一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，其特點是：主要包括：第一接頭、第二接頭、彈簧、外層管、六方鉆桿、軸向臺肩、擺線軸、第一環空、第一腔室、偏心臺肩、恒壓通道、第二腔室和第二環空；該裝置剛開始工作時，偏心臺肩與第二接頭之間的彈簧處于松弛狀態；工作過程中，第二腔室通過恒壓通道與第一環空保持連通，其壓力始終不變，而第一腔室的壓力和彈簧的彈性性能呈周期性變化，故該裝置能依靠第一腔室與第二腔室之間壓差變化和彈簧彈性勢能的變化來推動六方鉆桿沿軸向做周期性的往復運動，從而破除了鉆具與井壁之間的靜摩擦，有效降低了石油與天然氣井下的摩阻。本發明適用于石油與天然氣鉆井工程【技術領域】。
【專利說明】一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及大位移井減摩降阻及機械轉速提升的【技術領域】，具體是一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置。
【背景技術】
[0002]隨著定向井、水平井鉆井技術的發展，出現了大位移井。目前大位移井有兩種定義:一種是指測深等于或大于垂深2倍的定向井或水平井，當大于3倍時，則稱為特大位移井，這是在第14屆世界石油大會上挪威提出的；另一種是指水平位移等于或大于垂深2倍的定向井或水平井，這種定義法主要來源于英國的BP公司和美國的ARCO公司所謂大位移井。
[0003]大位移井最主要的特點是裸眼穩斜段長，且在水平方向上位移大，其測深實際達到了深井、超深井的深度，正是上述特點決定了摩阻是大位移井鉆井工程問題的核心，同時也會使大位移井機械轉速降低、鉆井周期增加、水平段長度的繼續延伸受限，從而嚴重制約了大位移井鉆井技術的進一步發展。因此，降低大位移井鉆進的摩阻是提高其機械轉速并延伸水平段長度的關鍵。
[0004]為降低大位移井鉆進過程中的摩擦阻力，鉆井工作者們研發了多種減摩降阻工具，主要包括:“一種基于脈沖激勵的減摩降阻工具”和“一種減摩阻增振幅井下工具”，分析發現上述兩種減摩降阻工具的工作原理完全相同，均是依靠鉆井液脈沖射流產生的軸向振動來降低鉆柱與井壁之間的摩阻(摩擦力和扭矩)。需要說明的是:(I) “一種減摩阻增振幅井下工具”的結構過于復雜，故難以確保該工具能在井下幾千米環境下穩定工作；(2)上述兩種工具的主要功能在于形成鉆井液的脈沖射流，能有效改善井底流場，顯著提高井底破巖和攜巖效率，但脈沖射流產生的脈沖壓力主要作用在靜止盤面(一種基于脈沖激勵的減摩降阻工具)或靜閥板(一種基于脈沖激勵的減摩降阻工具)上，故幾乎不能帶動整個鉆具的軸向運動，導致引起整個鉆具的軸向振動較小；因此上述兩種減摩降阻工具對大位移井的減摩降阻效果不明顯且有待于完善。
[0005]為了克服現有減摩降阻工具的不足，本文提出了一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，該裝置能帶動整個鉆具的軸向運動并引起整個鉆具沿軸向的顯著振動，從而起到有效降低大位移井摩阻(摩擦力和扭矩)的作用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，以解決目前大位移井摩阻大、鉆柱與井壁之間磨損嚴重的技術難題，同時提高大位移井的機械鉆速，縮短整個鉆井周期，并在達到上述目的的同時，簡化裝置的復雜性，降低裝置的使用成本。
