体上移，花键心轴突出花键体的部分伸长，压力消失，碟簧使心轴返回初始位置；在中筒体上设有呼吸孔，使钻具内外形成压力差，呼吸孔上设有过滤丝堵。容积马达主要包括防掉总成、定子、转子，防掉总成与转子相连，转子下端连接筒上盘阀相连的联轴器，采用2:1容积式马达，确保盘阀产生排量及压力波动频率与MWD等井下测量工具频率不互相干扰。盘阀短节主要包括联轴器、联轴器通过平键连接的上盘阀、下盘阀以及上盘阀外接头及下盘阀外接头，马达转子通过联轴器、键与上盘阀相连，上盘阀上有偏心圆孔，上盘阀为动盘阀，处于旋转扫略运动状态，下盘阀上为偏心椭圆孔，下盘阀为定盘阀，固定在下盘阀外接头内部，上盘阀阀杆上部插入联轴器，联轴器内腔弹簧压紧上盘阀阀杆。上下盘阀为耐磨材料，并且二者紧密配合。

振荡短节心轴伸长复位即心轴振荡，可通过碟簧对合、叠合数目配合调节环调整，使心轴产生振荡幅度可调，产生微小幅度振荡，避免因振荡幅度过大损害仪器。振荡短节花健体注油孔通过注油泵注入润滑油，花键腔内充满润滑油，确保内外花键以及花健体及花键心轴缩颈润滑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少井下钻具组合与井眼之间的摩阻，这就意味着马达驱动式的钻柱轴向振荡减阻工具可以应用在所有的钻进模式中，随着当前的井眼越来越不规则，大位移井钻进模式必须面临更大的挑战，马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具通过简单有效的方式，可以配合所有公司的MWD系统使用，在大位移井钻进过程中，通过有效的提高机械钻速，减少牙轮钻头钻具的起下钻次数，降低钻具组合粘卡机率，使大位移井钻进更加容易和有效。

附图说明

图1为本发明的钻柱轴向振荡减阻工具上半部分结构示意图。

图2为本发明的钻柱轴向振荡减阻工具下半部分结构示意图。

图3为图1沿A_A面的剖视图。

图4为图2沿B-B面的剖视图。