專利名稱：一種防托壓工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種定向井、水平井和大位移井的PDC鉆頭滑動(dòng)鉆進(jìn)中消除托壓現(xiàn)象的防托壓工具。
背景技術(shù)：
隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷發(fā)展和增儲(chǔ)上產(chǎn)的需要，定向井、水平井和大位移井不斷增多。國(guó)外水平井的成本僅為直井的1.2 2倍，而產(chǎn)量則是直井的Γ8倍。水平井技術(shù)的良好的投入產(chǎn)出比，越來(lái)越為石油地質(zhì)界重視，主要優(yōu)勢(shì)有:恢復(fù)老井產(chǎn)能、開(kāi)發(fā)低能低滲等復(fù)雜油氣藏、有利于環(huán)境·保護(hù)等。大位移井技術(shù)是開(kāi)發(fā)灘海和海上油氣藏的重要手段。目前國(guó)外大位移井的水平位移已超萬(wàn)米，而國(guó)內(nèi)靠國(guó)內(nèi)技術(shù)水平位移只能達(dá)到約4000m。在水平井和大位移井的鉆井過(guò)程中，摩擦阻力大造成鉆井效率低、鉆井周期長(zhǎng)、鉆井成本高等是制約水平井和大位移井發(fā)展的主要瓶頸。近年來(lái)的經(jīng)濟(jì)、高效而環(huán)保的連續(xù)油管鉆井技術(shù)在洗井、打撈、水平井、大位移井和開(kāi)窗側(cè)鉆井等中優(yōu)勢(shì)較為突出。但由于隨著連續(xù)油管在水平井段的長(zhǎng)度增加，其與井壁的摩擦阻力增大，而連續(xù)油管的尺寸小，傳遞鉆壓的能力差，限制了其鉆水平段長(zhǎng)的能力，是連續(xù)油管的技術(shù)瓶頸。尤其是作為近年來(lái)被鉆井界廣泛應(yīng)用的提速破巖工具——PDC鉆頭，在這些井型的定向鉆進(jìn)過(guò)程中易于出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，大大制約了其在定向井中的應(yīng)用，制約了這些井型的進(jìn)一步提速。究其原因在于:鉆具在鉆井過(guò)程中存在兩種摩擦阻力:靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力，靜摩擦阻力往往比動(dòng)摩擦阻力大很多，是PDC鉆頭定向鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)托壓現(xiàn)象的根本原因，即在PDC鉆頭定向鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具出現(xiàn)了靜止?fàn)顟B(tài)，鉆具受到的摩擦阻力是靜摩擦阻力，遠(yuǎn)大于動(dòng)摩擦阻力，此時(shí)很大部分鉆壓用于克服靜摩擦阻力，鉆壓加不到鉆頭上；而當(dāng)鉆壓超過(guò)靜摩擦阻力時(shí)鉆柱開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)鉆柱的摩擦阻力轉(zhuǎn)變成了動(dòng)摩擦阻力，多出的克服靜摩擦阻力的鉆壓釋放，勢(shì)必引起鉆頭上承受很大的鉆壓，進(jìn)而產(chǎn)生陡然增加的扭矩和反扭矩，出現(xiàn)找不著工具面的現(xiàn)象，而且也很容易損壞PDC鉆頭。靜摩擦阻力產(chǎn)生的條件有兩個(gè):鉆柱出現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)和鉆柱與井壁間的靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。關(guān)于專利CN201210080849.5公開(kāi)的“一種用于降低水平井段摩阻的防托壓工具”，采用螺桿鉆具技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，活動(dòng)件多，易損壞，存在壽命短的缺陷。并且不具有調(diào)整振幅的能力，使用靈活性較差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種防托壓工具，解決現(xiàn)有技術(shù)中防托壓工具易損壞、壽命短、使用靈活性差的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:一種防托壓工具，其包括依次連接的上接頭、殼體和下接頭，固定于殼體一端內(nèi)部的上軸承座，固定于殼體另一端內(nèi)部且具有軸向流道的下軸承座，設(shè)置于上軸承座和下軸承座之間并固定于殼體內(nèi)部的動(dòng)力部件、止推軸承和墊圈，與動(dòng)力部件連接的動(dòng)力軸，以及與動(dòng)力軸相連且下部具有徑向流道的調(diào)壓軸，所述上接頭與殼體之間還設(shè)有密封圈，所述動(dòng)力部件由渦輪定子和渦輪轉(zhuǎn)子組成，該渦輪轉(zhuǎn)子與動(dòng)力軸相連，渦輪定子與殼體相固定，所述下軸承座上設(shè)有可調(diào)過(guò)流面積且由I 20個(gè)流道或/和噴嘴組成的軸向流道裝置，且該下軸承座的軸向流道與調(diào)壓軸下部的徑向流道組成控制機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述動(dòng)力軸和調(diào)壓軸中設(shè)有平衡流道，且所述動(dòng)力軸、上軸承座和平衡流道構(gòu)成平衡鼓。