[实用新型]一种复合振动钻井工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井技术领域，尤其涉及一种复合振动钻井工具。

背景技术

使用PDC钻头（即Polycrystalline Diamond Compact的英文缩写，聚晶金刚石复合片钻头）钻大斜度井（即钻井斜长与垂深之比大于2,井斜角在60°～86°的定向井）时，由于部分钻柱靠在井眼的低边，因此在钻进过程中，钻柱与井眼之间会产生很大的摩阻和扭矩，导致钻压和扭矩无法顺利地施加到钻头上。这种工况下通常会产生两个后果：一是由于钻压无法有效地施加到钻头上，产生“拖压”现象，导致机械钻速极低；二是钻柱与井壁之间巨大的摩扭使钻柱产生“粘滑”现象，加速了钻头PDC切削齿的破碎。因此，在大斜度井PDC钻头钻进过程中，高摩阻导致的“拖压”及高扭矩导致的“粘滑”成为影响钻进效率的重要因素。

针对大斜度井钻进过程中的“拖压”及“粘滑”现象导致钻进效率低下的问题，研究表明：钻进过程中如果钻柱振动将能有效减小钻柱摩阻及扭矩。以此理论为指导，很有必要研制一种复合振动钻井工具，通过该工具产生的轴向和周向的高频复合振动使钻柱振动，消除大斜度井钻井过程中的“拖压”及“粘滑”现象，大幅提高机械钻速，延长钻头寿命，降低钻井成本。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种复合振动钻井工具，以便消除大斜度井钻进过程中钻柱产生的“拖压”及“粘滑”现象。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种复合振动钻井工具，包括一个套筒；

所述套筒内的上部安装有振动短节，所述振动短节的底部安装有振动短节卡盘，所述振动短节卡盘的盘底设置有通孔；

所述套筒内的中部安装有螺杆马达，所述螺杆马达包括与所述套筒的内壁固定的螺杆马达定子，以及设置在所述螺杆马达定子内腔中的螺杆马达转子；所述螺杆马达转子为沿其轴向设有中空通道的螺杆，所述螺杆马达转子与所述螺杆马达定子之间形成螺旋形容腔；

所述套筒内的下部安装有转换短节，所述转换短节的上端与所述螺杆马达转子的下端连接，所述转换短节沿其轴向设有中空的引流通道，所述转换短节上端的侧壁上设置有至少一个与所述引流通道连通的转换短节导流孔；所述转换短节的上端还套装有一个与所述套筒的筒壁固定的环形盘，所述环形盘上开设有至少一个环形盘导流孔，所述环形盘导流孔与所述转换短节导流孔周期性连通或断开；

所述转换短节的下端安装有液压缸，所述液压缸内腔中设置有冲击短节，所述冲击短节的外侧壁上设置有叶片，所述液压缸的内壁、所述冲击短节的外侧壁和所述叶片之间周期性形成多个密闭空间；所述冲击短节的底端连接有扭矩传递短节。

优选的，所述转换短节的上端与所述螺杆马达转子的下端通过万向轴连接，所述万向轴沿其轴向设有中空的通道。

优选的，所述振动短节上端的外周面呈外六方轮廓状，所述套筒该段的内壁对应设置为与所述振动短节上的外六方轮廓状相适配的内六方轮廓状；所述振动短节的外六方轮廓状的下方为阶梯轴段，所述阶梯轴段上套设有弹簧。

优选的，所述振动短节卡盘的通孔内安装有喷嘴，所述喷嘴通过卡簧锁紧于所述通孔内。

优选的，所述冲击短节的侧壁上设置有叶片槽，所述叶片的一侧安装于所述叶片槽内，所述叶片与所述叶片槽之间顶靠有叶片弹簧；所述液压缸的内壁上设置有多个沿其轴向延伸且向内凸出的液压缸密封条；所述叶片与所述液压缸密封条周期性密封接触或断开。

进一步优选的，所述叶片远离所述叶片槽的一侧设置有沿所述叶片的长度方向延伸的滚柱；所述滚柱与所述液压缸密封条周期性密封接触或断开。

优选的，所述扭矩传递短节的上端设置有多个间隔设置的扭矩传递短节花键齿和扭矩传递短节花键槽；所述套筒的下端设置有分别与所述扭矩传递短节花键齿和所述扭矩传递短节花键槽相适配的套筒花键槽和套筒花键齿；所述扭矩传递短节花键齿与所述套筒花键槽之间或者所述扭矩传递短节花键槽与所述套筒花键齿之间设置有配合间隙。

进一步优选的，所述扭矩传递短节花键齿和所述扭矩传递短节花键槽分别均布有四个，所述扭矩传递短节花键齿的周向角度为45°，所述扭矩传递短节花键槽的周向角度为45°；所述套筒花键槽和所述套筒花键齿分别均布有四个，所述套筒花键槽的周向角度为50°，所述套筒花键齿的周向角度为40°；所述配合间隙为5°。

优选的，所述套筒包括上套筒、中套筒和下套筒；所述上套筒与中套筒之间连接有双公套筒。