一种减摩降阻工具制造技术

本发明专利技术公开了一种减摩降阻工具，包括工具本体和滚子，减摩降阻工具本体的外壁上设置有滚子，其特征在于：工具本体的外壁上设置有至少一组转向滚子，转向滚子由滚子和转向座组成，滚子通过转动连接安装在转向座上，滚子能相对转向座旋转，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线有偏移，且偏移距大于滚子半径的八分之一，转向座通过转动连接安装在工具本体的外壁上，转向座相对工具本体能自由旋转，转向滚子安装设置在工具本体的外壁上后，滚子所确定的外径大于工具本体外径。本减摩降阻工具的滚动体可转向，能明显提高钻柱的减摩降阻效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探
，具体的讲涉及一种减摩降阻工具。
技术介绍
在大位移井、水平井等定向井中，随着井眼延伸，井眼水平方向上位移量的增加，钻柱受到井眼（井壁）的摩擦力也逐渐增加。大位移井、水平井等定向井中的摩阻大，扭矩高，当井眼达到一定长度后，由于摩擦力增大，井眼水平方向上的延伸将受到限制。现有减小钻柱在井眼中的摩阻的方法主要有两种类型的工具，一种是振动减摩工具，另一种是变滑动为滚动的减摩工具。振动减摩工具是在钻柱的某些地方施加小幅度激励振动，这样的工具有水力振荡器、井下马达振动工具等，这类工具都是利用水力（钻井液）能量来带动工具产生冲击或振动，其主要缺点是：工具内部结构较复杂，工具工作时需消耗一定的水力能量，工具对钻井液的压力和性能有一定的要求，井眼太深时工具可能不能工作等。后一种变滑动为滚动的减摩工具多是在工具外壁安装滚动体，现有工具都安装固定方向的滚动体，这些滚动体只能朝单一的一个方向滚动（如CN201310020599.0等），当钻柱既要轴向运动又要周向旋转时，单一方向滚动的滚动体将只能减小其中一个方向的摩阻，而不能减小另一运动方向上的摩阻，有时甚至起到不利的影响。如仅能沿钻柱轴向滚动减摩的滚动体，当钻柱需要周向旋转运动时，滚动体不能起到旋转时减摩的作用，反而还会增加钻柱旋转时的安全隐患，降低可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种滚动体可转向的减摩降阻工具，以提高钻柱的减摩降阻效果。本专利技术目的通过下述技术方案来实现：一种减摩降阻工具，包括工具本体和滚子，减摩降阻工具本体的外壁上设置有滚子，工具本体的外壁上设置有至少一组转向滚子，转向滚子由滚子和转向座组成，滚子通过转动连接安装在转向座上，滚子能相对转向座旋转，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线有偏移，且偏移距大于滚子半径的八分之一，转向座通过转动连接安装在工具本体的外壁上，转向座相对工具本体能自由旋转，转向滚子安装设置在工具本体的外壁上后，滚子所确定的外径大于工具本体外径。本专利减摩降阻工具上的滚子为转向滚子，其较现有技术的有益效果是：1、本专利的减摩降阻工具上设置有转向滚子，转向滚子的转向座通过转动连接安装在工具本体上，转向座相对工具本体能自由旋转，滚子能相对转向座旋转，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线有偏移。本专利减摩降阻工具连接或安装在钻柱上，当本专利减摩降阻工具接触井壁（或套管）时，其上的转向滚子的滚子与井壁（或套管）接触，钻柱沿钻柱轴向运动，或旋转，或既有轴向运动又有旋转时，在井壁（或套管）反作用力的作用下，本专利的转向滚子均会绕其转向座的轴线旋转，将其上的滚子转至滚子的轴线垂直于相对井壁运动的方向，使滚子在井壁上沿着钻柱相对井壁运动的方向滚动。无论钻柱相对井眼如何运动，本专利上的转向滚子在外力的作用下，受垂直于转向座轴线的平面的力（分力）的作用，转向滚子将会被推动旋转，使转向滚子上的滚子的旋转轴线始终垂直于钻柱相对井眼运动的方向，即滚子始终顺着钻柱相对井眼运动的方向滚动。本专利滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线偏移，使转向滚子具有方位自调节自适应功能，这样，将钻柱相对井眼（井壁）的滑动摩擦彻底转成了滚动摩擦，变滑动为滚动，其能大大减小钻柱相对井眼的摩擦和摩擦阻力，达到减摩降阻的作用。2、本专利的减摩降阻工具上采用转向滚子结构，使滚子具有方位自调节自适应功能，无论钻柱如何运动，其相对井眼（井壁）的运动均为滚动，能解决现有技术中采用固定方向的滚动体结构只能缓解单一运动方向上的摩阻问题。同时，本专利的安全可靠性明显高于现有技术，因为现有单一固定方向的滚动体在其他方向有运动（沿滚动体旋转轴线的运动）时，易造成滚动体的磨损甚至掉落而产生井底落物的影响和事故。因此，本专利减摩降阻效果更好、更彻底，安全可靠性更高。3、本专利的减摩降阻工具上采用转向滚子结构，使滚子具有方位自调节自适应功能，无论钻柱如何运动，其相对井眼（井壁）的运动均为滚动。这不仅能在最大程度上减小钻柱与井眼（井壁）的摩擦磨损和摩擦阻力，还能降低钻柱对井眼（井壁）或套管等的伤害：将钻柱与井眼（井壁）或套管之间相对滑动所产生的硬磨、硬刮作用变为平滑的纯滚动，能减摩降阻，大大减少钻柱及井眼（井壁）或套管之间的相互磨损和破坏。