申请/专利权人：长江大学

申请日：2019-04-15

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109882102B

主分类号：E21B28/00

分类号：E21B28/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.07.09#实质审查的生效;2019.06.14#公开

摘要：本发明涉及一种连杆式降摩振荡工具，属井下振荡工具技术领域。该连杆式降摩振荡工具由上接头、叶轮、连杆、连接套、冲击头和外壳构成：外壳的一端通过连接套和轴承活动安装有旋转套；旋转套的一端通过轴承活动安装有上接头；连接套内通过限位筒固装有分流柱；分流柱的一端固装有分流帽；分流柱通过支撑轴承与旋转套活动连接；支撑轴承一侧的分流柱上装有涡轮；外壳内通过定位弹簧活动安装有冲击头；冲击头与分流柱之间的外壳内通过支撑转轴活动安装有叶轮。该连杆式降摩振荡工具工作时解决了现有振荡工具存有的振荡频率固定的问题；满足了人们使用的需要。

主权项：1.一种连杆式降摩振荡工具，它由上接头（1），旋转套（2）、分流帽（3）、分流柱（4）、涡轮（5）、限位筒（6）、叶轮（7）、连杆（8）、连接套（9）、冲击头（10）和外壳（11）构成；其特征在于：外壳（11）的一端通过连接套（9）和轴承活动安装有旋转套（2）；旋转套（2）的一端通过轴承活动安装有上接头（1）；连接套（9）内通过限位筒（6）固装有分流柱（4）；分流柱（4）的一端延伸至旋转套（2）的内部后固装有分流帽（3）；分流柱（4）通过支撑轴承（12）与旋转套（2）活动连接；支撑轴承（12）一侧的分流柱（4）上装有涡轮（5）；涡轮（5）的定子部分与分流柱（4）固定连接，涡轮（5）的转子部分与旋转套（2）固定连接；外壳（11）内通过定位弹簧（13）活动安装有冲击头（10）；冲击头（10）与分流柱（4）之间的外壳（11）内通过支撑转轴（14）活动安装有叶轮（7）；叶轮（7）通过偏心状设置的连接销（15）活动连接有连杆（8）；连杆（8）的一端通过连接销（15）与冲击头（10）的中部活动连接；所述的冲击头（10）为一体式结构；冲击头（10）的一端设置有限位凸缘A（19）；限位凸缘A（19）的圆周面上均匀设置有花键齿，限位凸缘A（19）的花键齿与外壳（11）内设置的花键槽滑动连接；冲击头（10）的圆周面上设置有限位凸缘B（20）；冲击头（10）的下端设置有连接外螺纹；外壳（11）的末端与冲击头（10）的圆周面滑动连接；定位弹簧（13）安装在外壳（11）内部的冲击头（10）上，定位弹簧（13）的两端分别与限位凸缘A（19）和外壳（11）相连接；所述的旋转套（2）内部为阶梯通孔；旋转套（2）的进口端的内部设置有憋压内缘（16）；旋转套（2）的一端与上接头（1）的接头处的圆周面上设置有限位环槽（22），上接头（1）通过限位销钉（21）与旋转套（2）的限位环槽（22）滑动连接；旋转套（2）的另一端设置有限位销钉（21），连接套（9）上对应的设置有限位环槽（22）。

