[实用新型]一种负压脉冲振荡工具

说明书

本实用新型公开了一种负压脉冲振荡工具，工具总体由以下4部分组成：振荡部分、动力部分、传动部分和回转部分。其中上接头通过螺纹与花键外筒连接，振荡短节内部设置有数组复位碟簧，活塞与振荡短节螺纹连接后与缸筒形成密封；螺杆定子与螺杆转子为整个工具提供动力；绕轴分别与螺杆转子和水帽相连，轴承轴与水帽通过平键连接后，与硬质合金轴承组、串轴承组共同组成了传动部分；动阀相对于定阀作相对旋转运动并组成了回转部分；流体通过上接头的内流道进入工具，从旁通喷嘴和下接头的内流道排出工具。它具有高振动幅度、可调节的压力脉冲的特点，解决了现有技术中降磨减阻工具结构复杂、降磨减阻效果不明显等问题，提高了钻井效率，缩短了钻井时间。

技术领域

本发明属于石油与天然气钻探工程井下工具技术领域，涉及一种在大位移井、长水平井等复杂结构井开采中能有效减少摩阻、传递钻压进而提高钻速和开采效率的负压脉冲振荡工具。

背景技术

在石油和天然气工业中，随着大斜度井、水平井在钻井工程中应用的逐渐发展，特别是水平段钻进深度不断加大。钻柱及钻具工具串与井壁或套管内壁之间的摩阻越来越大，严重影响钻进速度，有时会造成管柱弯曲甚至锁定。为解决上述问题，国内外许多公司相继研发了不同原理的降磨减阻工具，用于降低钻具与井壁的摩阻，提高钻井效率。

降磨减阻工具主要应用于石油天然气钻井工程，用于使钻柱及钻具工具串在轴向上产生振动，将静摩擦力转变成动摩擦力，降低钻柱及钻具工具串钻进过程中与井壁或套管内壁之间的摩擦阻力，实现钻头的高效破岩。现阶段常用的降磨减阻工具大多需要管柱轴向移动且结构复杂，降磨减阻效果不明显，使用寿命不长等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种负压脉冲振荡工具，它具有高振动幅度、可调节的压力脉冲的特点，解决了现有技术中降磨减阻工具结构复杂、降磨减阻效果不明显等问题，提高了钻井效率，缩短了钻井时间。

本工具可以被配置用于井下振动场景，配合振荡短节，以产生高幅度压力脉冲，可以根据需求改变工具实现的压力分布以改变脉冲的幅度和频率。

本发明所采用的技术方案是：

本负压脉冲振荡工具主要有4部分组成：振荡部分、动力部分、传动部分和回转部分。其中上接头通过螺纹与花键外筒连接，振荡短节内部设置有数组复位碟簧，活塞与振荡短节螺纹连接后与缸筒形成密封；螺杆定子与螺杆转子为整个工具提供动力；绕轴分别与螺杆转子和水帽相连，轴承轴与水帽通过平键连接后，与硬质合金轴承组、串轴承组共同组成了传动部分；动阀相对于定阀作相对旋转运动并组成了回转部分；流体通过上接头的内流道进入工具，从旁通喷嘴和下接头的内流道排出工具。根据现场作业的井况的不同，4个部分均可做不同的调整来满足现在作业的需求。

在作业过程中，流体从上接头内进入负压脉冲振荡工具，经过工具的振荡部分流道后，带动螺杆转子在螺杆定子中做旋转运动，螺杆转子下方连接着绕轴，绕轴将螺杆转子的偏心旋转运动转化为无偏心的旋转运动，绕轴下方与轴承轴部分及动阀相连。这样，螺杆转子产生的转速及扭矩通过绕轴及轴承轴直接输出到了动阀上。同时，定阀通过下接头上的旁通喷嘴，限制住了其轴向串动和周向位移，直接固定在下接头的内通道中不会随着其他零部件的旋转而产生运动。

本发明的工具内部的动阀会随着螺杆转子做周向旋转运动，定阀则固定在下接头内不旋转、不轴向运动。动阀的底部有一个与定阀的底部形状相同的孔，因此在动阀做周向旋转运动时，与定阀配合，使工具内部流道的节流面积产生周期性的变化。

流体经过本发明的工具内部流道的节流面积周期性变化，可实现工具的负压脉冲，使工具产生一个周期性变化的轴向冲击力，带动整个井下工具串以及钻杆或者连续油管进行轴向振动。

同时，动阀的侧面有一个旁通通孔，与下接头上的旁通喷嘴对应，使其在旋转时，流体能够周期性地经过旁通喷嘴喷射出，一方面可以帮助工具更好地泄压，避免工具的压降过高，另一方面能周期性地给工具一个径向方向的反作用力，使工具能周期性地产生一个径向振动。