圆周向振动工具制造技术

本发明专利技术公开了一种圆周向振动工具，所述振动工具包括振动套筒和设置在振动套筒底部插入有钻头接头，所述振动套筒包括套筒嘴和筒身，所述筒身内从套筒嘴与钻头接头之间依次设置有复位控制模块、换相控制模块、周向振动模块三大模块。本发明专利技术圆周向振动工具将高压钻井液直接转换成为周向、稳定高频低幅的冲击振动，产生的振动直接作用于PDC钻头，达到有效降低或消除粘滑振动现象；本发明专利技术圆周向振动工具的整体结构采用模块化思路设计，复位控制、换相控制、周向振动三大模块从结构设计到功能化相对独立并能协同工作，便于工具加工，可显著提高工具工作的可靠性。同时满足现场快速装配要求，有利于后期的维护。

Circumferential vibration tool

The invention discloses a circumferential vibration tool, the tool vibration including vibration sleeve and is arranged in the bottom of the sleeve is inserted into the joint drill bit vibration, the vibration of the sleeve comprises a sleeve mouth and a cylinder body, the cylinder body from between the sleeve mouth and bit joint is arranged with a reset control module and commutation control module and the circumferential vibration of three modules. The circumferential vibration tool will pressure drilling fluid directly into the circumferential, stable high frequency and low amplitude vibration, vibration generated directly on the PDC bit, to reduce or eliminate the stick slip vibration phenomenon; the circumferential structure vibration tool adopts modular design, reset control and commutation control, CO three modules to vibration from structure design to function relatively independent and easy processing tools, and can significantly improve the reliability of tool work. At the same time meet the requirements of on-site rapid assembly, is conducive to the latter stage of maintenance.

【技术实现步骤摘要】
圆周向振动工具
本专利技术涉及石油、天然气勘探开发过程中提高油气井PDC钻头钻井速度和井眼质量的井下辅助提速工具，具体地指一种圆周向振动工具。
技术介绍
近年来，在石油、天然气勘探开发领域，随着深井和超深井的比例不断增加，由于深部地层岩石硬度和塑性增大，导致牙轮钻头钻井速度低、钻井周期长。为提高钻头行程钻速，PDC钻头得到广泛使用。但深部地层PDC钻头钻进过程中会出现粘滑振动现象，严重制约PDC钻头机械钻速进一步提升，极大影响其使用寿命。理论研究和现场实践表明，如果在PDC钻头上额外施加一个高频、低幅圆周向(单向或双向)振动，可以显著降低或消除PDC钻头的这种粘滑振动现象，大幅提高钻井速度和钻头寿命。目前国内外已经发展多种能够产生高频、低幅圆周向振动工具。这些振动工具从动力端结构上，可以分为涡轮或螺杆驱动和高压钻井液直接驱动两大类型。