全文数据：一种连杆式降摩振荡工具技术领域本发明涉及一种连杆式降摩振荡工具，属井下振荡工具技术领域。背景技术在石油勘探领域，摩阻是影响钻速的重要因素。常规钻井时，钻具组合与井壁之间处于静摩擦状态。无论是直井、定向井还是水平井，钻进过程中钻柱与井壁之间的摩阻都是影响钻速的重要因素，由钻组组合与井壁摩擦所造成的额外扭矩与摩阻导致机械钻速低，工具面控制困难，单趟钻进尺很少，对钻柱和钻头造成严重的磨损等问题，当累计摩阻力超过所施加钻压时，就会出现托压现象，迫使管柱发生正旋弯曲或螺旋屈曲。对于定向井和水平井而言，高摩阻还会形成弯曲井眼，从而造成钻机钻达最大深度的能力降低，甚至会影响到油井产量。特别在水平井钻井过程中，钻具在井眼曲率较大的井段，或在过长水平段会产生较大摩阻、托压现象，无法有效施加钻压。摩阻大、托压问题不仅严重影响水平井的机械钻速，同时也容易引起粘卡等井下复杂事故的发生。目前人们常在管柱上连接能够产生轴向振荡的水力振荡器用于降低摩阻。水力振荡器是通过压力脉冲使钻具在井下受到的静摩擦变成动摩擦。通过水力振荡器的高频振荡，改变了只靠钻具自身重力的加压方式。水力振荡器在井下带动钻具振荡时，将钻具与井壁间的静摩擦力转变为动摩擦力，其在一定程度上满足了使用要求。但由于现有水力振荡器结构原因的限制，其是通过震击的方式产生轴向振荡的；存有易磨损和振荡频率固定不能调整的问题，不能满足人们使用的需要。发明内容本发明的目的在于：提供一种结构紧凑、设计巧妙，以解决现有振荡工具存有易磨损和振荡频率固定问题的连杆式降摩振荡工具。本发明的技术方案是：一种连杆式降摩振荡工具，它由上接头，旋转套、分流帽、分流柱、涡轮、限位筒、叶轮、连杆、连接套、冲击头和外壳构成；其特征在于：外壳的一端通过连接套和轴承活动安装有旋转套；旋转套的一端通过轴承活动安装有上接头；连接套内通过限位筒固装有分流柱；分流柱的一端延伸至旋转套的内部后固装有分流帽；分流柱通过支撑轴承与旋转套活动连接；支撑轴承一侧的分流柱上装有涡轮；涡轮的定子部分与分流柱固定连接，涡轮的转子部分与旋转套固定连接；外壳内通过定位弹簧活动安装有冲击头；冲击头与分流柱之间的外壳内通过支撑转轴活动安装有叶轮；叶轮通过偏心状设置的连接销活动连接有连杆；连杆的一端通过连接销与冲击头的中部活动连接。所述的旋转套内部为阶梯通孔；旋转套的进口端的内部设置有憋压内缘；旋转套的一端与上接头的接头处的圆周面上设置有限位环槽，上接头通过限位销钉与旋转套的限位环槽滑动连接。所述的分流帽呈阶梯轴型结构，分流帽的阶梯部分呈圆锥型。所述的分流柱的尾端呈向上倾斜的结构；分流柱的水平段圆周面上均布有多个过流孔；分流柱内设置有导流孔；导流孔的末端与外界连通。所述的限位筒的进口端呈锥型结构。所述的冲击头为一体式结构；冲击头的一端设置有限位凸缘；限位凸缘的圆周面上均匀设置有花键齿，限位凸缘的花键齿与外壳内设置的花键槽滑动连接；冲击头的圆周面上设置有限位凸缘；冲击头的下端设置有连接外螺纹；外壳的末端与冲击头的圆周面滑动连接；定位弹簧安装在外壳内部的冲击头上，定位弹簧的两端分别与限位凸缘和外壳相连接。本发明的优点在于：该连杆式降摩振荡工具工作时，是通过冲击头来回移动的方式实现降摩振荡的，其不会产生撞击，改善了部件的工作环境，大大延长的各部件的使用寿命；而且冲击头来回移动的频率可通过改变钻井液液压压力的方式进行控制，从而解决了现有振荡工具存有的振荡频率固定的问题；满足了人们使用的需要。附图说明图1为本发明的主视结构图；图2为本发明的分流柱截面图；图3为本发明的叶轮与连杆、连接柱的组合视图；图4为本发明的冲击头截面图；图5为图1中A处的放大结构示意图；图6为本发明的冲击头下移至极限位置时的结构示意图；图7为本发明的冲击头上移至极限位置时的结构示意图。图中：1、上接头，2、旋转套，3、分流帽，4、分流柱，5、涡轮，6、限位筒，7、叶轮，8、连杆，9、连接套，10、冲击头，11、外壳，12、支撑轴承，13、定位弹簧，14、支撑转轴，15、连接销，16、憋压内缘，17、过流孔，18、导流孔,19、限位凸缘，20、限位凸缘，21、限位销钉，22、限位环槽，23、支撑轴承。具体实施方式该连杆式降摩振荡工具由上接头1，旋转套2、分流帽3、分流柱4、涡轮5、限位筒6、叶轮7、连杆8、连接套9、冲击头10和外壳11构成（参见说明书附图1）。外壳11的一端螺纹连接有连接套9；连接套9的一端通过轴承活动安装有旋转套2；旋转套2的一端通过轴承活动安装有上接头1。旋转套2的一端与上接头1的接头处的圆周面上设置有限位环槽22（参见说明书附图6），上接头1通过限位销钉21与旋转套2的限位环槽22滑动连接；如此设置的目的在于：以使旋转套2在限位环槽22和限位销钉21的作用下，只能相对上接头1发生旋转运动，从而避免了上接头1与旋转套2发生“脱节”的问题。