[发明专利]一种基于脉冲激励的减摩降阻工具

说明书

技术领域

本发明涉及用于石油天然气钻探工程、矿山开采、地质钻探、建筑工程、隧道工程、盾构及非开挖等技术设备领域的一种基于脉冲激励的减摩降阻工具。

背景技术

大位移井具有井斜角大、井段长等基本特点，由此引发的重力效应问题造成井下钻柱受到很大的摩阻(轴向摩擦力和摩擦扭矩)，导致送钻困难、顶驱能力超限、钻柱和套管磨损严重，影响正常的钻进和完井作业。这种高摩阻因素导致钻速降低，最终导致钻杆在井内螺旋弯曲，限制了有效的钻井或修井作业。因此，减小井下摩阻是大位移井中重要的技术问题。连续管钻井方面，由于其外径较小而更容易屈曲，导致大位移井和水平井施工困难，减摩降阻成为连续管钻井扩大应用范围的关键，开发减摩降阻工具尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于：为了将泥浆压力转化为轴向的振动脉冲，从而有效地解决井下动力钻井和定向钻井中出现的摩阻问题，减小井壁对于管柱的摩阻，延长水平井靶点，减小卡钻风险，特提供一种基于脉冲激励的减摩降阻工具。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于脉冲激励的减摩降阻工具，是由外套管、转子马达、定子、转接头、运动阀板、静止盘面和卡环组成，其结构特征是：该减摩降阻工具的最外层为外套管，在外套管内设置定子，定子用键固定在外套管内；转子马达设置在定子内，转子马达与定子的头数比为1:2；转子马达下端为内花键，转接头上端为外花键，转子马达与转接头之间为花键连接；转接头侧面开有一斜孔，斜孔轴线与转接头轴向轴线成45°夹角，与斜孔相连的是转接头内部的腔；转接头与运动阀板间为过盈联接，运动阀板中心开有一直孔，直孔与转接头的内腔正对；运动阀板与静止盘面之间为间隙配合，静止盘面中心开有一直孔，其直孔直径小于运动阀板直孔直径5mm-15mm，且其直孔圆心与运动阀板直孔圆心错开；静止盘面用外套管内壁的台阶面与卡环进行轴向定位，并与外套管内壁形成间隙配合；外套管下端用螺纹连接钻杆。运动阀板和静止盘面均采用耐磨合金钢。

本发明的有益效果是：（1）减摩降阻：通过产生轴向的脉冲激励，可连续的传递压力，有效的降低粘滞滑动，从而明显减小井壁与管柱之间的摩阻；（2）减小卡钻的风险：和钻头配合使用，可以平稳的传递钻压，不会产生顿钻现象，避免钻杆在井眼内螺旋弯曲和自锁现象，减小卡钻风险；（3）提高钻头的机械钻速：通过平稳的将钻具组合所能产生的钻压传递到钻头，有效的延长大斜度延伸井的靶点，在调整和保持动力钻具过程中节省时间(摩阻小)，在不能施加大钻压的滑动钻进过程中有效的提高机械钻速，从而提高钻头的平均机械钻速。（4）结构可靠性高：工具操作简单、容易启动、重量轻、占据空间小、坚固可靠。

附图说明

图1为本发明一种基于脉冲激励的减摩降阻工具的结构示意图。

图中：1.外套管，2.转子马达，3.定子，4.转接头，5.运动阀板，6.静止盘面，7.卡环。

图2为本发明一种基于脉冲激励的减摩降阻工具的转接头4花键联接的侧视图。

具体实施方式

按照图1所示，本发明是是由外套管1、转子马达2、定子3、转接头4、运动阀板5、静止盘面6、卡环7组成。本发明的最外层是外套管1，工作过程中，外套管1中的泥浆进入定子3中，泥浆带动转子马达2在定子3内转动，即通过内部的泥浆压力能驱动转子马达2带动转接头4与运动阀板5一起旋转。该动力单元并不能驱动钻头，只为运动阀板5提供动力，驱动其转动。泥浆经过定转子之后，通过转接头4侧面的斜孔进入转接头4内腔内，其中斜孔使泥浆更容易进入转接头4内腔；运动阀板5具有孔眼且与转接头4内腔正对，泥浆流入运动阀板5的直孔内；由于转子马达2开始运转，运动阀板5也跟着在外套管1内摇摆运动。下面是一具有中心孔的静止盘面6，通过外套管1内壁的台阶面和卡环7进行轴向定位，并与外套管1内壁形成间隙配合；静止盘面6与运动阀板5之间为间隙配合；静止盘面6内直孔的直径小于运动阀板5直孔直径，且其直孔圆心与运动阀板5直孔圆心错开；泥浆从运动阀板5直孔流入静止盘面6的直孔内。由于两孔存在相对运动，因此过流面积也在不断变化；当二者的中心孔对准时，过流面积增加，如果继续转动，两孔眼将部分错开，使过流面积降低。通过过流面积不断改变，产生压力脉冲引起轴向振动，带动整个钻具轴向运动，从而破除钻具和井壁之间的静摩阻，达到减摩降阻的效果。