CN110067513A - 一种旋转振动套管引导下入工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转振动套管引导下入工具，包括，上接头、外筒和下接头连接后组成的外筒总成，悬挂在下接头内且与下接头旋转配合的引鞋接头、引鞋，以及设置在外筒总成内的驱动总成；所述驱动总成包括活塞筒总成、导向套和活塞杆；所述活塞杆外壁周向自上而下依次间隔设有环状活塞、活塞杆导流孔、“之”字形导向槽和花键套；所述活塞筒总成介于外筒和活塞杆之间，主要由上缸套、上活塞筒、中密封筒和活塞筒下接头自上而下依次连接组成。本发明通过液力驱动活塞杆产生一定频率的上下冲击振动，将静摩擦转变为动摩擦，有效降低套管下入过程中的阻力，同时能够通过引起引鞋的振动减少地层对末端引鞋的扭转阻力，提高引鞋的旋转划眼能力。

Description

一种旋转振动套管引导下入工具

技术领域

本发明涉及油气勘探开发工具领域的完井套管下入工具，特别涉及适用于大位移、大斜度、水平井中套管下入的一种旋转振动套管引导下入工具。

背景技术

目前在油气勘探开发领域，大位移井、水平井中由于钻井井眼摩阻、井眼不畅通、井眼轨迹局部狗腿度过大、泥浆性能差导致的井眼不稳定等原因造成完井套管下入困难，通常做法是在套管下入前进行反复通井，但仍无法确保套管能够顺利下入。目前已有专利：申请号201410619944 .7一种复杂结构井套管下入辅助装置和申请号201410466167.7一种具有通井功能的可捞式套管下入引导工具分别为螺旋杆和涡轮驱动末端引鞋旋转，实现套管下入过程划眼功能，上述结构的驱动所能产生的扭矩较小，当旋转引鞋遇阻过大无法转动时，将无法实现引鞋的旋转划眼功能；另外当井眼对下入套管产生的摩阻过大时，即使引鞋能够旋转，套管仍有可能无法下深至设计井深。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种旋转振动套管引导下入工具，通过液力驱动活塞杆产生一定频率的上下冲击振动，将静摩擦转变为动摩擦，有效降低套管下入过程中的阻力，同时能够通过引起引鞋的振动减少地层对末端引鞋的扭转阻力，提高引鞋的旋转划眼能力。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种旋转振动套管引导下入工具，包括，上接头、外筒和下接头连接后组成的外筒总成，悬挂在下接头内且与下接头旋转配合的引鞋接头、引鞋，以及设置在外筒总成内的驱动总成；其中：

所述驱动总成包括活塞筒总成、导向套和活塞杆；

所述活塞杆内部为通孔结构的圆柱体，活塞杆外壁周向自上而下依次间隔设有环状活塞、活塞杆导流孔、“之”字形导向槽，活塞杆下端部设有轴向花键套；

所述活塞筒总成介于外筒和活塞杆之间，主要由上缸套、上活塞筒、中密封筒和活塞筒下接头自上而下依次连接组成，且上活塞筒、中密封筒和活塞筒下接头与外筒之间留有轴向间隙；上缸套位于上接头与外筒结合内部，上缸套内壁与活塞杆上端部的圆柱体部分构成滑动密封配合，上缸套或者上活塞筒外壁与外筒上端内壁构成动密封配合；中密封筒与上活塞筒连接部设有内凸沿，内凸沿上周向分布有沿轴向的中密封筒流道，同时该凸沿与活塞杆上的环状活塞构成轴向限位配合；上活塞筒与上缸套和中密封筒连接部的相对内侧上分别设有周向分布的上活塞筒上孔和上活塞筒下孔，上活塞筒上孔和上活塞筒下孔均与上活塞筒、中密封筒和活塞筒下接头与外筒之间轴向间隙贯通；活塞筒下接头上周向分布有活塞筒下接头孔，活塞筒下接头孔与上活塞筒、中密封筒和活塞筒下接头与外筒之间轴向间隙贯通；导向套设在中密封筒内凸沿、活塞筒下接头、活塞杆外壁的活塞杆导流孔和“之”字形导向槽之间组成的环形空间内，导向套外部与中密封筒密封固联，内部与活塞杆轴向滑动密封配合，导向套筒壁上设有与活塞杆导流孔径向导通的导向套流道和与中密封筒上的中密封筒流道导通的导向套流道，在导向套内壁上还周向设有导向球，导向球与活塞杆外壁上的“之”字形导向槽构成导向限位配合；