旋转套2的另一端也设置有限位销钉21（说明书附图未示），连接套9上也对应的设置有限位环槽22（说明书附图未示）；如此设置的目的在于：以使旋转套2只能相对连接套9发生旋转运动，以避免旋转套2与连接套9发生“脱节”的问题。旋转套2内部为阶梯通孔；旋转套2的进口端的内部设置有憋压内缘16（参见说明书附图1）。设置憋压内缘16的目的在于：以使工作时进入上接头1内的钻井液，经过旋转套2的憋压内缘16的过程中，通过过流面积减少，流通压力增大的方式，加大进入到旋转套2内部的钻井液的压力，进而达到加大钻井液压力冲击涡轮5的目的。连接套9内通过限位筒12固装有分流柱4；如此外壳11、连接套9和限位筒12即可保持相对固定不变，形成一个整体。分流柱4的尾端呈向上倾斜的结构（参见说明书附图1）；分流柱4的水平段圆周面上均布有多个过流孔17；分流柱4内设置有导流孔18；导流孔18的末端与外界连通。如此设置分流柱4的目的在于：以使工作时，钻井液通过过流孔17进入到导流孔18后，在导流孔18的引导下，钻井液能够呈偏心状冲击叶轮7，从而达到驱动其连续同向转动的目的。限位筒12的进口端呈锥型结构（参见说明说附图1），如此设置限位筒12的目的在于：以使工作时，钻井液能够沿着限位筒12的锥型面顺利通过过流孔17进入到导流孔18中，避免了钻井液发生“外泄”的问题。分流柱4的一端延伸至旋转套2的内部后固装有分流帽3（参见说明书附图3）；分流帽3呈阶梯轴型结构，分流帽3的阶梯部分呈圆锥型。如此设置分流帽3的目的在于：以使工作时，工作时钻井液能够沿着分流帽3的锥面，均匀冲击涡轮5，进而降低了涡轮5受力不均的风险。分流柱4通过支撑轴承23与旋转套2活动连接；如此设置的目的在于：以使支撑轴承23既能够为分流柱4提供支撑，又不至于妨碍旋转套2相对分流柱4转动。支撑轴承23一侧的分流柱4上装有涡轮5；涡轮5的定子部分与分流柱4固定连接，涡轮5的转子部分与旋转套2固定连接（参见说明书附图1）；如此当钻井液冲击涡轮5时，在涡轮5转子的带动下，其能够驱动旋转套2同步转动。外壳11内通过定位弹簧13活动安装有冲击头10（参见说明书附图1）。冲击头10为一体式结构（参见说明书附图4）；冲击头10的一端设置有限位凸缘19；限位凸缘19的圆周面上均匀设置有花键齿，限位凸缘19的花键齿与外壳11内设置的花键槽滑动连接；如此设置的目的在于：以使冲击头10只能沿着外壳11轴向来回滑动，不能与其发生相对转动。冲击头10的圆周面上设置有限位凸缘20；冲击头10的下端设置有连接外螺纹；外壳11的末端与冲击头10的圆周面滑动连接；定位弹簧13安装在外壳11内部的冲击头10上，定位弹簧13的两端分别与限位凸缘19和外壳11相连接。设置定位弹簧13的目的在于：以使冲击头10在定位弹簧13的作用下，冲击头10处于非极限位置（参见说明书附图1），如此即可使该摩振荡工具，随着管柱在下入过程中，通过定位弹簧13给冲击头10定位，使冲击头10处于非极限位置，从而避免了冲击头10长时间处于“极限”位置时，易发生“损伤”的问题。冲击头10与分流柱4之间的外壳11内通过支撑转轴14活动安装有叶轮7；叶轮7受到液压冲击时，其会发生自转。叶轮7通过偏心状设置的连接销15活动连接有连杆8；连杆8的一端通过连接销15与冲击头10的中部活动连接（参见说明书附图1）。如此叶轮7转动时即可通过连杆8和连接销15带动冲击头10往复来回运动。将该连杆式降摩振荡工具装配到下入管柱上，并随着管柱一起入井，当管柱运动到位进行钻井过程中；管柱不断向该连杆式降摩振荡工具打压，打压的钻井液通过上接头1进入到旋转套2中冲击涡轮5。在钻井液冲击的作用下，涡轮5的转子带动旋转套2同步转动，旋转套2转动过程中，与井壁发生动摩擦，从而进而减旋转套2与井壁之间的摩阻。钻井液穿过涡轮5后，通过过流孔17进入到导流孔18后，在导流孔18的引导下，呈偏心状冲击叶轮7；叶轮7受到冲击后不停的发生同向转动。叶轮7转动过程中，即可通过连杆8和连接销15带动冲击头10往复来回运动，冲击头10往复来回运动过程中；会同步带动与其连接的管柱来回运动，从而使将该振荡工具下方管柱与井壁接触的静摩擦力转换为滑动摩擦力，进而达到降低摩阻的目的。在叶轮7转动过程中，完成冲击的钻井液，最终通过冲击头10流入到与其连接的管柱中，并为钻井钻头的动作提供动力。在这一过程中，人们可根据需要，调整钻井液的压力，当钻井液压力越大时，冲击头10往复频率就越大，反之就越小；如此即可解决现有振荡工具存有的振荡频率固定的问题，满足了人们使用的需要。

