一种钻井用振动减阻工具

技术领域

本发明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。

发明内容

为了解决现用水力振荡器成本高、盘阀容易振碎的问题，本发明提供一种钻井用振动减阻工具。

本发明的技术方案是：

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。

本发明的有益效果为：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是本发明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.小轴承，7.动阀，8.静阀，9.外壳体，10.下接头，11.大轴承，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（也就是本发明工具的外部结构），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、大轴承11、小轴承6、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；大轴承11和轴承垫12依次设置于轴承座4之内；旋转轴5的上端穿过大轴承11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之间设有小轴承6；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。