所述活塞杆上的环状活塞位于上缸套、上活塞筒和导向套组成的环行空腔内，且活塞杆上、下行止点处分别与上活塞筒的上活塞筒上孔和上活塞筒下孔封堵配合，同时导向球分别与活塞杆外壁上的“之”字形导向槽的下止点和上止点构成限位配合；

所述引鞋接头内壁设有与活塞杆下端部轴向插接配合的花键套，在引鞋接头与活塞杆结合部沿轴向设有与活塞筒下接头孔和引鞋流道贯通的引鞋接头流道。

上述方案进一步包括：

所述上接头和上缸套之间设有缓冲垫圈；所述活塞杆下端内孔通过密封圈和卡簧固定有喷嘴。

在外筒下端部外壁设置扶正器，所述扶正器上端由外筒下台阶限位，下端由防吊螺钉限位。

在引鞋接头中部通过螺纹和防转螺钉固联有下止推环，在下接头与引鞋接头和下止推环的对合部分别设有上轴承和下轴承；在活塞筒下接头和下接头结合部设有下垫环。

所述导向套内部的导向球通过螺纹通孔和导向球座进行限定。

所述引鞋接头流道位于花键套的键之间，为半圆形。

所述中密封筒流道为圆形。

所述外筒上端通过外螺纹与上接头连接，下端通过内螺纹与下接头连接；所述上缸套、上活塞筒、中密封筒、活塞筒下接头依次通过螺纹连接；引鞋接头下端通过螺纹与引鞋连接。

中密封筒下部与导向套之间设有定位螺钉。

在上缸套内壁与活塞杆滑动密封配合的活塞上密封圈，上缸套或者上活塞筒外壁设有与外筒上端内壁动密封配合的活塞筒上密封圈；在活塞杆环形活塞处设有与上活塞筒密封配合的活塞中密封圈，在活塞杆与导向套滑动配合部设有活塞下密封圈，在中密封筒与导向套结合部设有活塞筒下密封。

本发明的优点在于：套管下入过程中，通过建立循环，实现活塞杆的轴向往复运动和旋转，并产生轴向振动冲击力，有效降低套管下入过程中的阻力，提高引鞋的旋转划眼能力，提高套管在大位移井和水平井中的下入能力和安全性。

附图说明

图1是旋转振动套管引导下入工具活塞处于下终点整体结构示意图；

图2是旋转振动套管引导下入工具活塞处于上终点整体结构示意图；

图3是图1中A-A处剖视图；

图4是图2在C-C处剖视图；

图5是图1或图2在B-B处剖视图；

图6是导向套11结构图；

图7是图6中导向套11沿D向和E-E向外部螺旋过流槽展开图 ；

图8是活塞杆10结构图；

图9是图8活塞杆10沿H向和G-G向导向槽部分展开图；

图10是中密封筒9结构图；

图11是中密封筒9右视结构图；

图12是导向套11和中密封筒9装配在一起后，沿图7中E-E走向剖视图。

图中：1.上接头，2.缓冲垫圈，3.上缸套，4.活塞筒上密封，5.活塞上密封，6.上活塞筒，7.外筒，8.活塞中密封，9.中密封筒，10.活塞杆，11.导向套，12.活塞下密封，13.导向球座，14.导向球，15.定位螺钉，16活塞筒下密封，17. 活塞筒下接头，18.扶正器，19.下垫环，20.上轴承，21.下接头，22.防吊螺钉，23.下轴承，24.防转螺钉，25.下止推环，26.喷嘴，27.引鞋接头，28.引鞋，29.上活塞筒上孔，30. 活塞杆上腔，31.中密封筒流道，32. 导向套流道，33.活塞筒下接头孔，34.引鞋接头流道，35.活塞杆下腔，36.导向套流道，37.活塞杆处于下终点时相对于导向球位置，38.活塞杆处于上终点时相对于导向球位置，39.上活塞筒下孔，40.活塞杆导流孔。

具体实施方式

下面结合附图说明中的图1至图11对本发明做进一步说明。

参照图1和2，一种旋转振动套管引导下入工具，包括，上接头1、外筒7和下接头21连接后组成的外筒总成，悬挂在下接头21内且与下接头21旋转配合的引鞋接头27、引鞋28，以及设置在外筒总成内的驱动总成。

所述驱动总成包括活塞筒总成、导向套11和活塞杆10。

参照图8和9，所述活塞杆10内部为通孔结构的圆柱体，活塞杆10外壁周向自上而下依次间隔设有环状活塞、活塞杆导流孔40、“之”字形导向槽，活塞杆10下端部设有轴向花键套。

