[发明专利]矩形波水力脉冲工作管柱下入工具

说明书

本发明提供一种矩形波水力脉冲工作管柱下入工具，包括：外壳体，其为内中空的管状结构；活塞壳体，其套设在所述外壳体内；所述外壳体与所述活塞壳体之间形成环形的第一空腔；往复活塞，套设所述活塞壳体内，在活塞壳体内做往复运动；所述往复活塞下端与活塞壳体的内壁之间彼此相距一定距离，形成环形的第二空腔；活阀，其固定于所述往复活塞的底部；定阀，其为固定于活塞壳体顶部的环状结构，位于所述活阀下方；本发明通过采用以上的结构，具有以下的有益效果：工具产生的水力脉冲幅值更大，水锤冲击力更大，水锤作业时间更长，更有利于工作管柱的下入，且工具压耗更低，同时工具产生的水力脉冲增强岩屑移运。

技术领域

本发明涉及工作管柱下入工具领域，尤其涉及一种矩形波水力脉冲工作管柱下入工具。

背景技术

近年来，随着水平井的日渐增多，建井的装备和方法不断地改进，井的水平段长度也随之越来越长。由于水平井位移长度的增加，导致工作管柱在到达目标井深之前就出现了机械自锁而无法到达目标井深，或由于钻压不足导致可钻桥塞磨铣缓慢，或因下入过程中受到摩擦阻力而影响其下入速度。

随着水平井位移长度与垂深的比值不断增大，作用在工作管柱上的有效重力随之减少，而相反地，与井筒接触产生摩擦的工作管柱长度会增加。除此以外，由于沉积在井眼底部的碎屑物，水平井段于工作管柱摩擦也会增高，仅仅用力推动工作管柱顶部仍然不能解决该问题，因为在负载相对较小或不足时工作管柱会发生屈曲现象。一旦工作管柱发生屈曲，接触点数量和接触点之间的作用力都会迅速增加，最终造成摩擦阻力大于作用在工作管柱上的向下推力。从而导致了工作管柱出现提前自锁、钻压不足、下入缓慢等系列问题。

目前工作管柱下入工具主要通过工具振动原理，将振动工具连接在工作管柱底部钻具组合上，通过振动工具帮助工作管柱下入更深的位移段。其中两种基本的方法是：1)机械惯性方法，2)中断流量方法。

机械惯性工具。通过流量使工具内部的质量部件产生直线或旋转运动，从而传递惯性振动到工作管柱上来。通常有两种方法可以实现：一种方法是使用偏心质量块驱动泥浆马达产生横向振动。另一种是使用线弹簧/质量装置伴随工具内部的流体流量产生振动。但这类系统在将液体能量能转换成机械振动能量方面的效果并不理想。

流量中断工具。采用一种阀的功能，对流经工具的流量进行限制。限制流量产生周期性变化，在流体泵入工具时引起振荡性回压。当振动工具中断流量时，工具上部的压力在水锤作用下增加，液柱减速流入工作管柱。增加的压力作用在工作管柱的液流区域，引起工作管柱延长，导致工作管柱向下的延伸运动。之后减小流量限制，工具上方的流体压力消除，工作管柱又收缩到它原来的长度。反复这一过程产生周期振动。

目前市场上，真正唯一有效的工作管柱下入工具就是利用流体中断技术的振动工具，这类工具在典型作业过程中能经受住数百万次循环作业。国外利用流体中断振动原理的下入工具中，应用较为成熟的共有三种类型，分别是射流流量调节工具、旋转阀工具、提升阀/弹簧-质量工具；这三类是工具的典型代表产品分别有TTS公司的XRV工具、NOV公司的Agitator工具、Tempress公司的Hydropull工具。

其中TTS公司的XRV工具结构简单，无任何运动部件，成本低，但工具产生水力脉冲频率较高，为28HZ左右，水力脉冲幅值较小，水锤力较小；NOV公司的Agitator由单头螺杆驱动动定阀组产生周期性的截流，工作频率为16HZ，工具产生压力脉冲为正弦波，工具脉冲幅值有限，且压耗较高，同时结构复杂、存在橡胶件，可靠性有待提高；Tempress公司的Hydropull产生冲击脉冲式的压力波，冲击波作用时间为1-2ms左右，冲击作用时间较短，水锤效果不明显。因此，迫切需要一种工作频率低、压耗低、水锤作用时间长、水锤冲击力大的工作管柱下入工具。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种矩形波水力脉冲工作管柱下入工具，包括：