石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置，它包括振動單元、振動短節(jié)、驅(qū)動短節(jié)、渦輪、平衡鼓、上閥盤、下閥盤，振動單元通過花鍵安裝在振動短節(jié)中，且振動單元的一端抵在振動短節(jié)上，另一端從振動短節(jié)中伸出，碟形彈簧安裝在振動單元與振動短節(jié)之間的環(huán)形腔室內(nèi)；振動短節(jié)連接驅(qū)動短節(jié)，渦輪通過其外筒與驅(qū)動短節(jié)固定連接，下閥盤固定在驅(qū)動短節(jié)內(nèi)，上閥盤座在下閥盤上，渦輪的轉(zhuǎn)子套置于上閥盤外并被平衡鼓與上閥盤共同約束，平衡鼓卡座在上閥盤上；振動單元、驅(qū)動短節(jié)、上閥盤、下閥盤通過各自的通孔共同構(gòu)成用于鉆井液流通的通道。本發(fā)明降摩阻、防拖壓、防卡效果顯著，解決鉆井過程中出現(xiàn)的摩阻、扭矩增大和拖壓現(xiàn)象，從而減少非作業(yè)時(shí)間提高鉆井速度。
【專利說明】石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及的是石油天然氣鉆井過程中使用的防止發(fā)生卡鉆事故的工具，具體涉及的是石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置。
[0002]二、【背景技術(shù)】:
目前，隨著石油和天然氣開采難度的增加，對鉆井技術(shù)的要求越來越高，鉆井設(shè)計(jì)水平井、大位移井等復(fù)雜井形的數(shù)量逐漸增加，這些類型井的顯著特點(diǎn)是井眼深度大，井眼軌跡復(fù)雜，巖屑易沉積，導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中，鉆柱摩阻和扭矩大幅增加，鉆壓不能平穩(wěn)送至井底即發(fā)生拖壓現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生卡鉆事故，大幅度降低了鉆井速度，增加了鉆井成本，影響建井周期。針對以上情況，國內(nèi)外研究人員開發(fā)了減小摩阻或降低拖壓程度的鉆柱振動工具，并取得了一定的效果，但仍存在一些突出的問題。如工具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對鉆井液性能要求高、使用壽命短、振動頻率低等，這些問題嚴(yán)重制約現(xiàn)場應(yīng)用和推廣。
[0003]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置，它用于解決現(xiàn)有的鉆柱振動工具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用壽命短的問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:這種石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置包括振動單元、振動短節(jié)、驅(qū)動短節(jié)、渦輪、平衡鼓、上閥盤、下閥盤，振動單元通過花鍵安裝在振動短節(jié)中，且振動單元的一端抵在振動短節(jié)上，另一端從振動短節(jié)中伸出，碟形彈簧安裝在振動單元與振動短節(jié)之間的環(huán)形腔室內(nèi)；振動短節(jié)連接驅(qū)動短節(jié)，渦輪通過其外筒與驅(qū)動短節(jié)固定連接，下閥盤固定在驅(qū)動短節(jié)內(nèi)，上閥盤座在下閥盤上，渦輪的轉(zhuǎn)子套置于上閥盤外并被平衡鼓與上閥盤共同約束，平衡鼓卡座在上閥盤上；振動單元具有中心通孔，上閥盤和下閥盤也具有通孔，振動單元、驅(qū)動短節(jié)、上閥盤、下閥盤通過各自的通孔共同構(gòu)成用于鉆井液流通的通道。
[0005]上述方案中安裝碟形彈簧的環(huán)形腔室的頂部安裝有密封圈。
[0006]上述方案中平衡鼓為中間粗，兩頭細(xì)的柱狀物，上閥盤上端有中心槽，平衡鼓下端插入到上閥盤的中心槽內(nèi)，并卡座在上閥盤上，平衡鼓上端伸入到固定帽的中心槽內(nèi)，固定帽與驅(qū)動短節(jié)固定連接。
