一種減阻工具及往復(fù)軸向工藝方法
【專利摘要】一種減阻工具及往復(fù)軸向工藝方法，屬于石油及天然氣鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】。當(dāng)流體通過動(dòng)力部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于單螺桿馬達(dá)的特性，末端在閥門處的平面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)；由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)和重合，從而導(dǎo)致上流的壓力發(fā)生變化，周期性相對運(yùn)動(dòng)造成流體流經(jīng)工具的截面積周期變化；截面積周期性變化導(dǎo)致上游壓力同步的周期變化；通過振蕩短節(jié)的流體的壓力周期性的變化，作用在振蕩短節(jié)的活塞面上，振蕩短節(jié)的活塞在壓力和彈簧的雙重作用下，軸向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與新型減阻工具相連的井下工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明減少井下鉆具組合與井眼之間的摩阻，從而有效提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。
【專利說明】—種減阻工具及往復(fù)軸向工藝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減阻工具及往復(fù)軸向工藝方法，屬于石油及天然氣鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國各大油田開發(fā)大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的數(shù)量越來越多，如何有效地向鉆頭施加鉆壓就成為人們普遍關(guān)注的問題。然而在井斜大的井段施工中出現(xiàn)托壓、粘卡現(xiàn)象，尤其在滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中，無法保證給鉆頭施加真實(shí)、有效的鉆壓，這已成為影響全井平均機(jī)械鉆速及鉆井周期的主要因素。
[0003]目前鉆井主要通過復(fù)合鉆進(jìn)和井下動(dòng)力工具滑動(dòng)鉆進(jìn)兩種鉆進(jìn)方式。由于這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)井沿程水力損耗增大，井底鉆頭可用水馬力相當(dāng)?shù)?，一般都是靠鉆柱重力向鉆頭施加鉆壓破碎巖石。然而在大斜度井和水平井施工中，這種傳統(tǒng)的加壓方法受到一定的限制:
1、由于井斜較大，鉆柱重力在井眼方向的分量小或近似為0，很難滿足預(yù)先設(shè)計(jì)的鉆壓；2、由于鉆柱自重對井壁的正壓力大，增大鉆具在井壁上的摩阻，從而制約了向鉆頭上施加有效的鉆壓。
[0004]平滑穩(wěn)定的鉆壓傳遞，甚至在經(jīng)過大的方位角變化后在復(fù)雜地層中對PDC鉆頭工具面角的調(diào)整能力可以使鉆具組合鉆達(dá)更嚴(yán)的目的層；并且在鉆進(jìn)過程中不需要過多的工作來調(diào)整鉆具，很快就可以達(dá)到工具面角的扭轉(zhuǎn)，工具面角的保持，明顯提高機(jī)械鉆速，省時(shí)省力。鑒于此，世界各主要石油裝備公司及各油田均加大了對能夠有效傳遞鉆壓類工具的研究及生產(chǎn)投入。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種減阻工具及往復(fù)軸向工藝方法，能夠有效提聞機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明通過特殊的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)，工具自身產(chǎn)生的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來提高鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性和減少井下鉆具組合與井眼之間的摩阻，本發(fā)明可以用于所有的鉆進(jìn)模式，特別是在使用螺桿鉆具進(jìn)行定向鉆進(jìn)過程中改善鉆壓的傳遞，減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而有效提聞機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。
[0007]—種減阻工具的往復(fù)軸向工藝方法，含有以下步驟；
[0008]當(dāng)流體通過動(dòng)力部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于單螺桿馬達(dá)的特性，末端在閥門處的平面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)；與動(dòng)力部分連接的是閥門和軸承系統(tǒng)，閥門主要部件是動(dòng)閥片和定閥片，動(dòng)閥片和定閥片緊密配合，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)和重合，從而導(dǎo)致上流的壓力發(fā)生變化，周期性相對運(yùn)動(dòng)造成流體流經(jīng)工具的截面積周期變化(最大值和最小值)；動(dòng)閥片和定閥片重合面積最小時(shí)，由于流體通過工具的截面積為最小，所以通過工具后就產(chǎn)生一個(gè)最大的壓力降；動(dòng)閥片與定閥片最大重合，此時(shí)流體通過截面積最大，所以產(chǎn)生的壓降最?。唤孛娣e周期性變化導(dǎo)致上游壓力同步的周期變化；
[0009]通過振蕩短節(jié)的流體的壓力周期性的變化，作用在振蕩短節(jié)的活塞面上，振蕩短節(jié)的活塞在壓力和彈簧的雙重作用下，軸向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與新型減阻工具相連的井下工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0010]動(dòng)力部分I由1:2頭的螺桿馬達(dá)組成，在流體的作用下，轉(zhuǎn)子作行星運(yùn)動(dòng)，這樣在轉(zhuǎn)子末端的運(yùn)動(dòng)即為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0011]周期性變化的壓力作用在振蕩短節(jié)上，振蕩短節(jié)不斷地壓縮其內(nèi)在的彈簧而形成振動(dòng)。
[0012]一種減阻工具，動(dòng)力部的閥門下方連接軸承系統(tǒng)，動(dòng)力部分的下方連接振蕩短節(jié)，動(dòng)力部分的轉(zhuǎn)子與定子連接，閥門包括動(dòng)閥片和靜閥片，軸承系統(tǒng)連接動(dòng)閥片和靜閥片，芯軸連接彈簧和活塞。
