CN211448586U - 一种钻井用振动减阻工具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种钻井用振动减阻工具,包括上接头、外壳体和下接头依次连接后组成的中空外部结构,以及设置在外部结构内的液力旋转驱动机构。所述的液力旋转驱动机构主要旋转轴、动阀和静阀;旋转轴旋转轴中部管壁上均布有若干喷射孔,旋转轴上端与外部结构构成密封旋转配合;动阀上部与旋转轴下端固定连接,下部管壁设有若干个通孔A;静阀管壁上设有若干个通孔B,静阀下部的底座上设有若干孔道,静阀的底座与外部结构密封固定,动阀的通孔A与静阀的通孔B构成间隔旋转开关配合。本实用新型的有益效果为:该工具采用旋转轴代替螺杆马达,大大降低了成本;动阀不受轴向冲击力,不会被振碎,可靠性较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及钻井工具领域中的一种振动工具,尤其是钻井用的振动减阻工具。
背景技术
随着钻井技术的不断提高,大位移井、长水平段水平井越来越多,其井眼轨迹日益复杂,摩阻越来越大。钻井过程中,常出现托压现象,尤其是滑动钻进时,无法给钻头施加真实有效的钻压,工具面难摆,定向效率低。目前,国内外解决该问题主要方法是使用水力振荡器。该工具通过水力作用产生沿钻柱轴向或径向的振动,利用振动将钻具与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦,减小钻进过程中的摩阻,改善钻压传递效果,进而提高机械钻速。现场应用效果比较好的水力振荡器的基本原理是:螺杆马达驱动盘阀转动,导致工具内部过流面积周期性变化,进而产生周期性轴向振动。但该水力振荡器也存在一些问题:采用螺杆马达,成本高;盘阀受到轴向冲击,长时间工作容易振碎。
实用新型内容
为了解决现用水力振荡器成本高、盘阀容易振碎的问题,本实用新型提供一种钻井用振动减阻工具。
本实用新型的技术方案是:
一种钻井用振动减阻工具,包括上接头、外壳体和下接头依次连接后组成的中空外部结构,以及设置在外部结构内的液力旋转驱动机构,其中:所述的液力旋转驱动机构包括旋转轴、动阀和静阀。
所述旋转轴为筒状结构,其上部和中部与上接头内孔贯通,在旋转轴中部管壁上沿圆周方向和轴线方向均布有若干喷射孔,喷射孔的轴线与旋转轴内孔圆相切,且喷射孔与旋转轴的中空内孔联通,旋转轴上端外部与中空外部结构构成密封旋转配合,旋转轴中部与中空外部结构构成环形孔腔;
所述动阀为筒状结构,其上部筒底与旋转轴下端固定连接,下部管壁设有若干个沿其周向均布的通孔A;
所述静阀为筒状或管状结构,静阀向上凸起的管壁上设有若干个沿其周向均布的通孔B,静阀下部的底座上设有若干贯穿底座上、下两端面的孔道,静阀的底座与中空外部结构密封固定,静阀向上凸起的部分与动阀下部管壁构成密封旋转配合,且动阀的通孔A与静阀的通孔B构成间隔旋转开关配合;
动阀的通孔A和静阀的通孔B分别与旋转轴中部的环形孔腔和下接头内孔贯通。
上述方案进一步包括:
所述旋转轴上端外部设有轴承座,轴承座上设有轴承A,旋转轴上部通过轴承A和轴承座与中空外部结构构成密封旋转配合。
所述轴承座与外壳体密封连接固定,轴承A设在轴承座内台阶槽上,在轴承座上方设有中空结构的压紧螺帽,压紧螺帽与上接头内孔密封连接,并对旋转轴进行轴向限位配合。
在外壳体内壁套装中空结构的支撑筒,支撑筒内壁设置有扶正套,扶正套外壁轴向设有若干导流槽,扶正套内壁设有轴承B,扶正套与支撑筒连接后对旋转轴构成旋转扶正配合。
所述旋转轴下端部设有外凸沿,该外凸沿与扶正套配合对旋转轴进行轴向限位。
所述支撑筒下端坐落在静阀的底座上,并对静阀进行轴向限位。
所述旋转轴中部管壁上沿轴线方向设置-级,每级沿圆周方向设置-个喷射孔。