再進(jìn)一步地，所述上軸承座靠近上接頭的一端設(shè)有帶過(guò)濾孔的過(guò)濾器。更進(jìn)一步地，所述動(dòng)力軸靠近上軸承座的一端外壁上設(shè)有內(nèi)低摩耐磨裝置，所述上軸承座內(nèi)孔上設(shè)有外低摩耐磨裝置，所述調(diào)壓軸下端的外壁上同樣設(shè)有內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置，下軸承座內(nèi)孔上設(shè)有外低摩耐磨耐沖裝置，所述止推軸承包括動(dòng)環(huán)和定環(huán)，且該動(dòng)環(huán)和定環(huán)間設(shè)有低摩耐磨裝置，使其構(gòu)成低摩阻高耐磨滑動(dòng)止推軸承；所述內(nèi)低摩耐磨裝置和外低摩耐磨裝置構(gòu)成低摩阻高耐磨滑動(dòng)軸承，所述內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置和外低摩耐磨耐沖裝置構(gòu)成低摩阻高耐磨耐沖滑動(dòng)軸承。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果(I)本實(shí)用新型在鉆井液的驅(qū)動(dòng)下，渦輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)動(dòng)力軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力軸帶動(dòng)調(diào)壓軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使控制機(jī)構(gòu)產(chǎn)生開(kāi)閉動(dòng)作，引起鉆井液壓力波動(dòng)，在防托壓工具中產(chǎn)生波動(dòng)的軸向力，此波動(dòng)的軸向力作用在鉆柱上，利用鉆柱本身固有的彈性產(chǎn)生軸向振動(dòng)，或在本實(shí)用新型下方接上減振器增大振動(dòng)的振幅，使鉆柱保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免出現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)，從根本上消除托壓現(xiàn)象，達(dá)到防托壓的目的；(2)本實(shí)用新型的軸向振動(dòng)能力強(qiáng)，可以有效降低鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，能夠提聞定向井、水平井和大位移井水平段的延伸鉆井能力；(3)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，易于推廣使用。

圖1為本實(shí)用新型-實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型-實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型-實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖中標(biāo)記對(duì)應(yīng)的零部件名稱為1-上接頭，2-密封圈，3-殼體，4-上軸承座，5-外低摩耐磨裝置,6-內(nèi)低摩耐磨裝置,7-動(dòng)力軸,8-渦輪定子,9-渦輪轉(zhuǎn)子，10-止推軸承，11-低摩耐磨裝置，12-墊圈，13-調(diào)壓軸，14-下軸承座，15-外低摩耐磨耐沖裝置，16-內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置，17-下接頭，18-流道裝置，19-控制機(jī)構(gòu)，20-控流流道，21-循環(huán)流道，22-平衡流道，23-平衡鼓，24-過(guò)濾器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。實(shí)施例1如圖1所示，一種防托壓工具，包括依次連接的上接頭1、殼體3和下接頭17，以及設(shè)置于殼體3內(nèi)的上軸承座4、動(dòng)力部件、墊圈12、止推軸承10和下軸承座14，所述上軸承座4上方為開(kāi)放端。