專利名稱：一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井的配套裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具。
背景技術(shù)：
在利用鉆柱進行石油或天然氣鉆井過程中，鉆柱與井壁之間的接觸及摩擦將消耗部分鉆壓，這種現(xiàn)象隨著井斜的增大、巖屑床的形成和井眼內(nèi)液柱壓力和地層壓力之間差值的增大而逐漸顯現(xiàn)，嚴重時鉆柱將完全停止運動，造成卡鉆事故。因此，如何減少鉆柱與井壁之間的接觸和摩擦，是將上部鉆柱的部分重量向下順利傳遞至鉆頭，確保鉆頭高效破巖鉆進的關(guān)鍵。一般的做法是優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和泥漿性能，減少或避免巖屑床的形成，提高泥餅質(zhì)量，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井和欠平衡或近平衡鉆井方式等。但是上述技術(shù)措施均存在一定的局限性，難以普遍推廣使用。研究表明振動能夠改變摩擦副之間的摩擦狀態(tài)，使摩擦副之間的摩擦系數(shù)降低，振動減阻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個工程領(lǐng)域。振動減阻技術(shù)屬于可控的主動減阻技術(shù)，如何將其應(yīng)用于鉆柱與井壁減阻，以克服常規(guī)減摩阻扭矩技術(shù)的局限性，是高摩阻井鉆井減阻理論研究及工具研制的一個重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，使鉆柱在軸向上產(chǎn)生周期性振動，以減少鉆柱與井壁之間的接觸和摩擦，提高機械鉆速。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，包括一個筒狀的上殼體，所述上殼體的上端安裝有轉(zhuǎn)換接頭，所述轉(zhuǎn)換接頭的下方滑動設(shè)置有活塞桿，所述活塞桿的下端伸出所述上殼體的下端，所述活塞桿上設(shè)有沿其軸向延伸的中空的活塞桿流道；一個筒狀的下殼體，所述下殼體的上端與所述活塞桿的下端固定連接，所述下殼體內(nèi)設(shè)有位于所述活塞桿下方的導(dǎo)流驅(qū)動裝置，以及位于所述導(dǎo)流驅(qū)動裝置下方的盤閥裝置，用于周期性接通或者阻斷鉆井液。作為優(yōu)選，所述導(dǎo)流驅(qū)動裝置包括轉(zhuǎn)動設(shè)置的心軸，所述心軸沿所述下殼體的軸向延伸；導(dǎo)流頭，所述導(dǎo)流頭固定設(shè)置于所述心軸的上端，所述導(dǎo)流頭上設(shè)置有傾斜的導(dǎo)流頭流道。作為優(yōu)選，所述盤閥裝置包括動閥盤，所述動閥盤固定設(shè)置于所述心軸的下端，所述動閥盤上設(shè)有與其軸向一致的動閥盤流道；靜閥盤，所述靜閥盤固定設(shè)置于所述下殼體的下端，所述靜閥盤上設(shè)有與其軸向一致的靜閥盤流道，所述靜閥盤流道與所述動閥盤流道位置相對應(yīng)。作為優(yōu)選，所述上殼體與所述下殼體之間還設(shè)置有中間接頭，所述中間接頭的下端與所述下殼體的上端螺紋連接，所述中間接頭的上端與所述活塞桿的下端螺紋連接。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明的激發(fā)鉆柱振動的、鉆井工具包括一個筒狀的上殼體，上殼體的上端安裝有轉(zhuǎn)換接頭，轉(zhuǎn)換接頭的下方滑動設(shè)置有活塞桿，活塞桿的下端伸出上殼體的下端，活塞桿上設(shè)有中空的活塞桿流道；一個筒狀的下殼體，下殼體的上端與活塞桿的下端之間固定連接，在下殼體內(nèi)設(shè)有位于活塞桿下方的導(dǎo)流驅(qū)動裝置，以及位于導(dǎo)流驅(qū)動裝置下方的盤閥裝