参照附图1和2，所述活塞筒总成介于外筒7和活塞杆10之间，主要由上缸套3、上活塞筒6、中密封筒9和活塞筒下接头17自上而下依次连接组成，且上活塞筒6、中密封筒9和活塞筒下接头17与外筒7之间留有轴向间隙。上缸套3位于上接头1与外筒7结合内部，上缸套3内壁与活塞杆10上端部的圆柱体部分构成滑动密封配合，上缸套3或者上活塞筒6外壁与外筒7上端内壁构成动密封配合。参照附图10-12，中密封筒9与上活塞筒6连接部设有内凸沿，内凸沿上周向分布有沿轴向的中密封筒流道31，同时该凸沿与活塞杆10上的环状活塞构成轴向限位配合。上活塞筒6与上缸套3和中密封筒9连接部的相对内侧上分别设有周向分布的上活塞筒上孔29和上活塞筒下孔39，上活塞筒上孔29和上活塞筒下孔39均与上活塞筒6、中密封筒9和活塞筒下接头17与外筒7之间轴向间隙贯通。活塞筒下接头17上周向分布有活塞筒下接头孔33，活塞筒下接头孔33与上活塞筒6、中密封筒9和活塞筒下接头17与外筒7之间轴向间隙贯通。参照图6-7，导向套11设在中密封筒9内凸沿、活塞筒下接头17、活塞杆10外壁的活塞杆导流孔40和“之”字形导向槽之间组成的环形空间内，导向套11外部与中密封筒9密封固联，内部与活塞杆10轴向滑动密封配合，导向套11筒壁上设有与活塞杆导流孔40径向导通的导向套流道32和与中密封筒9上的中密封筒流道31导通的导向套流道36，在导向套11内壁上还周向设有导向球14，导向球14与活塞杆10外壁上的“之”字形导向槽构成导向限位配合。

参照图1、8和10，所述活塞杆10上的环状活塞位于上缸套3、上活塞筒6和导向套11组成的环行空腔内，且活塞杆10上、下行止点处分别与上活塞筒6的上活塞筒上孔29和上活塞筒下孔39封堵配合，同时导向球14分别与活塞杆10外壁上的“之”字形导向槽的下止点和上止点构成限位配合。

参照图5，所述引鞋接头27内壁设有与活塞杆10下端部轴向插接配合的花键套，在引鞋接头27与活塞杆10结合部沿轴向设有与活塞筒下接头孔33和引鞋流道贯通的引鞋接头流道34。

进一步的：所述上接头1和上缸套3之间设有缓冲垫圈2；所述活塞杆10下端内孔通过密封圈和卡簧固定有喷嘴26。

进一步的：在外筒7下端部外壁设置扶正器18，所述扶正器18上端由外筒7下台阶限位，下端由防吊螺钉22限位。

进一步的：在引鞋接头27中部通过螺纹和防转螺钉24固联有下止推环25，在下接头21与引鞋接头27和下止推环25的对合部分别设有上轴承20和下轴承23；在活塞筒下接头17和下接头21结合部设有下垫环19。

进一步的：所述导向套11内部的导向球14通过螺纹通孔和导向球座13进行限定。

进一步的：所述引鞋接头流道34位于花键套的键之间，为半圆形。

进一步的：所述中密封筒流道31为圆形。

进一步的：所述外筒7上端通过外螺纹与上接头1连接，下端通过内螺纹与下接头21连接；所述上缸套3、上活塞筒6、中密封筒9、活塞筒下接头17依次通过螺纹连接；引鞋接头27下端通过螺纹与引鞋28连接。

进一步的：中密封筒9下部与导向套11之间设有定位螺钉15。

进一步的：在上缸套3内壁与活塞杆10滑动密封配合的活塞上密封圈5，上缸套3或者上活塞筒6外壁设有与外筒7上端内壁动密封配合的活塞筒上密封圈4；在活塞杆10环形活塞处设有与上活塞筒6密封配合的活塞中密封圈8，在活塞杆10与导向套11滑动配合部设有活塞下密封圈12，在中密封筒9与导向套11结合部设有活塞筒下密封16。