因此，本专利能提高井眼质量，减少磨损破坏，降低能耗，延长钻柱使用寿命，提高经济效益。作为选择，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线之间的偏移距小于滚子直径的8倍。为使转向滚子工作时能顺利旋转至正确的滚动方向，并保持良好的滚动方位，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线之间的偏移距不能太小，偏移距越大越易于转向滚子的顺利旋转，驱使转向滚子旋转到正常方位的驱动力也将越足，也越易于保证转向滚子在钻柱轴向运动、旋转或既轴向运动又旋转的运动过程中能保持良好的滚动方位。但偏移距也不能太大，太大的偏移距将使转向滚子占据较大的旋转空间，造成其布置空间的浪费。作为选择，滚子相对工具本体的出露高度不超过滚子直径的三分之二。井眼结构复杂，井壁凹凸不平，滚子相对工具本体的出露高度不宜太高。滚子相对井眼滚动过程中，滚子出露越高将使其在滚过井壁凹凸不平的井段时，滚子陷入凹坑的深度越深，当凸起高度明显高于滚子半径时，滚子将受到冲击和阻挡，易损伤滚子。且在井眼直径一定时，滚子出露高度越高，工具本体外径将越小，这将影响工具的强度和安全可靠性。作为进一步选择，滚子相对工具本体的出露高度不超过滚子直径的二分之一。作为选择，转向滚子的滚子顶圆与转向座的旋转轴线共面。该方案中，滚子顶圆与转向座的旋转轴线共面，在转向滚子旋转到合适的滚动方向后，使滚子能顺畅滚动，减少或避免滚子发生横向滑移（摩擦）。本专利中，滚子顶圆是指滚子最大外径所确定的圆。当滚子最大外径有多处或为一段圆柱时，最大外径段的中间处为滚子顶圆处。滚子最大外径即为滚子外径（直径）。作为选择，减摩降阻工具本体的外壁上设置有流道槽。减摩降阻工具的外径一般较钻柱其他地方的外径要大，钻柱与井壁之间的环空为钻井液及岩屑等的上返通道，较大的外径将影响钻井液等的上返。该方案中，减摩降阻工具本体的外壁上设置流道凹槽能增加上返钻井液流体的过流面积，减少水力损失和节流效应，有利于上返流体的顺利流动，也有利于避免流体对减摩降阻工具上转向滚子的冲蚀。作为选择，同一转向座上设置有至少2个滚子，且滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线均向同一侧偏移。作为进一步选择，同一转向座上的多个滚子的旋转轴线平行或旋转轴线共线。作为选择，转向滚子在减摩降阻工具本体的外壁上呈交错方式布置。该方案中，转向滚子交错方式布置可增加滚子在减摩降阻工具圆周方向上的布置覆盖率，有利于提高减摩降阻工具上的滚子与井眼的周向接触度。作为选择，转向滚子在减摩降阻工具本体的外壁上呈螺旋方式布置。作为选择，滚子与转向座之间通过轴连接，轴与滚子之间为转动连接。作为选择，轴与滚子之间为固定连接或轴与滚子为一体式结构，轴与转向座之间为转动连接。作为选择，轴与滚子之间为转动连接，轴与转向座之间为转动连接。作为选择，减摩降阻工具的工具本体由多块柱状块组拼而成。该方案中，工具本体由多块柱状块组拼而成，即将圆柱状的工具本体分解为2块及2块以上的柱状块，可在不拆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减摩降阻工具，包括工具本体和滚子，减摩降阻工具本体的外壁上设置有滚子，其特征在于：工具本体的外壁上设置有至少一组转向滚子，转向滚子由滚子和转向座组成，滚子通过转动连接安装在转向座上，滚子能相对转向座旋转，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线有偏移，且偏移距大于滚子半径的八分之一，转向座通过转动连接安装在工具本体的外壁上，转向座相对工具本体能自由旋转，转向滚子安装设置在工具本体的外壁上后，滚子所确定的外径大于工具本体外径。

【技术特征摘要】
1.一种减摩降阻工具，包括工具本体和滚子，减摩降阻工具本体的外壁上设置有滚子，其特征在于：工具本体的外壁上设置有至少一组转向滚子，转向滚子由滚子和转向座组成，滚子通过转动连接安装在转向座上，滚子能相对转向座旋转，滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线有偏移，且偏移距大于滚子半径的八分之一，转向座通过转动连接安装在工具本体的外壁上，转向座相对工具本体能自由旋转，转向滚子安装设置在工具本体的外壁上后，滚子所确定的外径大于工具本体外径。2.如权利要求1所述的减摩降阻工具，其特征在于：减摩降阻工具本体的外壁上设置有流道槽。3.如权利要求1所述的减摩降阻工具，其特征在于：同一转向座上设置有至少2个滚子，且滚子的旋转轴线相对转向座的旋转轴线均向同一侧偏移。4.如权利要求1所述的减摩降阻工具，其特征在于：转向滚子的滚子顶圆与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炼，杨迎新，李维均，包泽军，黄奎林，杨立源，
申请(专利权)人：西南石油大学，成都为一石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51