置；本發(fā)明的鉆井工具在使用時，轉(zhuǎn)換接頭與上部鉆柱連接，下殼體的下端與下部鉆柱連接，鉆井液自上部鉆柱進入轉(zhuǎn)換接頭，流經(jīng)活塞桿流道后，沖擊導(dǎo)流驅(qū)動裝置，導(dǎo)流驅(qū)動裝置在鉆井液的沖擊作用下轉(zhuǎn)動，從而帶動盤閥裝置周期性接通或者阻斷鉆井液，當(dāng)鉆井液的流動被瞬間截止時，由于水擊效應(yīng)，盤閥裝置上部鉆井液壓力急劇上升，致使作用在活塞桿上端的壓力相應(yīng)急劇增大，活塞桿與下殼體向下運動，沖擊作用于連接在下殼體下端的下部鉆柱；當(dāng)鉆井液的流動通道打開時，盤閥裝置上部被壓縮的鉆井液得以向下釋放，水擊效應(yīng)消除，作用在活塞桿上端的壓力相應(yīng)減小，鉆井液驅(qū)使導(dǎo)流驅(qū)動裝置帶動盤閥裝置使鉆井液流道周期性重合和錯開，如此交替往復(fù)，形成周期性作用力作用于連接在下殼體下端的下部鉆柱上，激發(fā)鉆柱在軸向上周期性振動，使得鉆柱與井壁之間的靜止接觸及摩擦得以消除，上部鉆柱的重力可以向下順利傳遞，形成作用在鉆頭的有效鉆壓，使得鉆頭的破巖鉆進效率提高。



下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明附圖是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖中I-轉(zhuǎn)換接頭；2_上殼體；3_活塞桿；31_活塞桿流道；4_中間接頭；5-下殼體；6_導(dǎo)流頭；61_導(dǎo)流頭流道；7_內(nèi)筒；8-心軸；9-軸承；10_動閥盤；11_靜閥盤；12_動閥盤流道；13-靜閥盤流道。
具體實施例方式以下為本發(fā)明的激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具的具體實施例，用以解釋而非限制本發(fā)明。如附圖所示，一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，包括一個筒狀的上殼體2，在上殼體2的上端安裝有轉(zhuǎn)換接頭I，在上殼體2內(nèi)位于轉(zhuǎn)換接頭I的下方滑動設(shè)置有活塞桿3，其中，上殼體2下端的配合通孔和活塞桿3中部的配合段加工成多邊形，活塞桿3的下端伸出上殼體2的下端，活塞桿3上設(shè)有沿其軸向延伸的中空的活塞桿流道31 個筒狀的下殼體5，下殼體5與上殼體2之間設(shè)置有中間接頭4，其中，中間接頭4的下端與下殼體5的上端螺紋連接，中間接頭4的上端與活塞桿3的下端螺紋連接；在下殼體5內(nèi)設(shè)有位于活塞桿3下方的導(dǎo)流驅(qū)動裝置，以及位于導(dǎo)流驅(qū)動裝置下方的盤閥裝置，該盤閥裝置用于周期性接通或者阻斷鉆井液。本實施例中，上述導(dǎo)流驅(qū)動裝置包括轉(zhuǎn)動設(shè)置的心軸8，心軸8沿下殼體5的軸向延伸，心軸8的兩端安裝有軸承9，心軸8通過軸承9支撐于一個內(nèi)筒7上，內(nèi)筒7固定于下殼體5內(nèi)；導(dǎo)流頭6，導(dǎo)流頭6固定于心軸8的上端，導(dǎo)流頭6的外表面上設(shè)置有多個傾斜的導(dǎo)流頭流道61。本實施例中，上述盤閥裝置包括一個動閥盤10，該動閥盤10固定于心軸8的下端，在動閥盤10上設(shè)有與其軸向一致的動閥盤流道12 ;靜閥盤11，該靜閥盤11固定于下殼體5內(nèi)的下端，在靜閥盤11上設(shè)有與其軸向一致的靜閥盤流道13，靜閥盤流道13與動閥盤流道11的位置相對應(yīng)，周期性重合或錯開。