一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具制造技术

本发明专利技术是一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具。该工具主要由上部管柱、渐缩管、新型阀孔、新型阀口套、新型阀孔、新型阀、外壳、阀弹簧、新型阀壳体、传动心轴、套筒、套筒壳体、圆柱凸轮、O型密封圈、叶轮、下部管柱、端盖组成。其结构特征是上部管柱、外壳、下部管柱依次用螺纹连接；上部管柱、新型阀口套、新型阀壳体依次用螺纹连接；新型阀与新型阀壳体之间采用阀弹簧连接，新型阀下端形成封闭空间，可供套筒进行上下运动；流体在新型阀口由新型阀控制其流量，新型阀的上下运动由套筒的上下运动所控制，从而引起流体通过新型阀孔的流量改变，在钻柱中形成周期的脉冲振荡，套筒由与之相配合的圆柱凸轮旋转控制，叶轮的转速由流体通过叶轮的流量控制，叶轮旋转带动传动心轴旋转，传动心轴带动圆柱凸轮旋转；本发明专利技术可以减小钻井时的阻力，从而克服连续油管钻出的困难，提高管柱作业效率，脉冲器产生的脉冲会对工具下方的钻具产生瞬间轴向载荷，从而减少摩擦，提高井筒内的延伸位移。井筒内的延伸位移。井筒内的延伸位移。

【技术实现步骤摘要】
一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具


[0001]本专利技术涉及一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具，属石油、天然气开采钻井工具

技术背景
[0002]随着现在对石油资源的需求量不断增大，石油开采技术不断成熟、完善，石油开采已经从浅地层和中部地层逐渐转向深部地层开采，由于地层深度的不断增加，开采过程面对的新问题也随之产生，深地层石油开采的环境更苛刻、难度更大、花费的成本更加昂贵。因此设计出成本更低、效率更高、钻井深度更深的钻井提速工具成为如今的迫切需要。在长距离水平井开发的后期，管线和井壁之间的接触产生了很大的摩擦，导致钻井效率低下，甚至出现托压和自锁现象，这极大地限制了钻井工具向更远目标的快速钻井，限制了长水平井的开发并显著增加了钻井成本。因此，减摩减阻在油井开发后期起着非常重要的作用。水力振荡器作为减摩减阻的重要工具，广泛应用于大型油气田油井开发中的减摩减阻力工作。
[0003]国内的水力振荡器与国外的水力振荡器相比，相关技术还不够成熟。是因为国内对水力振荡器的研究相对于国外起步晚，不过现在国内已经在水力振荡器的研究小有建树，已研发、生产出多种高效的水力振荡器。然而，目前国内外水力振荡器仍存在许多不足。例如，对于井斜角大于60
°
的分流段和水平段，渗透率显著下降，托压现象仍然严重；耐腐蚀性和耐磨性差，使用寿命短；振荡工具应用范围小，难以融入现有钻具，不利于开采；产生的振动频率影响LWD信号传输；振动冲击导致其他钻柱连接部件松动，容易导致钻井事故；实用性较差，使用条件受地层限制。