[0013]馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、定子頭數(shù)比是1:2。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過自身產(chǎn)生的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來提高鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性，減少井下鉆具組合與井眼之間的摩阻，特別是在有螺桿鉆具的定向鉆進(jìn)過程中改善鉆壓的傳遞，減少摩阻，從而有效提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0016]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的動(dòng)力部分示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的閥門及軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的振蕩短節(jié)示意圖。
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

【具體實(shí)施方式】
[0021]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]實(shí)施例1:如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種減阻工具，主要由動(dòng)力部分1、閥門2與軸承系統(tǒng)3和振蕩短節(jié)4組成。剛性強(qiáng)的井下鉆具組合要用振蕩短節(jié)4 ;撓性強(qiáng)的井下鉆具組合可不用振蕩短節(jié)4。
[0023]一種減阻工具，動(dòng)力部分I的閥門2下方連接軸承系統(tǒng)3，動(dòng)力部分I的下方連接振蕩短節(jié)4，動(dòng)力部分I的轉(zhuǎn)子5與定子11連接，閥門2包括動(dòng)閥片6和靜閥片7，軸承系統(tǒng)3連接動(dòng)閥片6和靜閥片7，芯軸10連接彈簧8和活塞9。
[0024]馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子5定子11。
[0025]馬達(dá)的線形設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)子4、定子11頭數(shù)比是1:2的，保證了滿足流體流經(jīng)馬達(dá)部分，轉(zhuǎn)子行星運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子末端直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子、定子線形參數(shù)的設(shè)計(jì)保證了轉(zhuǎn)子相連的動(dòng)閥片的直線運(yùn)動(dòng)要有足夠的行程，及與轉(zhuǎn)子相連接的動(dòng)閥片在定閥片的有效面積內(nèi)運(yùn)動(dòng)，更重要的是保證了在一定流體流量時(shí)的設(shè)計(jì)的壓力變化頻率。
[0026]動(dòng)閥片6、定閥片7及軸承系統(tǒng)3采用抗沖擊、耐磨材料，有效承受轉(zhuǎn)子傳給動(dòng)閥片6、定閥片7的水力載荷，以及動(dòng)閥片6在定閥片7上往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的耐磨性。動(dòng)閥片6、定閥片7過流孔的設(shè)計(jì)，可滿足其緊密配合，及動(dòng)閥片直線運(yùn)動(dòng)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)過流面積周期性變化最大值和最小值。
[0027]振蕩短節(jié)4的活塞面積的設(shè)計(jì)和彈簧8的設(shè)計(jì)，可以保證當(dāng)壓力傳遞到振蕩短節(jié)，振蕩短節(jié)的活塞就在壓力和彈簧力的推動(dòng)下，帶動(dòng)振蕩短節(jié)的芯軸10向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力減小是時(shí)，振蕩短節(jié)的芯軸10復(fù)位壓縮彈簧。從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)這樣壓力周期變化，振蕩短節(jié)芯軸10實(shí)現(xiàn)往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)，使得與振蕩短節(jié)4相連的其他井下工具作往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)。
[0028]參閱圖1。流體自動(dòng)力部分I上端流入，馬達(dá)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)動(dòng)閥片6進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)和重合，從而導(dǎo)致流體流過動(dòng)閥片6和靜閥片7的過流截面積就發(fā)生了變化，這樣就導(dǎo)致上流的壓力發(fā)生變化，周期性相對運(yùn)動(dòng)造成流體流經(jīng)工具的截面積周期變化(最大值和最小值)。動(dòng)閥片6與靜閥片7最少重合時(shí)，由于流體通過工具的截面積為最小，流體通過工具后就產(chǎn)生一個(gè)最大的壓力降；動(dòng)閥片與靜閥片最大重合，此時(shí)流體通過截面積最大，產(chǎn)生的壓降最小。截面積周期性變化導(dǎo)致上游壓力同步的周期變化。當(dāng)壓力傳遞到振蕩短節(jié)4，振蕩短節(jié)4的活塞9就在壓力和彈簧力的推動(dòng)下，帶動(dòng)振蕩短節(jié)的芯軸向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力減小是時(shí)，振蕩短節(jié)4的芯軸10復(fù)位壓縮彈簧8。從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)這樣壓力周期變化，芯軸10實(shí)現(xiàn)往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)，使得與振蕩短節(jié)相連的其他井下工具作往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)。