本發(fā)明的激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具組裝時將靜盤閥11固定在下殼體5內(nèi)部的下端，軸承9裝在心軸8的兩端，心軸8和軸承9 一起裝入內(nèi)筒7，導(dǎo)流頭6固定在心軸8的上端，動盤閥10與心軸8的下端固定連接，然后把內(nèi)筒7整體裝入下殼體5內(nèi)，并與下殼體5固定，使動盤閥10和靜盤閥11位置相對應(yīng)；將中間接頭4與下殼體5螺紋連接；將活塞桿3裝入上殼體2，活塞桿3的下端伸出上殼體2的下端并與中間接頭4的上端螺紋連接；轉(zhuǎn)換接頭I螺紋連接在上殼體2的上端。將本發(fā)明的激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具接入鉆柱進行鉆進時將轉(zhuǎn)換接頭I的上端與上部鉆柱相連接，下殼體5的下端與下部鉆柱相連接；鉆井液流過轉(zhuǎn)換接頭I、活塞桿流道31和中間接頭4的中心通道后，沖擊導(dǎo)流頭6外表面的傾斜的導(dǎo)流頭流道61，驅(qū)使導(dǎo)流 頭6旋轉(zhuǎn)并帶動心軸8和動盤閥10旋轉(zhuǎn)，當(dāng)動盤閥10上的動閥盤流道12和靜盤閥11上的靜閥盤流道13錯開時，鉆井液的流動被瞬間截止，由于水擊效應(yīng)，動盤閥10上部鉆井液壓力急劇上升，致使作用在活塞桿3上端的鉆井液壓力急劇增大，活塞桿3沿上殼體2向下滑動并帶動中間接頭4與下殼體5向下運動，鉆井液經(jīng)活塞桿流道31、中間接頭4和下殼體5的中心通道，沖擊作用于連接在下殼體5下端的下部鉆柱上；鉆井液驅(qū)使導(dǎo)流頭6帶動心軸8和動盤閥10繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)動盤閥10上的動閥盤流道12和靜盤閥11的靜閥盤流道13重合時，鉆井液的流動通道打開，動盤閥10上部被壓縮的鉆井液得以向下釋放，水擊效應(yīng)消除，作用在活塞桿3上端的壓力相應(yīng)減小，鉆井液驅(qū)使導(dǎo)流頭6帶動心軸8和動盤閥10連續(xù)旋轉(zhuǎn)，動盤閥10上的動閥盤流道12和靜盤閥11的靜閥盤流道13周期性重合和錯開，如此交替往復(fù)，形成周期性作用力作用于連接在下殼體5下端的下部鉆柱上，激發(fā)鉆柱在軸向上進行周期性振動，使得鉆柱與井壁之間的靜止接觸及摩擦得以消除，消除了高摩扭井段鉆進過程中產(chǎn)生的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，上部鉆柱的重力得以向下順利傳遞，形成作用在鉆頭上的有效鉆壓，使得鉆頭的破巖鉆進效率提高。其中，鉆柱振動頻率、峰值和幅值可以通過調(diào)整鉆井液流量、鉆井液性能、導(dǎo)流頭6的水力結(jié)構(gòu)尺寸、活塞桿3的結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)來獲得。本發(fā)明是基于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展狀況和摩扭發(fā)生機理的分析，為滿足高摩扭井段鉆進對主動、適時減摩扭、打快等實際需求而設(shè)計的，本發(fā)明利用鉆井液驅(qū)動盤閥開關(guān)裝置，產(chǎn)生作用于下部鉆柱的沖擊振動，顯著減少鉆柱與井壁之間的摩阻和扭矩，使得鉆壓和扭矩傳輸更有效，同時擾動巖屑床，提高井眼凈化效率，降低卡鉆風(fēng)險，最大限度提高機械鉆速。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、安全可靠、壓耗低、不影響鉆具結(jié)構(gòu)、適用于多種鉆井平臺、加工制造和使用維護的成本較低等特點，對于提高高摩阻井段鉆井速度、降低生產(chǎn)成本具有重要的實際意義。本發(fā)明針對高摩阻井段鉆進過程中存在的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，利用振動能夠?qū)δΣ粮敝g的摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響的特性，創(chuàng)新性的將振動減阻技術(shù)引入鉆井工程中，突破常規(guī)減阻措施的局限性，可有效減小鉆柱與井壁之間的摩阻和扭矩，具有有效、可控的特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。