专利US6742609B2给出的涡轮驱动型工具和CN101463709A给出的螺杆驱动型工具等由于涡轮或螺杆的存在导致其整体长度尺寸大、结构复杂、易损件多，可靠性低；专利CN102454364A、CN203430420U、CN103628819A和CN104963624A等给出的高压钻井液直接驱动型工具，其结构中涉及到同轴多个金属密封面的同时配合问题，存在工作元件磨损较快、部分密封面易失效等问题。上述专利文件给出的工具均缺失PDC钻头提钻制动功能。即在PDC钻头提离井底后，处于非工作状态时，若保持钻井液循环时，工具仍持续振动，这样会大大增加工具由于振动导致松扣甚至掉落的风险。
技术实现思路
本专利技术提供了一种圆周向振动工具，其用于PDC钻头辅助提速，它解决现有技术缺少提钻制动、存在元件磨损及部分密封面易失效等影响工具使用寿命和提速效果的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种圆周向振动工具，所述振动工具包括振动套筒和设置在振动套筒底部插入有钻头接头，所述振动套筒包括套筒嘴和筒身，所述筒身内从套筒嘴与钻头接头之间依次设置有复位控制模块、换相控制模块、周向振动模块三大模块，所述复位控制模块包括上扶正器和设置在上扶正器顶端的导流环，所述导流环上部插入在套筒嘴内，所述上扶正器内设置有转换开关，所述转换开关由半径大小不同的圆筒组成，分别为小圆筒和大圆筒，所述小圆筒伸入导流环内，所述小圆筒的下部外依次套有蝶形弹簧和圆形的推力轴承，蝶形弹簧顶着上扶正器，推力轴承安装在换相上密封盖上，所述大圆筒中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有个竖直槽，所述竖直槽之间的筒壁上水平开设有弧形槽，所述竖直槽和弧形槽筒壁上设置有圆形凹槽，所述大圆筒筒壁的底面对称开设有个弧形凹槽，且弧形凹槽在弧形槽的正下方，所述换相控制模块由内至外包括最内层的换相阀芯、换相上密封盖和换相底座上下组成的次内层、次外层的换相密封筒、最外层的换相砧座；所述换相阀芯的扇形柱、换相底座固定在换相下密封盖上表面、换相密封筒和换相砧座的下端固定在换相下密封盖的侧面；所述换相阀芯包括阀芯筒，所述阀芯筒中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的扇形柱，所述阀芯筒底面对称且间隔设置有3个弧形卡片，所述弧形卡片间为间隔槽；所述换相底座包括底座筒，所述底座筒的内壁上间隔对称设置有3个竖直柱，所述扇形柱在竖直柱间周向来回移动，且竖直柱侧壁与扇形柱侧壁配合重合，所述竖直柱两侧的底座筒的筒壁上竖直开设有换相底座侧方A通孔和换相底座侧方B通孔；所述换相上密封盖包括上密封盖筒，所述上密封盖筒内壁上间隔对称竖直设置有3个滑道；所述上密封盖筒筒壁上水平开设有扇形通孔，所述扇形通孔之间的上密封盖筒筒壁开设有上密封盖通孔，所述上密封盖通孔下方的上密封盖筒筒壁外表面上开设有凹形流道A，所述凹形流道A内面和底面两端分别设置有通孔A和通孔B；所述凹形流道A与扇形通孔之间竖直有凹形流道B，且凹形流道B在扇形通孔的下方，所述凹形流道B内面和底面两端分别设置有通孔C和通孔D；所述大圆筒伸入上密封盖筒内部，所述圆形凹槽内插入销钉，并且销钉在滑道内滑动，使大圆筒在上密封盖筒内上下滑动；所述换相密封筒包括密封筒身和密封底座，所述密封底座外直径大于密封筒身的外直径，所述密封筒身中部的筒壁上对称设置有与扇形通孔配合连通的3个密封筒扇形通孔，所述密封筒扇形通孔之间上方的筒壁上水平开设有密封孔A，所述密封筒扇形通孔之间下方的筒壁上对称设置有竖直的密封孔B和密封孔C，所述密封孔B和密封孔C分别与换相底座侧方A通孔和换相底座侧方B通孔配合连通，所述密封底座底部间隔对称设置有3个凸起，所述换相砧座包括砧座筒，所述砧座筒上部的外壁上对称设置有3个竖直的沟槽，所述沟槽下方的外壁上开设有矩形凹面，所述矩形凹面上开设有竖直的砧座流道，所述矩形凹面两侧的砧座筒底面上设置有砧座凸起；所述周向振动模块由内至外依次为筛管、振动阀芯、振动底座和振动砧座，所述筛管安装在振动阀芯内部，振动底座的振动扇形柱和振动砧座的两端分别固定在振动上密封盖和振动下密封盖的表面；所述振动阀芯包括振动阀芯筒，所