[0007]有益效果:
1、本發(fā)明工作時(shí)，鉆井液依次流經(jīng)振動短節(jié)和驅(qū)動短節(jié)，驅(qū)動短節(jié)中的渦輪轉(zhuǎn)子在鉆井液沖擊下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，帶動上閥盤轉(zhuǎn)動，上閥盤的轉(zhuǎn)動造成鉆井液過流通道發(fā)生規(guī)律性變化，從而產(chǎn)生波動壓力，波動壓力傳遞到振動短節(jié)，導(dǎo)致振動單元的縱向移動，在碟形彈簧和波動壓力共同作用下，振動單元產(chǎn)生規(guī)律性的往復(fù)運(yùn)動，這個(gè)工作過程使鉆柱產(chǎn)生高頻的縱向振動，所產(chǎn)生的振動頻率高、振幅小，不影響正常鉆進(jìn)，降摩阻、防拖壓、防卡效果顯著，解決鉆井過程中出現(xiàn)的摩阻、扭矩增大和拖壓現(xiàn)象，從而減少非作業(yè)時(shí)間提高鉆井速度。
[0008]2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，直接與鉆具相連，使用時(shí)不需要特殊處理，不增加非生產(chǎn)時(shí)間。[0009]3、本發(fā)明全部使用鋼結(jié)構(gòu)部件，強(qiáng)度高，能適應(yīng)井下復(fù)雜環(huán)境，使用壽命長。
[0010]四、【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中上閥盤的橫截面圖；
圖3是本發(fā)明中下閥盤的橫截面圖；
圖4是本發(fā)明中花鍵的橫截面圖；
圖5是本發(fā)明閥盤處產(chǎn)生的壓力波動圖。
[0011]I振動單元2振動短節(jié)3驅(qū)動短節(jié)4平衡鼓 5上閥盤 6下閥盤 7轉(zhuǎn)子 8定子9渦輪外筒 10碟形彈簧 11密封圈 12花鍵 13固定帽。
[0012]五、【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
如圖1所示，這種石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置包括振動單元1、振動短節(jié)2、驅(qū)動短節(jié)3、渦輪、平衡鼓4、上閥盤5、下閥盤6，振動單元I通過花鍵12安裝在振動短節(jié)2中，且振動單元I的一端抵在振動短節(jié)2上，另一端從振動短節(jié)2中伸出，振動單元I可隨著振動短節(jié)2的旋轉(zhuǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動。碟形彈簧10安裝在振動單元I與振動短節(jié)2之間的環(huán)形腔室內(nèi)，碟形彈簧10隨著振動單元的往復(fù)移動而發(fā)生形變；環(huán)形腔室的頂部安裝有密封圈11，用于振動短節(jié)2與振動單元I之間的密封。驅(qū)動短節(jié)3產(chǎn)生波動壓力，振動短節(jié)2接受波動壓力產(chǎn)生縱向振動。
[0013]振動短節(jié)2連接驅(qū)動短節(jié)3，驅(qū)動短節(jié)3連接鉆桿，渦輪通過渦輪外筒9與驅(qū)動短節(jié)3固定連接，下閥盤6固定在驅(qū)動短節(jié)3內(nèi)，上閥盤5座在下閥盤6上，渦輪的轉(zhuǎn)子7套置于上閥盤5外并被平衡鼓4與上閥盤5共同約束，上閥盤5隨轉(zhuǎn)子7轉(zhuǎn)動。渦輪包括定子8和轉(zhuǎn)子7，定子8固定在驅(qū)動短節(jié)內(nèi)壁，轉(zhuǎn)子7通過平衡鼓4居于驅(qū)動短節(jié)3內(nèi)的中心位置。
[0014]平衡鼓4為中間粗，兩頭細(xì)的柱狀物，上閥盤5上端有中心槽，平衡鼓4下端插入到上閥盤5的中心槽內(nèi)，并卡座在上閥盤5上，平衡鼓4上端伸入到固定帽13的中心槽內(nèi)，固定帽13與驅(qū)動短節(jié)3固定連接。