典型应用实施例

在图1、2中所示，使用时上接头1与下入井内的套管通过螺纹连接，外筒7与上接头1螺纹连接，扶正器18套在外筒7下端外部，可以自由选择，扶正器18上端由外筒7下端台阶限位，下部由防吊螺钉22限位。下接头21通过螺纹与外筒7连接，下接头21内孔上下两端分别装有上轴承20和下轴承23，能够承受轴向和径向力，实现引鞋接头27相对下接头21的相对转动并承受轴向力。下止推环25通过螺纹装在引鞋接头27中部，防转螺钉24通过螺纹安装在下止推环25外圆螺纹孔内，拧紧后防止下止推环25松动。下轴承23能够承受活塞杆10所产生的向下轴向冲击力，并通过下止推环25传递给引鞋28。上接头1和上缸套3之间装有缓冲垫圈2，能够补偿轴向装配时的长度误差，并能够起到缓冲活塞杆10向上的冲击力。上缸套3内孔安装活塞上密封5，活塞杆10相对活塞上缸套3能够沿轴向往复运动。中密封筒9与上活塞筒6通过螺纹连接，活塞杆10上部最大径处（即环状活塞）装在上缸套3与上活塞筒6和中密封筒9形成的腔内，能够沿轴线往复运动并自由转动。活塞筒下接头17上端与中密封筒9通过螺纹连接。定位螺钉15穿过中密封筒9下部外侧通孔后与导向套11通过螺纹上紧，确保导向套11的导向套流道36与中密封筒9的过流孔31冲齐（参照图12）。外筒7下端与下接头21通过螺纹连接，下垫环19安装在活塞筒下接头17与下接头21之间，起到压紧固定活塞筒下接头17和上活塞筒6的作用。见图5，活塞杆10下端与引鞋接头27内孔通过花键套结构连接能够相对轴向往复运动并传递扭矩给引鞋28。当活塞杆10处于图1所示下终点位置时，流经喷嘴26的液体产生压降，导致活塞杆10内孔压力高于喷嘴26下端压力，喷嘴26下端低压区经引鞋接头流道34、活塞筒下接头孔33、上活塞筒上孔29与活塞杆10上部液压腔30连通，保持相同压力（低压）。活塞杆10内孔经中部活塞杆导流孔40与导向套11的导向套流道32来连通，并经过导向套11侧向导向套流道36（见图7）和中密封筒9过流孔31（见图10-12）与活塞杆下腔35（见图2）连通，形成高压区，推动活塞杆11上行，活塞杆上腔30内的液体由上活塞筒6上端侧面的上活塞上孔29排出。导向球座13通过螺纹安装在导向套11下端内侧，导向球14外侧与导向球座13的凹陷球面配合，导向球14内侧与活塞杆10的“之”字形导向槽配合。活塞杆10处于下终点时，相对于导向球14处于图9中标注的位置37，活塞杆11上行时导向球14相对活塞杆11沿图9中箭头所指路线运动，直至图9中位置38。活塞杆11上行时在导向球14作用下，活塞杆11顺时针转动由图3位置转至图4位置，旋转角度为图中α角，并通过引鞋下接头27带动引鞋28顺时针旋转，实现划眼功能。活塞杆11上行过程，上述高压区流道始终连通，确保压力能够达到活塞杆下腔35，直至活塞杆10到达上终点。

在图2中所示，活塞杆10达到上终点后，其内孔与导向套11的通道关闭，如图4所示。在导向球14相对于活塞杆10处于图9中38所指位置。此时活塞杆下腔35经过上活塞筒下孔39、活塞筒下接头孔33、引鞋接头流道34与喷嘴26下端的低压区连通，在活塞杆10孔内高压的作用下，活塞杆10下行，达到下终点前，活塞杆导流孔40与导向套流道32是保持关闭的，见图4所示。同时， 在导向球14作用下，活塞杆11沿下行的同时，顺时针转动由图4位置转至图3位置，旋转角度为图中β角，并通过引鞋下接头27带动引鞋28顺时针旋转，实现划眼功能。活塞杆10下行至下终点时对中密封筒9产生冲击力，并经过活塞筒下接头17、下垫环19、下接头21、下轴承21、下止推环25、引鞋接头27传递给引鞋28。

在流经喷嘴26的液体作用下上述过程周而复始，循环出现，产生一定频率的轴向冲击力，并驱动引鞋28旋转划眼。

Claims (10)

1.一种旋转振动套管引导下入工具，包括，上接头（1）、外筒（7）和下接头（21）连接后组成的外筒总成，悬挂在下接头（21）内且与下接头（21）旋转配合的引鞋接头（27）、引鞋（28），以及设置在外筒总成内的驱动总成；其特征在于：

所述驱动总成包括活塞筒总成、导向套（11）和活塞杆（10）；

所述活塞杆（10）内部为通孔结构的圆柱体，活塞杆（10）外壁周向自上而下依次间隔设有环状活塞、活塞杆导流孔（40）、“之”字形导向槽，活塞杆（10）下端部设有轴向花键套；

