一種馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具主要由振蕩短節(jié)、容積馬達和盤閥短節(jié)三部分構成?；ㄦI心軸通過矩形花鍵與花鍵體連接，限位接頭和承壓活塞位于調節(jié)環(huán)下方并與花鍵心軸固聯(lián)，下筒體上設有呼吸孔。盤閥短節(jié)包括聯(lián)軸器、上盤閥和下盤閥，上盤閥和下盤閥上都設有偏心圓孔并且緊密貼合。工作過程中鉆井液通過容積馬達，驅動盤閥引起排量波動，排量波動向上反饋到振蕩短節(jié)承壓活塞面上，產(chǎn)生壓力變化作用在花鍵心軸上，花鍵心軸伸長后在碟簧反作用下復位。振蕩作用到上部鉆具，用于減除井壁摩阻。本發(fā)明的應用使得鉆井作業(yè)更加快速高效。
【專利說明】—種馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于石油、天然氣大位移水平井鉆井作業(yè)過程中用到的馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具。
【背景技術】
[0002]石油、天然氣鉆探過程中大位移井鉆井會產(chǎn)生鉆遇多夾層、鉆壓傳遞不佳、機械鉆速太低、鉆柱發(fā)生彎曲和屈曲、扭矩波動、工具面控制不佳、嚴重彎曲井眼等問題，導致鉆柱摩阻過大，鉆壓下傳困難，馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具可以作為解決上述問題的手段，克服以上問題即通過變靜摩擦為動摩擦降低摩擦力實現(xiàn)鉆壓的準確傳遞。檢索“軸向減阻振蕩工具”關鍵詞，無符合條件的公開專利存在。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種大位移井鉆井過程中通過自身產(chǎn)生的縱向振動來減少井下鉆具組合與井眼之間摩阻的馬達驅動式的鉆柱軸向振蕩減阻工具，使鉆壓準確有效的傳遞到鉆頭上，可以應用在所有泥漿鉆井工藝中，特別是在有螺桿的定向鉆進過程中應用來改善鉆壓的傳遞，減少扭轉振動。馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具可以突破大位移井的鉆進深度的限制，使大位移井的靶點更遠，用最簡單有效的方式加強動力鉆具各方面的性能。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:一種馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具，主要由振蕩短節(jié)、容積馬達和盤閥短節(jié)三部分依次串聯(lián)構成，所述的振蕩短節(jié)包括中空的花鍵心軸、花健體、中筒體和下筒體；花健體、中筒體和下筒體軸向依次連接后套裝在花鍵心軸的外圍，其形成的環(huán)形空間通過花鍵心軸和中筒體之間的密封接頭分為上部的潤滑腔和下部的彈簧腔；彈簧腔內自上而下裝有碟簧和調節(jié)環(huán)；限位接頭和承壓活塞位于調節(jié)環(huán)下方并與花鍵心軸固聯(lián)，同時與下筒體形成滑動配合；下筒體上設有與彈簧腔連通的呼吸孔；所述的盤閥短節(jié)包括與容積馬達轉子連接的上盤閥接頭內的上盤閥和固定在下盤閥接頭上的下盤閥，上盤閥和下盤閥緊密貼合并且截面上都設有偏心圓孔。
[0005]容積馬達轉子連接的上盤閥的連接方式為:容積馬達通過聯(lián)軸器與上盤閥閥桿連接，其中聯(lián)軸器與上盤閥閥桿的連接采用平鍵連接。上盤閥閥桿上部插入聯(lián)軸器內腔，聯(lián)軸器內腔裝有彈簧，聯(lián)軸器下方設有鎖緊帽；上盤閥和下盤閥均為耐磨材料。振蕩短節(jié)、容積馬達和盤閥短節(jié)三部分通過螺紋接頭依次串聯(lián)；下筒體通過固聯(lián)的下接頭與容積馬達連接。下筒體上的呼吸孔裝有過濾絲堵；承壓活塞與下筒體之間裝有活塞鎖緊環(huán)、V形密封圈、擋環(huán)。
[0006]本發(fā)明的鉆柱軸向振蕩減阻工具的工作原理是:花鍵心軸上部設有縮徑，花鍵心軸中部軸向上有碟簧加載，碟簧位于密封接頭與承壓活塞之間，花鍵心軸與中筒體構成彈簧腔，當下部盤閥排量變化作用在花鍵心軸下部的承壓活塞面上，產(chǎn)生壓力作用在工具心軸上，花鍵心軸相對花鍵體上移，花鍵心軸突出花鍵體的部分伸長，壓力消失，碟簧使心軸返回初始位置；在中筒體上設有呼吸孔，使鉆具內外形成壓力差，呼吸孔上設有過濾絲堵。容積馬達主要包括防掉總成、定子、轉子，防掉總成與轉子相連，轉子下端連接筒上盤閥相連的聯(lián)軸器，采用2:1容積式馬達，確保盤閥產(chǎn)生排量及壓力波動頻率與MWD等井下測量工具頻率不互相干擾。盤閥短節(jié)主要包括聯(lián)軸器、聯(lián)軸器通過平鍵連接的上盤閥、下盤閥以及上盤閥外接頭及下盤閥外接頭，馬達轉子通過聯(lián)軸器、鍵與上盤閥相連，上盤閥上有偏心圓孔，上盤閥為動盤閥，處于旋轉掃略運動狀態(tài)，下盤閥上為偏心橢圓孔，下盤閥為定盤閥，固定在下盤閥外接頭內部，上盤閥閥桿上部插入聯(lián)軸器，聯(lián)軸器內腔彈簧壓緊上盤閥閥桿。上下盤閥為耐磨材料，并且二者緊密配合。