[0015]振動單元I具有中心通孔，如圖2所示，上閥盤5分布一個(gè)弧形通孔，供鉆井液流通，如圖3所示，下閥盤6分布多個(gè)通孔，供鉆井液流通。振動單元1、驅(qū)動短節(jié)3、上閥盤5、下閥盤6通過各自的通孔共同構(gòu)成貫通的孔道，用于鉆井液流通。
[0016]本發(fā)明正常工作時(shí)兩端與鉆具相連接，振動短節(jié)2與驅(qū)動短節(jié)3相連，振動單元I發(fā)生規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動帶動鉆具發(fā)生縱向振動。
[0017]鉆井液流經(jīng)內(nèi)部各通孔，帶動渦輪轉(zhuǎn)子7發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，上閥盤5因?yàn)榕c轉(zhuǎn)子7連接也發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)。下閥盤6固定在驅(qū)動短節(jié)3上，下閥盤6與上閥盤5有對應(yīng)的通孔，隨著上閥盤5的旋轉(zhuǎn)，造成鉆井液過流通道面積的變化，從而產(chǎn)生按規(guī)律變化的壓力波。壓力波向上傳播至振動短節(jié)2，振動單元I在振動短節(jié)2內(nèi)向上縱向滑動，壓縮碟形彈簧10，碟形彈簧10位于振動單元I與殼體2環(huán)空之間。當(dāng)壓力波減弱時(shí)，碟形彈簧10恢復(fù)形變，迫使振動單元I向下滑動。這樣就產(chǎn)生了鉆具的往復(fù)振動，防止卡鉆、拖壓等現(xiàn)象的發(fā)生。
[0018]在上閥盤5旋轉(zhuǎn)過程中，鉆井液流通通道面積為2個(gè)圓形通孔面積或3個(gè)圓形通孔面積，并且按照一定頻率變換，從而產(chǎn)生鉆井液壓力波動，閥盤處產(chǎn)生的壓力波動如圖5。
【權(quán)利要求】
1.一種石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置，其特征在于:這種石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置包括振動單元(I)、振動短節(jié)(2)、驅(qū)動短節(jié)(3)、渦輪、平衡鼓(4)、上閥盤(5)、下閥盤(6 )，振動單元(I)通過花鍵(12 )安裝在振動短節(jié)(2 )中，且振動單元(I)的一端抵在振動短節(jié)(2 )上，另一端從振動短節(jié)(2 )中伸出，碟形彈簧(10 )安裝在振動單元(I)與振動短節(jié)(2)之間的環(huán)形腔室內(nèi)；振動短節(jié)(2)連接驅(qū)動短節(jié)(3)，渦輪通過其外筒與驅(qū)動短節(jié)(3)固定連接，下閥盤(6)固定在驅(qū)動短節(jié)(3)內(nèi)，上閥盤(5)座在下閥盤(6)上，渦輪的轉(zhuǎn)子(7)套置于上閥盤(5)外并被平衡鼓(4)與上閥盤(5)共同約束，平衡鼓(4)卡座在上閥盤(5)上；振動單元(I)具有中心通孔，上閥盤(5)和下閥盤(6)也具有通孔，振動單元(I)、驅(qū)動短節(jié)(3)、上閥盤(5)、下閥盤(6)通過各自的通孔共同構(gòu)成用于鉆井液流通的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置，其特征在于:所述的安裝碟形彈簧(10)的環(huán)形腔室的頂部安裝有密封圈(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井用鉆桿高頻振動降阻裝置，其特征在于:所述的平衡鼓(4)為中間粗，兩頭細(xì)的柱狀物，上閥盤(5)上端有中心槽，平衡鼓(4)下端插入到上閥盤(5)的中心槽內(nèi)，并卡座在上閥盤(5)上，平衡鼓(4)上端伸入到固定帽(13)的中心槽內(nèi)，固定帽(13)與驅(qū)動短節(jié)(3)固定連接。
【文檔編號】E21B28/00GK103615211SQ201310672526
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】孫曉峰, 閆鐵, 邵帥, 屈俊波, 閆廣平, 李志剛 申請人:東北石油大學(xué)