所述活塞筒总成介于外筒（7）和活塞杆（10）之间，主要由上缸套（3）、上活塞筒（6）、中密封筒（9）和活塞筒下接头（17）自上而下依次连接组成，且上活塞筒（6）、中密封筒（9）和活塞筒下接头（17）与外筒（7）之间留有轴向间隙；上缸套（3）位于上接头（1）与外筒（7）结合内部，上缸套（3）内壁与活塞杆（10）上端部的圆柱体部分构成滑动密封配合，上缸套（3）或者上活塞筒（6）外壁与外筒（7）上端内壁构成动密封配合；中密封筒（9）与上活塞筒（6）连接部设有内凸沿，内凸沿上周向分布有沿轴向的中密封筒流道（31），同时该凸沿与活塞杆（10）上的环状活塞构成轴向限位配合；上活塞筒（6）与上缸套（3）和中密封筒（9）连接部的相对内侧上分别设有周向分布的上活塞筒上孔（29）和上活塞筒下孔（39），上活塞筒上孔（29）和上活塞筒下孔（39）均与上活塞筒（6）、中密封筒（9）和活塞筒下接头（17）与外筒（7）之间轴向间隙贯通；活塞筒下接头（17）上周向分布有活塞筒下接头孔（33），活塞筒下接头孔（33）与上活塞筒（6）、中密封筒（9）和活塞筒下接头（17）与外筒（7）之间轴向间隙贯通；导向套（11）设在中密封筒（9）内凸沿、活塞筒下接头（17）、活塞杆（10）外壁的活塞杆导流孔（40）和“之”字形导向槽之间组成的环形空间内，导向套（11）外部与中密封筒（9）密封固联，内部与活塞杆（10）轴向滑动密封配合，导向套（11）筒壁上设有与活塞杆导流孔（40）径向导通的导向套流道（32）和与中密封筒（9）上的中密封筒流道（31）导通的导向套流道（36），在导向套（11）内壁上还周向设有导向球（14），导向球（14）与活塞杆（10）外壁上的“之”字形导向槽构成导向限位配合；

所述活塞杆（10）上的环状活塞位于上缸套（3）、上活塞筒（6）和导向套（11）组成的环行空腔内，且活塞杆（10）上、下行止点处分别与上活塞筒（6）的上活塞筒上孔（29）和上活塞筒下孔（39）封堵配合，同时导向球（14）分别与活塞杆（10）外壁上的“之”字形导向槽的下止点和上止点构成限位配合；

所述引鞋接头（27）内壁设有与活塞杆（10）下端部轴向插接配合的花键套，在引鞋接头（27）与活塞杆（10）结合部沿轴向设有与活塞筒下接头孔（33）和引鞋流道贯通的引鞋接头流道（34）。

2.根据权利要求1所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：所述上接头（1）和上缸套（3）之间设有缓冲垫圈（2）；所述活塞杆（10）下端内孔通过密封圈和卡簧固定有喷嘴（26）。

3.根据权利要求1或2所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：在外筒（7）下端部外壁设置扶正器（18），所述扶正器（18）上端由外筒（7）下台阶限位，下端由防吊螺钉（22）限位。

4.根据权利要求3所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：在引鞋接头（27）中部通过螺纹和防转螺钉（24）固联有下止推环（25），在下接头（21）与引鞋接头（27）和下止推环（25）的对合部分别设有上轴承（20）和下轴承（23）；在活塞筒下接头（17）和下接头（21）结合部设有下垫环（19）。

5.根据权利要求4所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：所述导向套（11）内部的导向球（14）通过螺纹通孔和导向球座（13）进行限定。

6.根据权利要求5所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：所述引鞋接头流道（34）位于花键套的键之间，为半圆形。

7.根据权利要求6所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：所述中密封筒流道（31）为圆形。

8.根据权利要求7所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：所述外筒（7）上端通过外螺纹与上接头（1）连接，下端通过内螺纹与下接头（21）连接；所述上缸套（3）、上活塞筒（6）、中密封筒（9）、活塞筒下接头（17）依次通过螺纹连接；引鞋接头（27）下端通过螺纹与引鞋（28）连接。

9.根据权利要求8所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：中密封筒（9）下部与导向套（11）之间设有定位螺钉（15）。

10.根据权利要求1所述的旋转振动套管引导下入工具，其特征在于：在上缸套（3）内壁与活塞杆（10）滑动密封配合的活塞上密封圈（5），上缸套（3）或者上活塞筒（6）外壁设有与外筒（7）上端内壁动密封配合的活塞筒上密封圈（4）；在活塞杆（10）环形活塞处设有与上活塞筒（6）密封配合的活塞中密封圈（8），在活塞杆（10）与导向套（11）滑动配合部设有活塞下密封圈（12），在中密封筒（9）与导向套（11）结合部设有活塞筒下密封（16）。