权利要求：1.一种连杆式降摩振荡工具，它由上接头（1），旋转套（2）、分流帽（3）、分流柱（4）、涡轮（5）、限位筒（6）、叶轮（7）、连杆（8）、连接套（9）、冲击头（10）和外壳（11）构成；其特征在于：外壳（11）的一端通过连接套（9）和轴承活动安装有旋转套（2）；旋转套（2）的一端通过轴承活动安装有上接头（1）；连接套（9）内通过限位筒（12）固装有分流柱（4）；分流柱（4）的一端延伸至旋转套（2）的内部后固装有分流帽（3）；分流柱（4）通过支撑轴承（23）与旋转套（2）活动连接；支撑轴承（23）一侧的分流柱（4）上装有涡轮（5）；涡轮（5）的定子部分与分流柱（4）固定连接，涡轮（5）的转子部分与旋转套（2）固定连接；外壳（11）内通过定位弹簧（13）活动安装有冲击头（10）；冲击头（10）与分流柱（4）之间的外壳（11）内通过支撑转轴（14）活动安装有叶轮（7）；叶轮（7）通过偏心状设置的连接销（15）活动连接有连杆（8）；连杆（8）的一端通过连接销（15）与冲击头（10）的中部活动连接。2.根据权利要求1所述的一种连杆式降摩振荡工具，其特征在于：所述的旋转套（2）内部为阶梯通孔；旋转套（2）的进口端的内部设置有憋压内缘（16）；旋转套（2）的一端与上接头（1）的接头处的圆周面上设置有限位环槽（22），上接头（1）通过限位销钉（21）与旋转套（2）的限位环槽（22）滑动连接。3.根据权利要求2所述的一种连杆式降摩振荡工具，其特征在于：所述的分流帽（3）呈阶梯轴型结构，分流帽（3）的阶梯部分呈圆锥型。4.根据权利要求3所述的一种连杆式降摩振荡工具，其特征在于：所述的分流柱（4）的尾端呈向上倾斜的结构；分流柱（4）的水平段圆周面上均布有多个过流孔（17）；分流柱（4）内设置有导流孔（18）；导流孔（18）的末端与外界连通。5.根据权利要求4所述的一种连杆式降摩振荡工具，其特征在于：所述的限位筒（12）的进口端呈锥型结构。6.根据权利要求5所述的一种连杆式降摩振荡工具，其特征在于：所述的冲击头（10）为一体式结构；冲击头（10）的一端设置有限位凸缘（19）；限位凸缘（19）的圆周面上均匀设置有花键齿，限位凸缘（19）的花键齿与外壳（11）内设置的花键槽滑动连接；冲击头（10）的圆周面上设置有限位凸缘（20）；冲击头（10）的下端设置有连接外螺纹；外壳（11）的末端与冲击头（10）的圆周面滑动连接；定位弹簧（13）安装在外壳（11）内部的冲击头（10）上，定位弹簧（13）的两端分别与限位凸缘（19）和外壳（11）相连接。

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