以上所述僅是本發(fā)明較佳實施方式的舉例，并不用以限制本發(fā)明，其中未詳細述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準，任何基于本發(fā)明的技術(shù)啟示而進行的等效變換，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，其特征在于，包括 一個筒狀的上殼體，所述上殼體的上端安裝有轉(zhuǎn)換接頭，所述轉(zhuǎn)換接頭的下方滑動設(shè)置有活塞桿，所述活塞桿的下端伸出所述上殼體的下端，所述活塞桿上設(shè)有沿其軸向延伸的中空的活塞桿流道； 一個筒狀的下殼體，所述下殼體的上端與所述活塞桿的下端固定連接，所述下殼體內(nèi)設(shè)有位于所述活塞桿下方的導(dǎo)流驅(qū)動裝 置，以及位于所述導(dǎo)流驅(qū)動裝置下方的盤閥裝置，用于周期性接通或者阻斷鉆井液。
2.如權(quán)利要求I所述的一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，其特征在于所述導(dǎo)流驅(qū)動裝置包括 轉(zhuǎn)動設(shè)置的心軸，所述心軸沿所述下殼體的軸向延伸； 導(dǎo)流頭，所述導(dǎo)流頭固定設(shè)置于所述心軸的上端，所述導(dǎo)流頭上設(shè)置有傾斜的導(dǎo)流頭流道。
3.如權(quán)利要求2所述的一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，其特征在于所述盤閥裝置包括 動閥盤，所述動閥盤固定設(shè)置于所述心軸的下端，所述動閥盤上設(shè)有與其軸向一致的動閥盤流道； 靜閥盤，所述靜閥盤固定設(shè)置于所述下殼體的下端，所述靜閥盤上設(shè)有與其軸向一致的靜閥盤流道，所述靜閥盤流道與所述動閥盤流道位置相對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1、2或3任一項所述的一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，其特征在于所述上殼體與所述下殼體之間還設(shè)置有中間接頭，所述中間接頭的下端與所述下殼體的上端螺紋連接，所述中間接頭的上端與所述活塞桿的下端螺紋連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具，包括上殼體，上殼體的上端安裝有轉(zhuǎn)換接頭，轉(zhuǎn)換接頭的下方滑動設(shè)置有活塞桿，活塞桿上設(shè)有中空的活塞桿流道；下殼體，下殼體的上端與活塞桿的下端之間固定連接，在下殼體內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流驅(qū)動裝置，以及位于導(dǎo)流驅(qū)動裝置下方的盤閥裝置。將本發(fā)明的激發(fā)鉆柱振動的鉆井工具接入鉆柱進行鉆進時，利用鉆井液驅(qū)動特殊的閥門系統(tǒng)，產(chǎn)生水力沖擊，帶動下部鉆柱在軸向上進行周期性振動，可以消除高摩扭井段鉆進過程中產(chǎn)生的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，改善鉆柱與井壁之間的接觸狀態(tài)，將上部鉆壓和扭矩有效的傳遞到鉆頭，提高機械鉆速。
文檔編號E21B7/24GK102747957SQ201210256028
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者倪紅堅, 王瑞和, 王鵬 申請人:中國石油大學(xué)(華東)