[0007]振蕩短節(jié)心軸伸長復位即心軸振蕩，可通過碟簧對合、疊合數(shù)目配合調節(jié)環(huán)調整，使心軸產(chǎn)生振蕩幅度可調，產(chǎn)生微小幅度振蕩，避免因振蕩幅度過大損害儀器。振蕩短節(jié)花健體注油孔通過注油泵注入潤滑油，花鍵腔內充滿潤滑油，確保內外花鍵以及花健體及花鍵心軸縮頸潤滑。
[0008]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過自身產(chǎn)生的縱向振動來提高鉆進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，這就意味著馬達驅動式的鉆柱軸向振蕩減阻工具可以應用在所有的鉆進模式中，隨著當前的井眼越來越不規(guī)貝U，大位移井鉆進模式必須面臨更大的挑戰(zhàn)，馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具通過簡單有效的方式，可以配合所有公司的MWD系統(tǒng)使用，在大位移井鉆進過程中，通過有效的提高機械鉆速，減少牙輪鉆頭鉆具的起下鉆次數(shù)，降低鉆具組合粘卡機率，使大位移井鉆進更加容易和有效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的鉆柱軸向振蕩減阻工具上半部分結構示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的鉆柱軸向振蕩減阻工具下半部分結構示意圖。
[0011]圖3為圖1沿A_A面的剖視圖。
[0012]圖4為圖2沿B-B面的剖視圖。
[0013]其中:1花鍵心軸，2防塵圈，3花鍵體，4中筒體，5非標油堵，6 Y形密封圈，7密封接頭，8碟簧，9調節(jié)環(huán)，10下筒體，11過濾絲堵，12限位接頭，13活塞鎖緊環(huán)，14 V形密封圈，15擋環(huán)，16承壓活塞，17下接頭，18容積馬達，19上盤閥接頭，20聯(lián)軸器，21彈簧，22平鍵，23上盤閥閥桿，24鎖緊帽，25上盤閥，26下盤閥，27下盤閥接頭。
【具體實施方式】
[0014]下面結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步詳細描述:
參見附圖1和圖2，馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具主要由振蕩短節(jié)、容積馬達和盤閥短節(jié)三部分構成。振蕩短節(jié)包括花鍵心軸1、花健體3、中筒體4、下筒體10和下接頭17，花健體3、中筒體4和下筒體10通過螺紋依次連接，并整體套在花鍵心軸I的外圍，花鍵心軸I上端螺紋接頭伸出花鍵體3。參見附圖3，花鍵心軸I通過矩形花鍵與花鍵體3連接，花鍵心軸I與花鍵體3之間安裝有防塵圈2?；ㄦI心軸1、花健體3和密封接頭7形成花鍵腔，通過注油泵由花健體3注油孔注入潤滑油，花鍵腔內充滿潤滑油?；ㄦI心軸I與中筒體4裝有Y形密封圈6，密封接頭7固定在花鍵心軸I上，非標油堵5安裝在花健體3的注油孔上。碟簧8套在花鍵心軸I中部，調節(jié)環(huán)9位于碟簧8下方并套在花鍵心軸I上，調節(jié)環(huán)9下方設有限位接頭12和承壓活塞16?；ㄦI心軸1、限位接頭12和承壓活塞16通過螺紋依次連接并且與泥漿流道貫通。承壓活塞16上裝有活塞鎖緊環(huán)13、V形密封圈14和擋環(huán)15，使承壓活塞16與下筒體10之間實現(xiàn)密封。下筒體10上設有呼吸孔，呼吸孔上裝有過濾絲堵11，防止巖屑進入彈簧腔。下筒體10通過螺紋依次連接下接頭17和容積馬達18。
[0015]采用2:1容積式馬達，確保盤閥產(chǎn)生排量及壓力波動頻率與MWD等井下測量工具頻率不互相干擾。容積馬達18主要包括防掉總成、定子、轉子。盤閥短節(jié)主要包括聯(lián)軸器20、上盤閥閥桿23、上盤閥25、下盤閥26和下盤閥接頭27。鉆井液通過容積式馬達18，驅動轉子轉動，馬達轉子通過聯(lián)軸器20、平鍵22與上盤閥25相連。馬達轉子與聯(lián)軸器20固定連接，上盤閥閥桿23上部插入聯(lián)軸器20，聯(lián)軸器20通過平鍵22連接上盤閥閥桿23，聯(lián)軸器20內腔彈簧21壓緊上盤閥閥桿23，聯(lián)軸器20下方設有鎖緊帽24，上盤閥閥桿23和上盤閥25固定連接。上盤閥25上設有偏心圓孔，處于旋轉掃略運動狀態(tài)，參見圖4，下盤閥26上也設有偏心橢圓孔，下盤閥26為定盤閥，固定在下盤閥接頭27內部。上下盤閥為耐磨材料，二者緊密配合。