具體是所述殼體3與上接頭I相連的一端內(nèi)部固定著上軸承座4，與下接頭17相連的一端內(nèi)部固定著下軸承座14，且該下軸承座14上設(shè)有軸向流道，而該下接頭17內(nèi)設(shè)有循環(huán)流道21，所述動(dòng)力部件、止推軸承10和墊圈12依次設(shè)置于上軸承座4和下軸承座14之間并固定于殼體3內(nèi)部，所述上接頭I和下接頭17之間依次設(shè)有動(dòng)力軸7和調(diào)壓軸13并均位于殼體內(nèi)部，所述動(dòng)力軸7與上軸承座4、止推軸承10和動(dòng)力部件均相連，且動(dòng)力軸7還與調(diào)壓軸13相連，該調(diào)壓軸13下端設(shè)有徑向流道和控流流道20，為了保證密封性，故而在所述上接頭I與殼體3之間設(shè)置了密封圈2。所述動(dòng)力部件由渦輪定子8和渦輪轉(zhuǎn)子9組成，該渦輪轉(zhuǎn)子9和止推軸承10固定于動(dòng)力軸上，上軸承座4上還設(shè)有可調(diào)過(guò)流面積的軸向流道裝置18，該軸向流道裝置18由I 20個(gè)流道或/和噴嘴組成，且其可調(diào)節(jié)鉆井液壓力波動(dòng)的幅度、防托壓工具軸向力的波動(dòng)幅度和鉆柱的軸向振幅，而所述下軸承座14的軸向流道與調(diào)壓軸13下端的徑向流道組成了控制機(jī)構(gòu)19，該控制機(jī)構(gòu)19可控制防托壓工具軸向力的波動(dòng)頻率和鉆柱的振動(dòng)頻率。為了保證各部件之間的摩擦力較小，且各部件之間的接觸面耐磨損，故而在所述動(dòng)力軸靠近上軸承座4的一端外壁上設(shè)有內(nèi)低摩耐磨裝置6,該內(nèi)低摩耐磨裝置6為內(nèi)低摩耐磨層或內(nèi)低摩耐磨套，所述上軸承座4內(nèi)孔上設(shè)有外低摩耐磨裝置5,該外低摩耐磨裝置5為外低摩耐磨層或外低摩耐磨套，所述調(diào)壓軸13下部的外壁上設(shè)有內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置16，該內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置16可為內(nèi)低摩耐磨耐沖層或內(nèi)低摩耐磨耐沖套，下軸承座14內(nèi)孔上設(shè)有外低摩耐磨耐沖裝置15,該外低摩耐磨耐沖裝置15為外低摩耐磨耐沖層或外低摩耐磨耐沖套，所述止推軸承10包括動(dòng)環(huán)和定環(huán)，該動(dòng)環(huán)和定環(huán)間設(shè)有低摩耐磨裝置11使其構(gòu)成低摩阻高耐磨滑動(dòng)止推軸承，而該低摩耐磨裝置11為低摩耐磨層或低摩耐磨圈，所述內(nèi)低摩耐磨裝置和外低摩耐磨裝置構(gòu)成低摩阻高耐磨滑動(dòng)軸承，所述內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置和外低摩耐磨耐沖裝置構(gòu)成低摩阻高耐磨耐沖滑動(dòng)軸承，以及由于內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置和外低摩耐磨耐沖裝置的原因使控制機(jī)構(gòu)變成了高耐沖蝕控制機(jī)構(gòu)19。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于在所述動(dòng)力軸7和調(diào)壓軸13中還設(shè)有平衡流道22，以及所述上軸承座4由實(shí)施例1中的開(kāi)放端變成封閉端，從而使所述動(dòng)力軸7、上軸承座4和平衡流道22共同構(gòu)成平衡鼓23，該平衡鼓23用于降低動(dòng)力軸7和止推軸承10上的軸向力，使軸向力通過(guò)上軸承座4傳遞到殼體3，以提高動(dòng)力軸7和止推軸承10的壽命，從而提高本實(shí)用新型的使用壽命。實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別僅在于在所述上軸承座4的上端面由圓平面改為帶有過(guò)濾孔的過(guò)濾器24。該過(guò)濾器主要用于過(guò)濾掉鉆井液中的過(guò)大顆粒，預(yù)防過(guò)大顆粒堵塞渦輪定子8和渦輪轉(zhuǎn)子9，以增加本實(shí)用新型的工作可靠性和使用壽命。本使用新型工作過(guò)程，鉆井液經(jīng)過(guò)上接頭I的內(nèi)孔流經(jīng)上軸承座4的流道，再流經(jīng)渦輪定子8和渦輪轉(zhuǎn)子9，使渦輪轉(zhuǎn)子9產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力軸7帶動(dòng)調(diào)壓軸轉(zhuǎn)動(dòng)13，調(diào)壓軸13的轉(zhuǎn)動(dòng)引起控制機(jī)構(gòu)19的周期性打開(kāi)和關(guān)閉，控制機(jī)構(gòu)19打開(kāi)時(shí)本實(shí)用新型的壓降最低，控制機(jī)構(gòu)19關(guān)閉時(shí)本實(shí)用新型的壓降最高，此時(shí)的壓降就是軸向流道裝置18的壓降。在本實(shí)用新型內(nèi)部的壓降波動(dòng)使其產(chǎn)生周期性的波動(dòng)的軸向力，此波動(dòng)的軸向力作用在鉆柱上，憑借鉆柱本身固有的彈性特征就能產(chǎn)生軸向振動(dòng)，這種周期性的軸向振動(dòng)使鉆柱保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，預(yù)防靜止?fàn)顟B(tài)出現(xiàn)，從根本上消除托壓現(xiàn)象，起到防托壓的作用，使PDC鉆頭能順利用于定向鉆進(jìn)提速，進(jìn)一步提高定向井、水平井、大位移井、分支井和開(kāi)窗側(cè)鉆井等的速度，增大這些井的水平位移和鉆井水平，降低鉆井成本。