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，一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具。
[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：一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具，由上部管柱、渐缩管、新型阀孔、新型阀口套、新型阀、外壳、阀弹簧、新型阀壳体、传动心轴、套筒、套筒壳体、圆柱凸轮、O型密封圈、叶轮、下部管柱、端盖组成，其技术特征在于：上部管柱与外壳通过螺纹连接；上部管柱与新型阀口套通过螺纹连接；新型阀口套与新型阀壳体通过螺纹连接；新型阀壳体与套筒壳体通过螺纹连接；外壳与下部管柱通过螺纹连接；上部管柱安装于渐缩管上方，与渐缩管一起组成流体入口通道；渐缩管安装于上部管柱与新型阀口套之间，其作用是提高流体流量，渐缩管的收敛角和过渡圆弧半径是影响渐缩管流量的主要因素，本专利技术中渐缩管入口直径为100mm，出口直径为40mm，收敛角为20
°
，过渡圆弧半径为200mm，这样可以减少渐缩管局部流量损失，提高渐缩管流动效率；新型阀口套位于新型阀壳体与上部管柱之间，新型阀口套与新型阀之间留有空隙，以
便流体流过工具并驱动叶轮；新型阀安装于新型阀壳体内部并与新型阀壳体通过阀弹簧连接，当圆柱凸轮驱动新型阀进行关闭新型阀孔运动时，新型阀会随着套筒的上升而上升，从而减少通过新型阀孔的流体流量，新型阀孔直径小于新型阀的直径，因此当新型阀孔抵住新型阀孔时，新型阀无法向上运动，新型阀孔完全关闭，流体停止流动，新型阀关闭后通过阀弹簧形变的拉力与新型阀孔上下的压力差使新型阀回到初始位置，随后新型阀孔打开且流体可以通过新型阀孔流过工具，新型阀的工作频率为15HZ到25HZ，对工具脉冲的产生起一定的作用；阀弹簧位于新型阀与新型阀壳体之间，用于连接新型阀与新型阀壳体并且阀弹簧处于平衡状态；套筒壳体位于套筒与新型阀壳体之间，对套筒有轴向、中心定位的作用；套筒安装于套筒壳体与传动心轴之间，对传动心轴起轴向、中心定位作用，套筒上有凹槽，凹槽的曲线直接确定套筒的运动行程，间接确定新型阀的运动行程，套筒上的凹槽曲线能使新型阀进入新型阀孔，并完全密封流体；传动心轴位于套筒内，并由套筒固定在轴向和中心位置；圆柱凸轮位于传动心轴上与套筒内部，圆柱凸轮上有凸起部分与套筒上的凹槽相匹配，圆柱凸轮随着传动心轴的旋转而旋转，圆柱凸轮的旋转使其上的凸起部分与套筒上的凹槽发生相对旋转运动带动套筒上下运动；O形密封圈安装于套筒壳体下端的环槽里，用来密封套筒壳体；叶轮位于传动心轴上，流体流过叶轮带动其旋转，将流体的动能转化为机械能，传动心轴随着叶轮的旋转而旋转，并把旋转运动通过传动心轴传递给圆柱凸轮，圆柱凸轮通过其凹槽与套筒的凸起部分相配合，把圆柱凸轮旋转运动转化套筒的直线运动；下部管柱形成流体出口通道；端盖通过螺纹与下部管柱连接，用于对下部管柱进行轴向固定；上部管柱与渐缩管共同形成流体入口通道；新型阀、新型阀口套与新型阀壳体之间形成流体上通道；套筒壳体、传动心轴与外壳之间形成流体下通道；流体出口通道由下部管道组成；所述流体从流体入口通道流入，再通过新型阀孔，然后进入流体上通道，随后进入流体下通道流经叶轮，流体驱动叶轮旋转，叶轮旋转驱动传动心轴旋转，传动心轴驱动圆柱凸轮旋转，圆柱凸轮旋转使其凸起部分与套筒的凹槽部分发生相对转动，驱动套筒上下移动，套筒的上下移动驱动新型阀的上下移动，新型阀打开或关闭新型阀孔，从而改变流体的流量，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)圆柱凸轮驱动新型阀的叶轮式钻井提速工具的主要结构是阀结构，它使用纯金属零件，与螺杆传动相比，没有橡胶衬套里的高温敏感元件，并且具有耐高温性和耐磨损性；(2)叶轮驱动装置具有运行可靠、耐高温、压将小等优点，没有偏心引起的径向振动，并且对敏感的元件产生的影响不大，因此在低流量下可引起高频率的轴向振动，钻井时有效减少井壁与钻具之间的摩擦，提高钻井效率和钻具使用寿命；(3)采用新型阀结构，脉冲频率和幅值随流速或总流体压力的变化而变化，无需现场调整，并且可以产生清晰、可重复、可记录和可再生的脉冲，由于新型阀独特的设计，用于产生流体脉冲信号的功率较低，该阀具有结构简单、耐磨损、耐腐蚀、安全可靠、压降低、脉冲频率高、脉冲幅值大等优点；(4)新型阀结构的叶轮式钻井工具有结构简单、操作方便、安全可靠，适应性强，对钻具结构影响小等特点，对提高钻井速度、钻井效率和钻具使用寿命具有重要意义。
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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上部管柱、2
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渐缩管、3
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新型阀口套、4
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新型阀孔、5
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新型阀、6
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外壳、7
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阀弹簧、8
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新型阀壳体、9
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传动心轴、10
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套筒、11
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套筒壳体、12
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圆柱凸轮、13
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0型密封圈、14
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叶轮、15
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下部管柱、16
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端盖
[0009]图2为图1的局部结构放大示意图；
[0010]图3为本专利技术的叶轮的三维示意图；
[0011]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生脉冲循环的叶轮式钻井提速工具，由上部管柱(1)、渐缩管(2)、新型阀口套(3)、新型阀孔(4)、新型阀(5)、外壳(6)、阀弹簧(7)、新型阀壳体(8)、传动心轴(9)、套筒(10)、套筒壳体(11)、圆柱凸轮(12)、0型密封圈(13)、叶轮(14)、下部管柱(15)、端盖(16)组成。其技术特征在于，流体通过上部管柱(1)与工具连接，在行业中也称为“顶部交叉连接”；流体通过下部管柱(15)离开工具，在行业中称为“底部交叉连接”；流体流经上部管柱(1)后通过渐缩管(2)与新型阀口套(3)，然后从新型阀孔(4)进入流体通道，在流体通道流经外壳(6)内的工具，然后从下部管柱(15)流出；上部管柱(1)和下部管柱(15)通过螺纹连接在外壳(6)两端；上部管柱(1)与新型阀壳体(8)分别通过螺纹连接在新型阀口套(3)两端；新型阀壳体(8)与套筒壳体(11)通过螺纹连接；渐缩管(2)位于上接头(1)与新型阀口套(3)之间，用于提高流体流量；新型阀口套(3)上端开有新型阀孔(4)；新型阀壳体(8)安装于新型阀口套(3)下端与外壳(6)内部，其上开有流体通道；新型阀(5)位于新型阀壳体(8)内部，与新型阀壳体(8)通过阀弹簧(7)连接，并与套筒壳体(11)形成封闭空间；阀弹簧(7)位于新型阀(5)与新型阀壳体(8)之间，用于连接新型阀(5)与新型阀壳体(8)；套筒壳体(11)位于新型阀壳体(8)下方，由O形密封圈(13)密封；套筒(10)位于套筒壳体(11)与圆柱凸轮(12)之间，其表面有凹槽；圆柱凸轮(12)位于套筒(10)与传动心轴(9)之间，其表面有凸起部分与套筒(10)内凹槽相配合，通过两者凸起部分与凹槽的配合使圆柱凸轮(12)把旋转运动传递给套筒(10)；传动心轴(9)位于外壳(6)内部，圆柱凸轮(12)位于传动心轴(9)上部，叶轮(14)连接于其下部，并由套筒(10)固定于中心和轴向位置；0形密封圈(13)位于传动心轴(9)与套筒壳体(11)之间，防止流体进入套筒壳体(11)内；叶轮(14)设置于传动心轴(9)上，安装于下部管...

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