[0029]所述新型減阻工具包括動(dòng)力部分1、閥門2與軸承系統(tǒng)3和振蕩短節(jié)4組成。動(dòng)力部分由1:2的螺桿馬達(dá)組成，當(dāng)流體通過動(dòng)力部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于單螺桿馬達(dá)的特性，末端在閥門2處的平面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。與動(dòng)力部分連接的是閥門2和軸承系統(tǒng)3，主要部件就是動(dòng)閥片6和定閥片7，動(dòng)閥片6和定閥片7緊密配合，由于轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)和重合，從而導(dǎo)致上流的壓力發(fā)生變化，周期性相對運(yùn)動(dòng)造成流體流經(jīng)工具的截面積周期變化(最大值和最小值)。動(dòng)閥片6和定閥片7重合面積最小時(shí)，由于流體通過工具的截面積為最小，所以通過工具后就產(chǎn)生一個(gè)最大的壓力降；動(dòng)閥片與定閥片最大重合，此時(shí)流體通過截面積最大，所以產(chǎn)生的壓降最小。截面積周期性變化導(dǎo)致上游壓力同步的周期變化。
[0030]通過振蕩短節(jié)4的流體的壓力周期性的變化，作用在振蕩短節(jié)的活塞9面上，振蕩短節(jié)4的活塞9就在壓力和彈簧8的雙重作用下，軸向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了與新型減阻工具相連的井下工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)的目的。
[0031]參閱圖2。動(dòng)力部分I是選用轉(zhuǎn)子5、定子11頭數(shù)比是1:2的,保證了滿足流體流經(jīng)動(dòng)力部分1，轉(zhuǎn)子5行星運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子5末端直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0032]參閱圖3。動(dòng)閥片6、靜閥片7及軸承系統(tǒng)3采用抗沖擊、耐磨材料，有效承受轉(zhuǎn)子5傳給動(dòng)閥片6、靜閥片7的水力載荷，以及動(dòng)閥片6在靜閥片7上往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的耐磨性。動(dòng)閥片6、靜閥片7過流孔的設(shè)計(jì)，可滿足其緊密配合，及動(dòng)閥片6直線運(yùn)動(dòng)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)過流面積周期性變化最大值和最小值。
[0033]參閱圖4。振蕩短節(jié)4的彈簧8與活塞9的面積設(shè)計(jì)，可以保證當(dāng)壓力傳遞到振蕩短節(jié)，振蕩短節(jié)的活塞9就在壓力和彈簧8推力的作用下，帶動(dòng)振蕩短節(jié)的芯軸10向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力減小時(shí)，振蕩短節(jié)的芯軸10復(fù)位壓縮彈簧8。從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)這樣壓力周期變化，振蕩短節(jié)芯軸10實(shí)現(xiàn)往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)，使得與振蕩短節(jié)4相連的其他井下工具作往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)。
[0034]如上所述，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種減阻工具的往復(fù)軸向工藝方法，其特征在于含有以下步驟； 當(dāng)流體通過動(dòng)力部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于單螺桿馬達(dá)的特性，末端在閥門處的平面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)；與動(dòng)力部分連接的是閥門和軸承系統(tǒng)，閥門主要部件是動(dòng)閥片和定閥片，動(dòng)閥片和定閥片緊密配合，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)和重合，從而導(dǎo)致上流的壓力發(fā)生變化，周期性相對運(yùn)動(dòng)造成流體流經(jīng)工具的截面積周期變化(最大值和最小值)；動(dòng)閥片和定閥片重合面積最小時(shí)，由于流體通過工具的截面積為最小，所以通過工具后就產(chǎn)生一個(gè)最大的壓力降；動(dòng)閥片與定閥片最大重合，此時(shí)流體通過截面積最大，所以產(chǎn)生的壓降最??；截面積周期性變化導(dǎo)致上游壓力同步的周期變化； 通過振蕩短節(jié)的流體的壓力周期性的變化，作用在振蕩短節(jié)的活塞面上，振蕩短節(jié)的活塞在壓力和彈簧的雙重作用下，軸向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與新型減阻工具相連的井下工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減阻工具的往復(fù)軸向工藝方法，其特征在于:動(dòng)力部分I由1:2頭的螺桿馬達(dá)組成，在流體的作用下，轉(zhuǎn)子作行星運(yùn)動(dòng)，這樣在轉(zhuǎn)子末端的運(yùn)動(dòng)即為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種減阻工具的往復(fù)軸向工藝方法，其特征在于:周期性變化的壓力作用在振蕩短節(jié)上，振蕩短節(jié)不斷地壓縮其內(nèi)在的彈簧而形成振動(dòng)。
4.一種減阻工具，其特征在于:動(dòng)力部的閥門下方連接軸承系統(tǒng)，動(dòng)力部分的下方連接振蕩短節(jié)，動(dòng)力部分的轉(zhuǎn)子與定子連接，閥門包括動(dòng)閥片和靜閥片，軸承系統(tǒng)連接動(dòng)閥片和靜閥片，芯軸連接彈簧和活塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種減阻工具，其特征在于:馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、定子頭數(shù)比是1:2。
【文檔編號(hào)】E21B7/24GK104213834SQ201310219806
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】黃衍福, 劉鳳, 范春英, 羅西超, 于興勝, 劉希茂, 李興杰, 陳超, 范育昭, 何莎莎, 聶海濱 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院, 北京石油機(jī)械廠