所述动阀的通孔A与静阀的通孔B截面相同,且均为-个。
所述静阀底座上设有-个孔道,且所有孔道截面之和小于所有动阀的通孔A截面之和。
所述喷射孔内镶焊硬质合金喷嘴。
本实用新型的有益效果为:该工具采用旋转轴代替螺杆马达,大大降低了成本;动阀不受轴向冲击力,不会被振碎,可靠性较高。
附图说明
图1是本实用新型所述的一种钻井用振动减阻工具的结构示意图;
图2是图1中A-A处的剖视图;
图3是图1中B-B处的剖视图;
图4是图1中C-C处的剖视图;
图5是图1中扶正套(14)的主视图;
图1-5中,1.上接头,2.压紧螺帽,3、16.密封圈,4.轴承座,5.旋转轴,6.轴承B,7.动阀,8.静阀,9.外壳体,10.下接头,11.轴承A,12.轴承垫,13.紧固螺栓,14.扶正套,15.支撑筒,17.硬质合金喷嘴,501.喷射孔,701.通孔A,801.通孔B,802.底座,803.圆形孔道,1401.螺纹孔,1501.通孔C。
具体实施方式
下面将结合附图做进一步详细说明。
实施例1
一种钻井用振动减阻工具,包括上接头1、外壳体9和下接头10通过螺纹依次连接后组成的中空外部结构(也就是本实用新型工具的外部结构),在外部结构内设置有液力旋转驱动机构,该液力旋转驱动机构主要由旋转轴5、动阀7和静阀8组成。 其中:
所述旋转轴5为筒状结构,其上部和中部与上接头内孔贯通,在旋转轴5中部管壁上沿圆周方向和轴线方向均布有若干喷射孔501(具体数量根据钻井液流量、压力和喷射孔口径来计算),喷射孔501的轴线与旋转轴5内孔圆相切,且喷射孔501与旋转轴5的中空内孔联通,旋转轴5上端外部与中空外部结构(可以使上接头,也可以是外壳体)构成密封旋转配合,旋转轴5中部与中空外部结构构成环形孔腔;
所述动阀7为筒状结构,其上部筒底(封闭结构)与旋转轴5下端固定连接(可以使螺纹连接,也可以是直接焊接,或者一体化结构,根据空间安装条件选择),下部管壁设有若干个沿其周向均布的通孔A701;
所述静阀8为筒状或管状结构,静阀8向上凸起的管壁上设有若干个沿其周向均布的通孔B801,静阀8下部的底座802上设有若干贯穿底座802上、下两端面的孔道803,静阀8的底座802与中空外部结构密封固定(密封圈配合螺纹连接密封),静阀8向上凸起的部分与动阀7下部管壁构成密封旋转配合,且动阀7的通孔A701与静阀8的通孔B801构成间隔旋转开关配合,使钻井液形成液力驱动脉冲;
动阀7的通孔A701和静阀8的通孔B801分别与旋转轴5中部的环形孔腔和下接头10内孔贯通,钻井液沿上接头1、旋转轴5中空、喷射孔进入环形孔腔后,一部分通过静阀8孔道803直接进入下接头,另一部分通过动阀7的通孔A701与静阀8的通孔B801使钻井液形成液力驱动脉冲。
实施例2
在上述实施例1的基础上,进一步包括:
所述旋转轴5上端外部设有轴承座4,轴承座4上设有轴承A11,旋转轴5上部通过轴承A11和轴承座4与中空外部结构构成密封旋转配合。
所述轴承座4与外壳体9密封连接固定,轴承A11设在轴承座4内台阶槽上,在轴承座4上方设有中空结构的压紧螺帽2,压紧螺帽2与上接头内孔密封连接,并对旋转轴5进行轴向限位配合。
在外壳体9内壁套装中空结构的支撑筒15,支撑筒15内壁设置有扶正套14,扶正套14外壁轴向设有若干导流槽,扶正套14内壁设有轴承B6,扶正套14与支撑筒15连接后对旋转轴5构成旋转扶正配合。
实施例2的结构更便于组件的加工和安装,同时增加轴承,可极大减少轴承座的磨损,提高旋转效能。
实施例3
在实施例1或实施例2的基础上,更进一步的:
所述旋转轴5下端部设有外凸沿,该外凸沿与扶正套14配合对旋转轴5进行轴向限位。
所述支撑筒15下端坐落在静阀8的底座802上,并对静阀8进行轴向限位。
