一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具制造技术

本发明专利技术为一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具。其结构主要包括上接头、流体入口锥、弹簧、新型阀、套筒、圆柱凸轮、外壳、心轴、涡轮、下接头；上接头、外壳、下接头依次通过螺纹连接；流体入口锥、新型阀口套、新型阀套依次通过螺纹连接；新型阀与新型阀套之间安装有弹簧，并在新型阀下方形成新型阀压力室，允许先入次流体进入激活新型阀；涡轮带动心轴上的圆柱凸轮旋转，使与圆柱凸轮相配合的套筒上下运动，推动新型阀上下移动，关闭或开启新型阀孔，从而引起过流面积的改变，在钻柱中形成周期的脉冲振荡；本发明专利技术可有效解决现有长水平、大斜度及多分支水平井等非常规井钻井摩擦大，造成的托压、粘卡等问题。粘卡等问题。粘卡等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具


[0001]本专利技术涉及一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具，属石油、天然气开采钻井工具


技术介绍

[0002]由于石油资源紧缺和较大的需求量，石油开采技术也随之发展，以适应较大开采难度的具有复杂井身结构的油井和数量较大的长水平、大斜度及多分支水平井。许多新型钻井工具也随之被研发使用，使复杂、非常规的钻探成为可能。在长水平、大斜度及多分支水平井中，井眼轨迹复杂，钻柱与井壁之间的摩擦比常规竖井更大，导致托压、卡钻现象的出现，降低了钻井效率，延长开发周期。在滑动钻进过程中，钻柱与井壁之间保持相对静止的状态，静摩擦力比动摩擦力大，所以可以考虑将较大的静摩擦力转换为较小的动摩擦力，基于此钻井应用工具水力震荡器被研发和使用于钻采作业中，使钻具在轴向上产生周期性的振动，将静摩擦转换动摩擦，用于减少摩阻、增加水平进尺和提升钻速，以缩短钻井周期。
[0003]现有的钻井应用工具水力震荡器中：螺杆动力水力振荡器具有技术成熟、工作稳定和可靠等优点，但磨损严重且不耐高温；叶片动力水力振荡器具有结构简单、压降小等优点，但震荡力太小，工作不可靠；涡轮动力水力振荡器具有工作可靠、耐高温和压降小等优点，是水力振荡器发展的方向。阀控配流技术和配套钻进工艺对水力振荡器减阻效果影响大。传统阀片产生的脉冲幅值和频率难以稳定，且现有水力振荡器大多使用阀盘单一，在使用过程中动阀盘和定阀盘出现磨损严重现象，阀盘和阀片在流量脉冲的情况下冲蚀现象严重，需要经常更换阀片，造成成本的增大，效率降低。基于此，本文在现有研究的基础上，提出一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具，用由圆柱凸轮结构驱动的新型阀代替传统阀片来产生水力脉冲。本专利技术允许在管柱内产生脉冲，使得脉冲幅度随流量或总流体压力在容易达到的范围内变化，不需要现场调整，并且能够产生可记录、可重复、可再生的脉冲，由于独特的设计，产生流体脉冲信号使用的功率较小。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了克服现有长水平、大斜度及多分支水平井等非常规井钻井摩擦大，造成的托压、粘卡，钻井液的携岩能力低和振动效果不理想的问题，设计一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具。
[0005]为达到上述目的，本专利技术解决此问题所采用的技术方案是：一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具，由上接头、流体入口锥、新型阀口套、新型阀套、弹簧、O形密封圈A、新型阀、O形密封圈B、隔离套、套筒、套筒外壳、圆柱凸轮、外壳、心轴、涡轮、下接头组成，其技术特征在于，上接头和下接头通过螺纹连接在外壳两端；流体入口锥与新型阀套通过螺纹连接在新型阀口套两端；流体入口锥位于上接头与新型阀口套之间，相当于一个渐缩管，用于提升流体压差，提升压差效果的好坏与流体入口锥的锥角和小端直径与大端直径之比有关，在本专利技术中锥角大小为31
°
，小端直径为24mm，大端直径为58mm，这样流体入
口锥的损失系数小，压差提升大；新型阀口套3开有新型阀孔；新型阀套安装于新型阀口套的下端，其上开有先入次流体孔；新型阀位于新型阀套内部，新型阀处于开启位置时，其伸出新型阀套外端的圆弧半径和长度影响入口主流体的流量，新型阀的工作频率可以达到10HZ到20HZ，对整体脉冲震荡有一定的影响，新型阀在新型阀套下端形成新型阀压力室；新型阀套上的先入次流体孔允许先入次流体离开新型阀压力室，新型阀在上下压差和弹簧的作用下返回到相对于新型阀孔的打开位置；O形密封圈A安装于新型阀下端环槽内，用于将流体压力全部作用于新型阀上；弹簧安装于新型阀套与新型阀之间；心轴安装于外壳内，位于中心和轴向位置；套筒外壳位于新型阀套与心轴之间，并与之同心；套筒内表面有凸起部分；圆柱凸轮位于套筒内，圆柱表面开有沟槽与套筒内表面的凸起部分相配合，圆柱凸轮的沟槽的曲线直接影响套筒的行程，从而影响新型阀的运动路径，合理的沟槽曲线可以使新型阀恰好进入新型阀口套且能封堵住流体，提升新型阀的开合频率，圆柱凸轮的内部与心轴相连接。涡轮设置于心轴上，利用外壳内部另一台阶和下接头进行轴向定位；心轴安装于涡轮内，并因涡轮旋转，将线性流体流动转换为旋转流体流动，其中旋转流体流动运动通过心轴从涡轮转移到圆柱凸轮，涡轮的组数直接影响将线性流体流动转换为旋转流体流动的效率，本专利技术采用8涡轮组；隔离套利用新型阀套和外壳内部一台阶进行轴向定位，其环槽内装有两个O形密封圈B，在其一端面开有沟槽用以让先入次流体通过；套筒也可以在内表面开设凹槽，心轴也在与套筒相连的部分设计突起部分也可以达到相同的效果；所述的流体入口锥与上接头之间形成先入次流体入口通道；所述的外壳与流体入口锥、新型阀口套、新型阀套形成先入次流体环空通道；所述的新型阀套与隔离套形成先入次流体出口通道；所述的新型阀、新型阀口、新型阀压力室，将钻井液分为入口主流体和先入次流体；所述的先入次流体先进入先入次流体入口，再流经先入次流体环空，随后通过先入次流体孔进入新型阀后面的新型阀压力室，激活新型阀；所述的先入次流体通过先入次流体出口流出，使得先入次流体和入口主流体流重新组合以形成主流，然后该主流驱动所述涡轮旋转，心轴随涡轮转动，心轴驱动圆柱凸轮旋转，使与圆柱凸轮相配合的套筒上下移动，这种移动导致新型阀上下移动，关闭或开启新型阀孔，从而引起过流面积的改变，在钻柱中形成周期的脉冲振荡。