[0007]為達到上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]本發明提出的一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，其特征在于，主要包括:第一接頭、第二接頭、彈簧、外層管、六方鉆桿、軸向臺肩、擺線軸、第三接頭、第一環空、第一腔室、偏心臺肩、恒壓通道、第二腔室、第四接頭和第二環空。其中，六方鉆桿包括第一接頭和偏心臺肩，第一接頭用于連接下部鉆具，偏心臺肩用于與外層管和第二接頭形成第二腔室，六方鉆桿與第二接頭通過間隙配合來傳遞鉆進過程中的扭矩，六方鉆桿的偏心臺肩與外層管內壁之間為動密封，六方鉆桿能在第二腔室內往復移動；外層管包括第三接頭、第四接頭、軸向臺肩和定子，第三接頭用于連接上部鉆具并傳遞扭矩，第四接頭用于連接第二接頭，軸向臺肩用于固定六方鉆桿沿軸向向上運動，定子內設置有轉子；擺線軸與偏心臺肩為間隙配合，確保偏心臺肩與定子和轉子形成第二腔室；擺線軸外徑與第二環空的內徑相等且存在一定的偏心度，確保擺線軸在轉動過程中既能完全阻隔第二環空與第一腔室，也能完全溝通第二環空與第一腔室；偏心臺肩與第二接頭之間設置有一彈簧；井壁與外層管形成第一環空；第二腔室通過恒壓通道與環空始終保持相同壓力。
[0009]本發明具有以下優點:
(1)一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置的第二腔室壓力始終為常數，而第一腔室的壓力和彈簧的彈性性能呈周期性變化，其能依靠第一腔室與第二腔室之間壓差變化和彈簧彈性勢能的變化來推動六方鉆桿沿軸向做周期性的往復運動，從而破除了鉆具與井壁之間的靜摩擦，有效的降低了石油與天然氣井下的摩阻；
(2)裝置結構簡單，成本低廉，減摩降阻效果明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置示意圖。
[0011]圖2為六方鉆桿與第二接頭配合示意圖。
【具體實施方式】
[0012]按照圖1所示，本發明提出的一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，其特征在于，主要包括:第一接頭2、第二接頭3、彈簧4、外層管5、六方鉆桿6、軸向臺肩7、擺線軸8、第三接頭11、第一環空12、第一腔室13、偏心臺肩14、恒壓通道15、第二腔室16、第四接頭17和第二環空18。其中，六方鉆桿6包括第一接頭2和偏心臺肩14，第一接頭2用于連接下部鉆具，偏心臺肩14用于與外層管5和第二接頭3形成第二腔室16，六方鉆桿6與第二接頭3通過間隙配合來傳遞鉆進過程中的扭矩，六方鉆桿6的偏心臺肩14與外層管5內壁之間為動密封，六方鉆桿6能在第二腔室16內往復移動；外層管5包括第三接頭11、第四接頭17、軸向臺肩7和定子9，第三接頭11用于連接上部鉆具并傳遞扭矩，第四接頭17用于連接第二接頭3，軸向臺肩14用于固定六方鉆桿6沿軸向向上運動，定子9內設置有轉子10;擺線軸8與偏心臺肩14為間隙配合，確保偏心臺肩14與定子9和轉子10形成第一腔室13，擺線軸8外徑與第二環空18的內徑相等且存在一定的偏心度，確保擺線軸8在轉動過程中既能完全阻隔第二環空18與第一腔室13，也能完全溝通第二環空18與第一腔室13 ;偏心臺肩14與第二接頭3之間設置有彈簧4 ;井壁I與外層管5形成第一環空12 ;第二腔室16通過恒壓通道15與第一環空12始終保持相同壓力。