所述旋转轴5中部管壁上沿轴线方向设置2-5级,每级沿圆周方向设置3-5个喷射孔501。
所述动阀7的通孔A701与静阀8的通孔B801截面相同,且均为3-8个。
所述静阀8底座802上设有2-6个孔道803,且所有孔道截面之和小于所有动阀7的通孔A701截面之和。
所述喷射孔501内镶焊硬质合金喷嘴17。
典型实施例4
图1为一种钻井用振动减阻工具的结构示意图,其主要由上接头1、压紧螺帽2、轴承A11、轴承B6、轴承座4、轴承垫12、旋转轴5、外壳体9、支撑筒15、扶正套14、动阀7、静阀8、硬质合金喷嘴17、紧固螺栓13、下接头10及密封圈3、16组成。
其中,上接头1、外壳体9及下接头10的两端均设有螺纹,三者通过螺纹依次连接在一起构成外部总成。
轴承座4、支撑筒15及静阀8依次设置于外壳体9之内;轴承座4与外壳体9之间设有密封圈3,静阀8与外壳体9之间设有密封圈16;轴承座4的上端面与上接头1的下端面接触,其下端面与支撑筒15的上端面接触;轴承A11和轴承垫12依次设置于轴承座4之内;旋转轴5的上端穿过轴承A11后通过螺纹与压紧螺帽2连接;旋转轴5为非等壁厚的管状结构,上端内孔直径大于下端内孔直径,上、下两端分别设有外螺纹,外表面有圆锥状凸沿,管壁上沿轴线方向均布有若干圆孔501;扶正套14与旋转轴5之间设有轴承B6;动阀7下部与静阀8上部套装在一起,动阀7上端通过螺纹与旋转轴5连接;动阀7为阶梯形管状结构,其内孔在台阶处被分割为互不联通的两部分,上部管壁设有6个沿其周向均布的通孔A701;静阀8向上凸起的管壁上设有4个沿其周向均布的通孔B801,底座802上设有4个贯穿底座802上、下两端面的圆形孔道803。
图2所示旋转轴5的管壁上沿圆周方向均布有4个喷射孔501,喷射孔501的轴线与旋转轴5内孔圆相切,且喷射孔501与旋转轴5的内孔联通,喷射孔501内镶焊硬质合金喷嘴17。
图3所示支撑筒15壁上沿周向均布三个通孔C1501,扶正套14通过3个紧固螺栓13固定于支撑筒15之内。
图4所示动阀7的上部管壁设有6个沿其周向均布的通孔A701;静阀8向上凸起的管壁上设有6个沿其周向均布的通孔B801,底座802上设有4个贯穿底座802上、下两端面的圆形孔道803。
图5所示扶正套14沿周向均匀设置3个凸台,凸台内设有螺纹孔1401。
本振动减阻工具的在钻井过程中使用,使用时该工具串联在钻柱之中,接在钻头以上100m-200m之间的某一位置。上部钻杆内的钻井液通过上接头1进入旋转轴5内,再经过喷射孔501和硬质合金喷嘴17高速喷射至旋转轴5与支撑筒15构成的环形空腔内;钻井液的高速喷射使得旋转轴5发生旋转,进而带动动阀7转动;进入空腔内的钻井液,一小部分通过静阀8底座802上的圆形孔道803和下接头10进入下部钻柱内,大部分通过动阀7上的通孔A701和静阀8上的通孔B801以及下接头10,再流入下部钻柱内;由于动阀7相对于静阀8旋转,使得工具内部过流面积发生周期性变化,进而导致工具产生周期性振动,从而带动钻柱发生振动,变钻柱与井壁之间的静摩擦为动摩擦。
Claims (10)
1.一种钻井用振动减阻工具,包括上接头(1)、外壳体(9)和下接头(10)依次连接后组成的中空外部结构,以及设置在外部结构内的液力旋转驱动机构,其特征是,所述的液力旋转驱动机构包括旋转轴(5)、动阀(7)和静阀(8),其中:
所述旋转轴(5)为筒状结构,其上部和中部与上接头内孔贯通,在旋转轴(5)中部管壁上沿圆周方向和轴线方向均布有若干喷射孔(501),喷射孔(501)的轴线与旋转轴(5)内孔圆相切,且喷射孔(501)与旋转轴(5)的中空内孔联通,旋转轴(5)上端外部与中空外部结构构成密封旋转配合,旋转轴(5)中部与中空外部结构构成环形孔腔;