為了在工作過(guò)程中能夠增大鉆柱的振幅，故而在本實(shí)用新型的下部還可接上減振器，該減振器可降低工作中振幅對(duì)本實(shí)用新型的損害，以進(jìn)一步增強(qiáng)工具的性能。低摩阻高耐磨滑動(dòng)軸承、低摩阻高耐磨耐沖滑動(dòng)軸承、低摩阻高耐磨滑動(dòng)止推軸承和高耐沖蝕控制機(jī)構(gòu)有利于本實(shí)用新型的可靠性、壽命和工作性能。按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種防托壓工具，包括依次連接的上接頭(I)、殼體(3)和下接頭(17)，固定于殼體(3) —端內(nèi)部的上軸承座(4)，固定于殼體(3)另一端內(nèi)部且具有軸向流道的下軸承座(14),設(shè)置于上軸承座(4)和下軸承座(14)之間并固定于殼體(3)內(nèi)部的動(dòng)力部件、止推軸承(10)和墊圈(12)，與動(dòng)力部件連接的動(dòng)力軸(7)，以及與動(dòng)力軸(7)相連且下部具有徑向流道的調(diào)壓軸(13)，所述上接頭(I)與殼體(3)之間還設(shè)有密封圈(2)，其特征在于:所述動(dòng)力部件由渦輪定子(8)和渦輪轉(zhuǎn)子(9)組成，該渦輪轉(zhuǎn)子(9)與動(dòng)力軸(7)相連，渦輪定子(8)與殼體(3)相固定，所述下軸承座(14)上設(shè)有可調(diào)過(guò)流面積且由I 20個(gè)流道或/和噴嘴組成的軸向流道裝置(18)，且該下軸承座(14)的軸向流道與調(diào)壓軸(13)下部的徑向流道組成控制機(jī)構(gòu)(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防托壓工具，其特征在于:所述動(dòng)力軸(7)和調(diào)壓軸(13)中設(shè)有平衡流道(22)，且所述動(dòng)力軸(7)、上軸承座(4)和平衡流道(22)構(gòu)成平衡鼓(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種防托壓工具，其特征在于:所述上軸承座(4)靠近上接頭Cl)的一端設(shè)有帶過(guò)濾孔的過(guò)濾器(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的一種防托壓工具，其特征在于:所述動(dòng)力軸(7)靠近上軸承座(4)的一端外壁上設(shè)有內(nèi)低摩耐磨裝置(6)，所述上軸承座內(nèi)孔上設(shè)有外低摩耐磨裝置(5)，所述調(diào)壓軸下端的外壁上同樣設(shè)有內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置(16)，下軸承座 (14)內(nèi)孔上設(shè)有外低摩耐磨耐沖裝置(15)，所述止推軸承(10)包括動(dòng)環(huán)和定環(huán)，且該動(dòng)環(huán)和定環(huán)間設(shè)有低摩耐磨裝置(11)使其構(gòu)成低摩阻高耐磨滑動(dòng)止推軸承；所述內(nèi)低摩耐磨裝置(6)和外低摩耐磨裝置(5)構(gòu)成低摩阻高耐磨滑動(dòng)軸承,所述內(nèi)低摩耐磨耐沖裝置(16)和外低摩耐磨耐沖裝置(15)構(gòu)成低摩阻高耐磨耐沖滑動(dòng)軸承。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種防托壓工具，解決現(xiàn)有技術(shù)中防托壓工具易損壞、壽命短、使用靈活性差的問(wèn)題。本實(shí)用新型包括上接頭、殼體和下接頭，固定于殼體一端內(nèi)部的上軸承座，固定于殼另一端內(nèi)部且具有軸向流道的下軸承座，設(shè)置于上軸承座和下軸承座之間并固定于殼體內(nèi)部的動(dòng)力部件、止推軸承和墊圈，與動(dòng)力部件連接的動(dòng)力軸，以及與動(dòng)力軸相連且下端具有徑向流道的調(diào)壓軸，所述上接頭與殼體之間還設(shè)有密封圈，所述動(dòng)力部件由渦輪定子和渦輪轉(zhuǎn)子組成，所述下軸承座上設(shè)有可調(diào)過(guò)流面積且由1～20個(gè)流道或/和噴嘴組成的軸向流道裝置，且該下軸承座的軸向流道與調(diào)壓軸下部的徑向流道組成控制機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，易于推廣。
文檔編號(hào)E21B41/00GK202914042SQ20122057276
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
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