述振动阀芯筒的筒壁中下部以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的泄流槽，所述泄流槽之间的筒壁上间隔设置有一排多个振动阀芯高压通孔，所述振动阀芯筒上部设有三个中心对称的振动阀芯凸起，所述弧形卡片间的间隔槽与振动阀芯凸起相卡配，使换相阀芯能够带动振动阀芯转动，所述振动底座包括振动底座筒，所述振动底座筒中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的振动扇形柱，所述振动底座筒顶面对称间隔设置有3个振动上部弧形卡片，所述振动底座筒底面对称间隔设置有3个振动下部弧形卡片，所述振动扇形柱两侧的筒壁上由上至下分别开设有一排振动底座A通孔和一排振动底座B通孔，所述振动底座A通孔和振动底座B通孔均间隔布置，所述振动上部弧形卡片安装在换相下密封盖中的内部凹槽内固定不动；所述振动砧座包括砧座筒，所述砧座筒的内壁上间隔对称设置有3个砧座竖直柱，所述振动扇形柱在砧座竖直柱间周向来回移动，且砧座竖直柱侧壁与振动扇形柱侧壁配合重合，所述砧座竖直柱对应的砧座筒的外壁上设置有振动砧座低压流道。进一步地，所述导流环的底部边沿设置有环形帽沿，所述环形帽沿设置在上扶正器顶部的环形槽内，再进一步地，所述导流环的外壁上对称设置有通孔，所述小圆筒上部的外壁上竖直且对称设置有矩形凹槽，所述通孔与矩形凹槽通过销钉连接，使导流环通过销钉带动转换开关上下滑动，所述弧形槽高于竖直槽，所述圆形凹槽高于弧形槽。再进一步地，所述扇形柱的两侧壁表面两端分别设置有矩形块；再进一步地，所述换相下密封盖包括密封盘，所述密封盘上设置有环形凸台，所述密封盘外壁下部间隔对称设置有弧形台，所述弧形台间为弧形卡槽，所述弧形台的侧壁上部分设置有弧形挡板，所述密封盘内壁顶部间隔设置有内部弧台，所述内部弧台间为内部凹槽，所述砧座竖直柱上设置有螺栓孔，所述凸起插入换相下密封盖中的弧形卡槽，使密封底座能够安装在弧形台上；再进一步地，所述振动上密封盖包括上密封盘，所述上密封盘上表面的边沿对称设置有3个振动上密封盖卡槽，所述振动上密封盖卡槽间的上密封盘的外壁上开设有与振动砧座低压流道配合的上密封盖槽口，所述振动上密封盖卡槽与上密封盖槽口之间的上密封盘设置有与螺栓孔配合设置固定的上密封盖螺栓孔；所述砧座凸起安装在弧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆周向振动工具，所述振动工具包括振动套筒(1)和设置在振动套筒(1)底部插入有钻头接头(2)，所述振动套筒(1)包括套筒嘴(1.1)和筒身(1.2)，其特征在于：所述筒身(1.2)内从套筒嘴(1.1)与钻头接头(2)之间依次设置有复位控制模块、换相控制模块、周向振动模块三大模块，所述复位控制模块包括上扶正器(3)和设置在上扶正器(3)顶端的导流环(4)，所述导流环(4)上部插入在套筒嘴(1.1)内，所述上扶正器(3)内设置有转换开关(5)，所述转换开关(5)由半径大小不同的圆筒组成，分别为小圆筒(5a)和大圆筒(5b)，所述小圆筒(5a)伸入导流环(4)内，所述小圆筒(5a)的下部外依次套有蝶形弹簧(7)和圆形的推力轴承(6)，蝶形弹簧(7)顶着上扶正器(3)，推力轴承(6)安装在换相上密封盖(9)上，所述大圆筒(5b)中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直槽(5.2)，所述竖直槽(5.2)之间的筒壁上水平开设有弧形槽(5.3)，所述竖直槽(5.2)和弧形槽(5.3)筒壁上设置有圆形凹槽(5.4)，所述大圆筒(5b)筒壁的底面对称开设有3个弧形凹槽(5.5)，且弧形凹槽(5.5)在弧形槽(5.3)的正下方，所述换相控制模块由内至外包括最内层的换相阀芯(8)、换相上密封盖(9)和换相底座(10)上下组成的次内层、次外层的换相密封筒(11)、最外层的换相砧座(12)；所述换相阀芯(8)的扇形柱(8.2)、换相底座(10)固定在换相下密封盖(13)上表面、换相密封筒(11)和换相砧座(12)的下端固定在换相下密封盖(13)的侧面；所述换相阀芯(8)包括阀芯筒(8.1)，所述阀芯筒(8.1)中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