[发明专利]钻井振动发生工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动发生工具，特别是一种钻井振动发生工具。

背景技术

在大位移井、水平井钻井中，由于井斜角大，大井斜井段钻柱自重的绝大部分压向井壁，所以管柱和井眼之间会管柱所遇摩阻较大。导致拖压，扭矩增大，并且传递到钻头的钻压不连续或有限，使得仅依靠直井段钻具重量难以送进，工具面难以控制，所钻达水平段长度有限且机械钻速较低。近些年国内外在大位移井、水平井钻井的研究中对相关减摩工具的研究与开发较多，主要方向是在井下管柱中引入振动来减小管柱与井壁之间的摩阻，并在现场取得了良好的使用效果。井下振动减摩工具利用流体通过一定的方式产生振动，将振动引入管柱中，利用振动可以使滑动钻进时的管柱与井壁的静摩擦因数减小到动摩擦因数大小。这样，可以大大减小管柱的摩擦阻力，达到增加传递到钻头上的有效钻压、提高机械钻速以及延伸管柱入井位移等目的。

例如，文献长庆气区储气库Y37-2H井长水平段钻井技术[J].天然气工业.2012(06)公开了美国NOV(National Oilwell Varco)公司研发的水力振荡器(Agitator)，并且专利文献CN202689935U中也公开了一种钻井水力振荡器。它们的工作原理基本相同，且均包含有利用液压脉冲产生钻柱振动的振动发生机构。另外，专利文献CN201031620中公开的一种脉冲位移震动发生器也是与前述振动发生机构类似的一种振动发生机构。然而，上述所涉及的钻柱振动发生机构均需要弹簧空间与钻井环空相通，亦即使用过程中弹簧空间须充满钻井液，这会降低弹簧及活动件之间密封的寿命，影响工具的整体使用寿命。另外，该振动发生机构也未见有设计专门的防掉机构，亦有相互运动件之间一旦脱开既有钻具落井的风险。

发明内容

本发明旨在提供一种钻井振动发生工具，其能够有效地控制振动心轴的振动行程，并防止相互运动件之间的脱离，保证钻具安全。此外，通过本发明还可延长工具整体工作的寿命，保证其安全可靠。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种钻井振动发生工具，包括依次相连且各自具有中空内腔的外筒、呼吸外筒和碟簧外筒，在碟簧外筒内设有碟簧组件，贯穿过所述外筒和呼吸外筒并延伸到所述碟簧外筒的中空内腔中的振动心轴，在所述振动心轴的处于碟簧外筒内的自由端处连接有驱动活塞，其中，在所述振动心轴和所述呼吸外筒的内壁之间设置阻挡件。

通过设置阻挡件在振动心轴上的位置，可以限定振动心轴的往复运动行程。同时，阻挡件还可以防止振动心轴在往复运动的过程中与工具其它部分脱开，有效地避免了工具落井事故。

在一些实施方案中，所述阻挡件与外筒的连接端之间的距离设置为等于振动心轴的振动行程。通过调整阻挡件在振动心轴上的相对位置来设定振动心轴的振动行程，这样可以使该种钻井振动工具应用到不同井的钻井需求中。

在一些实施方案中，所述阻挡件包括两个周向相对地箍在所述振动心轴上的半瓦。这样，可以防止振动心轴在往复运动的过程中与钻井振动工具其它部分脱开，有效地避免了工具落井事故。

在一些实施方案中，在所述振动心轴和所述呼吸外筒的内壁之间还设有浮动活塞，并且所述呼吸外筒上设有与形成在所述阻挡件和所述浮动活塞之间的腔室连通的呼吸孔。在呼吸孔、浮动活塞和第二腔室的共同作用下，可以将钻井振动发生工具外部的流体压力传导到驱动活塞的上端面，使驱动活塞上下两端面产生压力差，从而为该钻井振动发生工具下部连接的钻具组合提供动力。

在一些实施方案中，所述振动心轴和外筒通过花键连接，并且在花键连接区域中还形成有第一腔室。由于花键连接中连接的接触面积较大，因而可传递较大的转矩，同时花键连接的定心精度较高，可以使振动心轴与外筒之间的往复相对运动更加灵活可靠。

在一些实施方案中，所述振动心轴、呼吸外筒、碟簧外筒和驱动活塞共同限定了密闭的第二腔室，在所述第二腔室内充有液压油。这样可以为碟簧组件及密封件提供一个良好的密封环境，从而延长碟簧组件及密封件的寿命，进而提高工具整体工作的寿命及安全可靠性。

在一些实施方案中，所述第一腔室的容积变化量与所述第二腔室的容积变化量相等。由于第一腔室的容积变化量与第二腔室的容积变化量相等，而腔室的容积变化与第二腔室的容积变化方向相反，这样可以使彼此吸入和呼出的液体相互补偿，从而实现钻井过程中呼吸外筒内外部钻井液通过呼吸孔的微流量或零流量交换，避免了对呼吸孔的冲蚀，提高了工具的使用安全和寿命。