所述动阀(7)为筒状结构,其上部筒底与旋转轴(5)下端固定连接,下部管壁设有若干个沿其周向均布的通孔A(701);
所述静阀(8)为筒状或管状结构,静阀(8)向上凸起的管壁上设有若干个沿其周向均布的通孔B(801),静阀(8)下部的底座(802)上设有若干贯穿底座(802)上、下两端面的孔道(803),静阀(8)的底座(802)与中空外部结构密封固定,静阀(8)向上凸起的部分与动阀(7)下部管壁构成密封旋转配合,且动阀(7)的通孔A(701)与静阀(8)的通孔B(801)构成间隔旋转开关配合;
动阀(7)的通孔A(701)和静阀(8)的通孔B(801)分别与旋转轴(5)中部的环形孔腔和下接头内孔贯通。
2.根据权利要求1所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:所述旋转轴(5)上端外部设有轴承座(4),轴承座(4)上设有轴承A(11),旋转轴(5)上部通过轴承A(11)和轴承座(4)与中空外部结构构成密封旋转配合。
3.根据权利要求2所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:所述轴承座(4)与外壳体(9)密封连接固定,轴承A(11)设在轴承座(4)内台阶槽上,在轴承座(4)上方设有中空结构的压紧螺帽(2),压紧螺帽(2)与上接头内孔密封连接,并对旋转轴(5)进行轴向限位配合。
4.根据权利要求1、2或3所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:在外壳体(9)内壁套装中空结构的支撑筒(15),支撑筒(15)内壁设置有扶正套(14),扶正套(14)外壁轴向设有若干导流槽,扶正套(14)内壁设有轴承B(6),扶正套(14)与支撑筒(15)连接后对旋转轴(5)构成旋转扶正配合。
5.根据权利要求4所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:所述旋转轴(5)下端部设有外凸沿,该外凸沿与扶正套(14)配合对旋转轴(5)进行轴向限位。
6.根据权利要求4所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:所述支撑筒(15)下端坐落在静阀(8)的底座(802)上,并对静阀(8)进行轴向限位。
7.根据权利要求4所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:所述旋转轴(5)中部管壁上沿轴线方向设置2-5级,每级沿圆周方向设置3-5个喷射孔(501)。
8.根据权利要求7所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:动阀(7)的通孔A(701)与静阀(8)的通孔B(801)截面相同,且均为3-8个。
9.根据权利要求8所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:静阀(8)底座(802)上设有2-6个孔道(803),且所有孔道截面之和小于所有动阀(7)的通孔A(701)截面之和。
10.根据权利要求1、2或3所述的钻井用振动减阻工具,其特征是:所述喷射孔(501)内镶焊硬质合金喷嘴(17)。
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CN202020035486.3U CN211448586U (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种钻井用振动减阻工具 |
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