[0016]由于花健體3、中筒體4、下筒體10、下接頭17、容積馬達18、上盤閥接頭19和下盤閥接頭27有上述連接關系，構成通過上述一系列零件向下傳遞鉆桿扭矩的鉆具體。上盤閥25的轉動，導致上盤閥25和下盤閥26相錯、重合，由于上下盤閥偏心孔的關系，造成流體流經(jīng)工具的截面積在最大值和最小值之間出現(xiàn)周期性的變化，產(chǎn)生排量波動。排量波動反饋到振蕩短節(jié)上，盤閥短節(jié)中的波動作用在花鍵心軸I下部承壓活塞16的底面上，又通過限位接頭12將產(chǎn)生的壓力作用在工具花鍵心軸I上，花鍵心軸I相對花鍵體3上移，花鍵心軸I突出花鍵體3的部分伸長，壓力消失，碟簧8使花鍵心軸I返回初始位置。容積馬達18使下部盤閥短節(jié)產(chǎn)生周期性的排量波動，排量波動向上反饋到振蕩短節(jié)的承壓活塞16底面上，振蕩短節(jié)內就形成了對碟簧8周期性的壓力作用，形成周期性振動，從而帶動鉆柱產(chǎn)生周期性軸向振蕩?；ㄦI心軸I的振蕩幅度，可通過碟簧8對合、疊合數(shù)目配合調節(jié)環(huán)9調整，使花鍵心軸I產(chǎn)生微小幅度振蕩。
【權利要求】
1.一種馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具，其特征在于，主要由振蕩短節(jié)、容積馬達(18)和盤閥短節(jié)三部分依次串聯(lián)構成，所述的振蕩短節(jié)包括中空的花鍵心軸(I)、花健體(3)、中筒體(4)和下筒體10 ;花健體(3)、中筒體(4)和下筒體(10)軸向依次連接后套裝在花鍵心軸(I)的外圍，其形成的環(huán)形空間通過花鍵心軸(I)和中筒體(4)之間的密封接頭(7)分為上部的潤滑腔和下部的彈簧腔；彈簧腔內自上而下裝有碟簧(8)和調節(jié)環(huán)(9)；限位接頭(12)和承壓活塞(16)位于調節(jié)環(huán)(9)下方并與花鍵心軸(I)固聯(lián)，同時與下筒體(10)形成滑動配合；下筒體(10)上設有與彈簧腔連通的呼吸孔；所述的盤閥短節(jié)包括與容積馬達(18)轉子連接的上盤閥接頭(19)內的上盤閥(25)和固定在下盤閥接頭(27)上的下盤閥(26)，上盤閥(25)和下盤閥(26)緊密貼合并且截面上都設有偏心圓孔。
2.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具，其特征在于，所述容積馬達(18)轉子連接的上盤閥(25)的連接方式為:容積馬達(18)通過聯(lián)軸器(20)與上盤閥閥桿(23 )連接，其中聯(lián)軸器(20 )與上盤閥閥桿(23 )的連接采用平鍵連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具，其特征在于，所述上盤閥閥桿(23)上部插入聯(lián)軸器(20)內腔，聯(lián)軸器(20)內腔裝有彈簧(21)，聯(lián)軸器(20)下方設有鎖緊帽(24);所述上盤閥(25)和下盤閥(26)均為耐磨材料。
4.根據(jù)1-3任一權利要求所述的馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具，其特征在于:所述振蕩短節(jié)、容積馬達(18)和盤閥短節(jié)三部分通過螺紋接頭依次串聯(lián)；所述下筒體(10)通過固聯(lián)的下接頭(17)與容積馬達(18)連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的馬達驅動的鉆柱軸向振蕩減阻工具，其特征在于:所述下筒體(10)上的呼吸孔裝有過濾絲堵(11);所述承壓活塞(16)與下筒體之間裝有活塞鎖緊環(huán)(13)、V形密封圈(14)、擋環(huán)(15)。
【文檔編號】F16F15/02GK103697107SQ201210368489
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權日:2012年9月28日
【發(fā)明者】張輝, 吳仲華, 溫林榮, 聶云飛 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院