[0006]本专利技术与现有技术比较，其有益效果是：(1)该新型阀结构的涡轮式钻井应用工具主体结构由纯金属零件组成，较之螺杆动力驱动，没有橡胶衬套对高温的敏感的原件，有耐高温耐磨损的性能；(2)采用涡轮驱动，具有工作可靠、耐高温和压降小等优点，没有偏心引起的径向振动，对较为敏感的元件不会产生太大的影响，可以在较小的流量下引起较高频率的轴向振动，有效地减小了钻井时钻具与井壁之间的摩阻，提升钻井效率和钻具使用寿命；(3)采用新型阀结构，使得脉冲幅度随流量或总流体压力在容易达到的范围内变化，不需要现场调整，并且能够产生可记录、可重复、可再生的脉冲，由于独特的设计，产生流体脉冲信号使用的功率较小，新型阀结构简单、耐磨损、耐冲蚀、安全可靠、压降低、脉冲频率高、脉动幅值大；(4)该新型阀结构的涡轮式钻井应用工具具有机构简单、操作方便、安全可靠、适应性强、不影响钻具结构等特点，对提高钻速、钻井效率和钻具寿命有十分重要的意义。
附图说明
[0007]图1为本专利技术的结构示意图；
[0008]图中：1
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上接头、2
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流体入口锥、3
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新型阀口套、4
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新型阀套、5
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弹簧、6
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O形密封圈A、7
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新型阀、8
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O形密封圈B、9
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隔离套、10
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套筒、11
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套筒外壳、12
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圆柱凸轮、13
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外壳、14
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心轴、15
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涡轮、16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆柱凸轮驱动新型阀结构的涡轮式钻井提速工具，由上接头(1)、流体入口锥(2)、新型阀口套(3)、新型阀套(4)、弹簧(5)、O形密封圈A(6)、新型阀(7)、O形密封圈B(8)、隔离套(9)、套筒(10)、套筒外壳(11)、圆柱凸轮(12)、外壳(13)、心轴(14)、涡轮(15)、下接头(16)组成，其技术特征在于，上接头(1)和下接头(16)通过螺纹连接在外壳(13)两端；流体入口锥(2)与新型阀套(4)通过螺纹连接在新型阀口套(3)两端；流体入口锥(2)位于上接头(1)与新型阀口套(3)之间，用于提升流体压差；新型阀口套(3)上端开有新型阀孔；新型阀套(4)安装于新型阀口套(3)的下端，其上开有先入次流体孔；新型阀(7)位于新型阀套(4)内部，并在新型阀下端形成新型阀压力室；O形密封圈A(6)安装于新型阀下端环槽内，用于将流体压力全部作用于新型阀上；弹簧(5)安装于新型阀套(4)与新型阀(7)之间；心轴(14)安装于外壳(13)内，位于中心和轴向位置；套筒外壳(11)位于新型阀套(4)与心轴(14)之间，并与之同心；隔离套(9)利用新型阀套(4)和外壳(13)内部一台阶进行轴向定位，其环槽内装有两个O形密封圈B(8)，在其一端面开有沟槽用以让先入次流体通过；套筒(10)内表面有凸起部分；圆柱凸轮(12)位于套筒(10)内，圆柱表面开有沟槽与套筒(10)内表面的凸起部分相配合，内部与心轴(14)相连接；涡轮(15)设置于心轴(14)上，利用外壳(13)内部另一台阶和下接头(16)进行轴向定位；所述的流体入口锥(2)与上接头(1)之间形成先入次流体入口通道；...

【专利技术属性】
技术研发人员：石昌帅，王澳，祝效华，程飞龙，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：