的扇形柱(8.2)，所述阀芯筒(8.1)底面对称且间隔设置有3个弧形卡片(8.3)，所述弧形卡片(8.3)间为间隔槽(8.4)；所述换相底座(10)包括底座筒(10.1)，所述底座筒(10.1)的内壁上间隔对称设置有3个竖直柱(10.2)，所述扇形柱(8.2)在竖直柱(10.2)间周向来回移动，且竖直柱(10.2)侧壁与扇形柱(8.2)侧壁配合重合，所述竖直柱(10.2)两侧的底座筒(10.1)的筒壁上竖直开设有换相底座侧方A通孔(10.3)和换相底座侧方B通孔(10.4)；所述换相上密封盖(9)包括上密封盖筒(9.1)，所述上密封盖筒(9.1)内壁上间隔对称竖直设置有3个滑道(9.2)；所述上密封盖筒(9.1)筒壁上水平开设有扇形通孔(9.3)，所述扇形通孔(9.3)之间的上密封盖筒(9.1)筒壁开设有上密封盖通孔(9.4)，所述上密封盖通孔(9.4)下方的的上密封盖筒(9.1)筒壁外表面上开设有凹形流道A(9.5)，所述凹形流道A(9.5)内面和底面两端分别设置有通孔A(9.51)和通孔B(9.52)；所述凹形流道A(9.5)与扇形通孔(9.3)之间竖直有凹形流道B(9.6)，且凹形流道B(9.6)在扇形通孔(9.3)的下方，所述凹形流道B(9.6)内面和底面两端分别设置有通孔C(9.61)和通孔D(9.62)；所述大圆筒(5b)伸入上密封盖筒(9.1)内部，所述圆形凹槽(5.4)内插入销钉，并且销钉在滑道(9.2)内滑动，使大圆筒(5b)在上密封盖筒(9.1)内上下滑动；所述换相密封筒(11)包括密封筒身(11.1)和密封底座(11.2)，所述密封底座(11.2)外直径大于密封筒身(11.1)的外直径，所述密封筒身(11.1)中部的筒壁上对称设置有与扇形通孔(9.3)配合连通的3个密封筒扇形通孔(11.3)，所述密封筒扇形通孔(11.3)之间上方的筒壁上水平开设有密封孔A(11.4)，所述密封筒扇形通孔(11.3)之间下方的筒壁上对称设置有竖直的密封孔B(11.5)和密封孔C(11.6)，所述密封孔B(11.5)和密封孔C(11.6)分别与换相底座侧方A通孔(10.3)和换相底座侧方B通孔(10.4)配合连通，所述密封底座(11.2)底部间隔对称设置有3个凸起(11.7)，所述换相砧座(12)包括砧座筒(12.1)，所述砧座筒(12.1)上部的外壁上对称设置有3个竖直的沟槽(12.2)，所述沟槽(12.2)下方的外壁上开设有矩形凹面(12.3)，所述矩形凹面(12.3)上开设有竖直的砧座流道(12.4)，所述矩形凹面(12.3)两侧的砧座筒(12.1)底面上设置有砧座凸起(12.5)；所述周向振动模块由内至外依次为筛管(14)、振动阀芯(15)、振动底座(16)和振动砧座(17)，所述筛管(14)安装在振动阀芯(15)内部，振动底座(16)的振动扇形柱(16.2)和振动砧座(17)的两端分别固定在振动上密封盖(18)和振动下密封盖(19)的表面；所述振动阀芯(15)包括振动阀芯筒(15...

【技术特征摘要】
1.一种圆周向振动工具，所述振动工具包括振动套筒(1)和设置在振动套筒(1)底部插入有钻头接头(2)，所述振动套筒(1)包括套筒嘴(1.1)和筒身(1.2)，其特征在于：所述筒身(1.2)内从套筒嘴(1.1)与钻头接头(2)之间依次设置有复位控制模块、换相控制模块、周向振动模块三大模块，所述复位控制模块包括上扶正器(3)和设置在上扶正器(3)顶端的导流环(4)，所述导流环(4)上部插入在套筒嘴(1.1)内，所述上扶正器(3)内设置有转换开关(5)，所述转换开关(5)由半径大小不同的圆筒组成，分别为小圆筒(5a)和大圆筒(5b)，所述小圆筒(5a)伸入导流环(4)内，所述小圆筒(5a)的下部外依次套有蝶形弹簧(7)和圆形的推力轴承(6)，蝶形弹簧(7)顶着上扶正器(3)，推力轴承(6)安装在换相上密封盖(9)上，所述大圆筒(5b)中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直槽(5.2)，所述竖直槽(5.2)之间的筒壁上水平开设有弧形槽(5.3)，所述竖直槽(5.2)和弧形槽(5.3)筒壁上设置有圆形凹槽(5.4)，所述大圆筒(5b)筒壁的底面对称开设有3个弧形凹槽