[0013]該裝置剛開始工作時，偏心臺肩14與第二接頭3之間的彈簧4處于松弛狀態；工作過程中，第二腔室通過恒壓通道與第一環空保持連通，其壓力始終不變，外層管5中的泥漿進入定子9與轉子10之間的環空并帶動轉子10在定子9內轉動，然后進入第一腔室13，同時轉動的轉子10也帶動擺線軸8轉動，而在擺線軸8轉動過程中，第一腔室13與第二環空18會從完全被溝通變為完全被阻隔；當第一腔室13與第二環空18完全被阻隔時，第一腔室13的壓力急劇增加(第一腔室13與第二腔室16之間的壓差也急劇增加)并推動六方鉆桿6沿軸向向下移動，同時六方鉆桿6帶動下部鉆具沿軸向向下移動，在移動過程中彈簧4被壓縮且第一腔室13與第二環空18逐漸被溝通，當第一腔室13與第二環空18的完全被溝通時，被壓縮的彈簧4推動六方鉆桿6沿軸向向上移動，同時六方鉆桿6帶動下部鉆具沿軸向向上移動，直到偏心臺肩14與外層套管5的軸向臺肩7接觸為止；由于擺線軸8的周期性轉動，上述過程將會周期性的發生，因此通過六方鉆桿6的往復移動能夠帶動下部鉆具的往復移動，從而消除了鉆具與井壁之間的靜摩擦，有效降低了鉆具與井壁之間的摩阻(摩擦力和扭矩)。
【權利要求】
1.一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，其特征在于，裝置主要包括:第一接頭(2)、第二接頭(3)、彈簧(4)、外層管(5)、六方鉆桿(6)、軸向臺肩(7)、擺線軸(8)、第三接頭(11)、第一環空(12)、第一腔室(13)、偏心臺肩(14)、恒壓通道(15)、第二腔室(16)、第四接頭(17)和第二環空(18);其中，六方鉆桿(6)包括第一接頭(2)和偏心臺肩(14)，第一接頭(2)用于連接下部鉆具，偏心臺肩(14)用于與外層管(5)和第二接頭(3)形成第二腔室(16)，六方鉆桿(6)與第二接頭(3)通過間隙配合來傳遞鉆進過程中的扭矩，六方鉆桿(6)的偏心臺肩(14)與外層管(5)內壁之間為動密封，六方鉆桿(6)能在第二腔室(16內往復移動；外層管(5)包括第三接頭(11)、第四接頭(17)、軸向臺肩(7)和定子(9)，第三接頭(11)用于連接上部鉆具并傳遞扭矩，第四接頭(17)用于連接第二接頭(3)，軸向臺肩(14)用于固定六方鉆桿(6)沿軸向向上運動，定子(9)內設置有轉子(10);擺線軸⑶與偏心臺肩(14)為間隙配合，確保偏心臺肩(14)與定子(9)和轉子(10)形成第一腔室(13)，擺線軸(8)外徑與第二環空(18)的內徑相等且存在一定的偏心度，確保擺線軸(8)在轉動過程中既能完全阻隔第二環空(18)與第一腔室(13)，也能完全溝通第二環空(18)與第一腔室(13);偏心臺肩(14)與第二接頭(3)之間設置有彈簧⑷；井壁⑴與外層管(5)形成第一環空(12);第二腔室(16)通過恒壓通道(15)與第一環空(12)始終保持相同壓力。
2.根據權利要求1所述的一種新型石油與天然氣井下減摩降阻裝置，其特征在于:該裝置剛開始工作時，偏心臺肩14與第二接頭3之間的彈簧4處于松弛狀態；在工作過程中，第二腔室通過恒壓通道與第一環空保持連通，其壓力始終不變，當第一腔室(13)與第二環空(18)完全被阻隔時，第一腔室(13)的壓力急劇增加(第一腔室(13)與第二腔室(16)之間的壓差也急劇增加)并推動六方鉆桿(6)沿軸向向下移動，同時六方鉆桿(6)帶動下部鉆具沿軸向向下移動，在移動過程中彈簧(4)被壓縮且第一腔室(13)與第二環空18)逐漸被溝通，當第一腔室(13)與第二環空18的完全被溝通時，被壓縮的彈簧(4)推動六方鉆桿(6)沿軸向向上移動，同時六方鉆桿(6)帶動下部鉆具沿軸向向上移動，直到偏心臺肩(14)與外層套管(5)的軸向臺肩(7)接觸為止；由于擺線軸⑶的周期性轉動，六方鉆桿(6)也能帶動下部鉆具周期性的往復移動。
【文檔編號】E21B17/10GK104481401SQ201510002052
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月5日 優先權日:2015年1月5日
【發明者】林元華, 鄧寬海, 曾德智, 李佳蓮, 仝闖闖, 馬尚余, 寧華中 申請人:西南石油大學