(5.5)，且弧形凹槽(5.5)在弧形槽(5.3)的正下方，所述换相控制模块由内至外包括最内层的换相阀芯(8)、换相上密封盖(9)和换相底座(10)上下组成的次内层、次外层的换相密封筒(11)、最外层的换相砧座(12)；所述换相阀芯(8)的扇形柱(8.2)、换相底座(10)固定在换相下密封盖(13)上表面、换相密封筒(11)和换相砧座(12)的下端固定在换相下密封盖(13)的侧面；所述换相阀芯(8)包括阀芯筒(8.1)，所述阀芯筒(8.1)中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的扇形柱(8.2)，所述阀芯筒(8.1)底面对称且间隔设置有3个弧形卡片(8.3)，所述弧形卡片(8.3)间为间隔槽(8.4)；所述换相底座(10)包括底座筒(10.1)，所述底座筒(10.1)的内壁上间隔对称设置有3个竖直柱(10.2)，所述扇形柱(8.2)在竖直柱(10.2)间周向来回移动，且竖直柱(10.2)侧壁与扇形柱(8.2)侧壁配合重合，所述竖直柱(10.2)两侧的底座筒(10.1)的筒壁上竖直开设有换相底座侧方A通孔(10.3)和换相底座侧方B通孔(10.4)；所述换相上密封盖(9)包括上密封盖筒(9.1)，所述上密封盖筒(9.1)内壁上间隔对称竖直设置有3个滑道(9.2)；所述上密封盖筒(9.1)筒壁上水平开设有扇形通孔(9.3)，所述扇形通孔(9.3)之间的上密封盖筒(9.1)筒壁开设有上密封盖通孔(9.4)，所述上密封盖通孔(9.4)下方的的上密封盖筒(9.1)筒壁外表面上开设有凹形流道A(9.5)，所述凹形流道A(9.5)内面和底面两端分别设置有通孔A(9.51)和通孔B(9.52)；所述凹形流道A(9.5)与扇形通孔(9.3)之间竖直有凹形流道B(9.6)，且凹形流道B(9.6)在扇形通孔(9.3)的下方，所述凹形流道B(9.6)内面和底面两端分别设置有通孔C(9.61)和通孔D(9.62)；所述大圆筒(5b)伸入上密封盖筒(9.1)内部，所述圆形凹槽(5.4)内插入销钉，并且销钉在滑道(9.2)内滑动，使大圆筒(5b)在上密封盖筒(9.1)内上下滑动；所述换相密封筒(11)包括密封筒身(11.1)和密封底座(11.2)，所述密封底座(11.2)外直径大于密封筒身(11.1)的外直径，所述密封筒身(11.1)中部的筒壁上对称设置有与扇形通孔(9.3)配合连通的3个密封筒扇形通孔(11.3)，所述密封筒扇形通孔(11.3)之间上方的筒壁上水平开设有密封孔A(11.4)，所述密封筒扇形通孔(11.3)之间下方的筒壁上对称设置有竖直的密封孔B(11.5)和密封孔C(11.6)，所述密封孔B(11.5)和密封孔C(11.6)分别与换相底座侧方A通孔(10.3)和换相底座侧方B通孔(10.4)配合连通，所述密封底座(11.2)底部间隔对称设置有3个凸起(11.7)，所述换相砧座(12)包括砧座筒(12.1)，所述砧座筒(12.1)上部的外壁上对称设置有3个竖直的沟槽(12.2)，所述沟槽(12.2)下方的外壁上开设有矩形凹面(12.3)，所述矩形凹面(12.3)上开设有竖直的砧座流道(12.4)，所述矩形凹面(12.3)两侧的砧座筒(12.1)底面上设置有砧座凸起(12.5)；所述周向振动模块由内至外依次为筛管(14)、振动阀芯(15)、振动底座(16)和振动砧座(17)，所述筛管(14)安装在振动阀芯(15)内部，振动底座(16)的振动扇形柱(16.2)和振动砧座(17)的两端分别固定在振动上密封盖(18)和振动下密封盖(19)的表面；所述振动阀芯(15)包括振动阀芯筒(15.1)，所述振动阀芯筒(15.1)的筒壁中下部以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的泄流槽(15.2)，所述泄流槽(15.2)之间的筒壁上间隔设置有一排多个振动阀芯高压通孔(15.3)，所述振动阀芯筒(15.1)上部...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明合，何畅，张松峰，左惠明，郭丁菲，李梅，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42