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      可打撈井下蓄能式水力脈沖工具的制作方法

      文檔序號:5411836閱讀:172來源:國知局
      專利名稱:可打撈井下蓄能式水力脈沖工具的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型屬于石油天然氣勘探開發(fā)中鉆井工程領(lǐng)域。 技術(shù)背景鉆井過程中,由鉆頭牙齒機(jī)械破碎并從母巖分離開的巖屑往往被很大的壓差壓持在井底,這種現(xiàn)象被稱為“巖屑壓持效應(yīng)”。這樣被壓持在井底的巖屑被重復(fù)切削后變成細(xì)粒巖屑,這種細(xì)粉的存在對鉆井過程產(chǎn)生巨大危害(1)細(xì)粉和井底的泥餅粘混在一起形成井底覆蓋層在泥巖中鉆進(jìn)甚至形成粘性很大的塑性團(tuán)塊,它和井底覆蓋層構(gòu)成鉆頭牙輪和牙齒與井底巖石之間的“墊層”。從而影響了鉆速,加快了鉆頭的磨損;(2)巖屑粉末混入鉆井泥漿,影響泥漿性能和泥漿固相處理;(3)在井壁形成虛濾餅,影響井壁穩(wěn)定。容易出現(xiàn)起鉆撥活塞,鉆柱抽汲引起井壁垮塌,誘發(fā)井噴,甚至粘卡鉆具,造成井下事故;(4)使用PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí),鉆頭容易吸附鉆屑,產(chǎn)生泥包,增加扭矩,減弱切削能力,減緩鉆速,降低水力效率,甚至發(fā)生卡鉆現(xiàn)象。為解決鉆井中的上述問題,提高鉆井效率,必須及時(shí)清潔井底巖屑。在鉆井條件不變的條件下,最理想的方式就是利用井底水力脈沖工具來實(shí)現(xiàn)?;谒沧兞骼碚摰乃γ}沖工具將泥漿連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛悦}沖射流,改變井底流場的壓力狀況,脈沖射流產(chǎn)生的動(dòng)壓力更有利于井底巖屑的啟動(dòng),提高井底凈化效果。而現(xiàn)有的水力脈沖工具普遍存在脈沖壓力小,脈沖頻率高,工具壽命短,應(yīng)用效果不明顯等技術(shù)缺陷,難以達(dá)到預(yù)期效果。
      發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型在于提供一種可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,整個(gè)工具安裝于鉆鋌短節(jié)內(nèi),下接鉆頭。鉆井中,當(dāng)泥漿經(jīng)鉆柱到達(dá)該工具時(shí),泥漿帶動(dòng)工具動(dòng)作,脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)周期性阻斷泥漿過流通道,將泥漿連續(xù)射流調(diào)質(zhì)為周期性脈沖射流,及時(shí)清潔井底巖屑,提高機(jī)械鉆速。為達(dá)到上述目的,該實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案可打撈井下蓄能式水力脈沖鉆井工具由打撈頭、蓄能器、磁力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)和脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)等組成。脈沖定子在工具最下端,與減速機(jī)外殼下端用螺紋連接,行星減速機(jī)構(gòu)安裝在減速機(jī)外殼內(nèi); 減速機(jī)外殼頂端與隔離套下端用螺紋連接,內(nèi)磁力傳動(dòng)組件和外磁力傳動(dòng)組件分別安裝在隔離套的內(nèi)外側(cè);隔離套頂端與蓄能器外殼下端用螺紋連接,蓄能器外殼頂端通過接頭與打撈頭連接,打撈頭位于工具最上端。蓄能器由蓄能器外殼、充氣閥總成、接頭和活塞等組成;蓄能器外殼圓周上有一圓孔,接頭中心有一通孔;充氣閥總成、接頭、蓄能器外殼和活塞等形成一個(gè)密閉空間,內(nèi)部充滿氮?dú)?;活塞、蓄能器外殼、平衡活塞和隔離套等形成泥漿腔。[0012]磁力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由外磁力傳動(dòng)組件、內(nèi)磁力傳動(dòng)組件和隔離套組成;外磁力傳動(dòng)組件由橡膠軸承、渦輪和外磁鋼組成,橡膠軸承和外磁鋼鑲嵌在渦輪殼體內(nèi);內(nèi)磁力傳動(dòng)組件由磁軸、內(nèi)磁鋼和磁鋼套組成,磁鋼套裝在磁軸上,內(nèi)磁鋼鑲嵌在磁鋼套內(nèi)。行星減速機(jī)構(gòu)由輸入軸、輸出軸、行星齒輪系、減速機(jī)外殼和滾動(dòng)軸承組成。脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)由脈沖定子和脈沖轉(zhuǎn)子組成;脈沖定子圓周上有兩個(gè)泥漿通道口, 脈沖轉(zhuǎn)子外周有兩個(gè)葉片。工具連接處及活塞密封處均裝有密封圈,平衡活塞、隔離套、減速機(jī)外殼、脈沖定子、密封活塞和旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封等形成一個(gè)密閉腔,腔內(nèi)充滿潤滑油。脈沖轉(zhuǎn)子裝在輸出軸上,輸入軸與磁軸用鍵連接,滾動(dòng)軸承分別安裝在磁軸、輸入軸和輸出軸上。該實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)工具運(yùn)動(dòng)部件浸在充滿潤滑油的密封腔內(nèi),該油腔通過平衡活塞與外部泥漿溝通,達(dá)到內(nèi)外壓力平衡,以此可大大提高運(yùn)動(dòng)件壽命;(2)特有的蓄能機(jī)構(gòu)不僅可吸收鉆柱內(nèi)的壓力波動(dòng),防止鉆具產(chǎn)生疲勞破壞,而且對鉆頭產(chǎn)生流量脈動(dòng),大大提高井底巖屑凈化效果;(3)具有可打撈、結(jié)構(gòu)簡單、脈沖壓力高、脈沖頻率低、壽命長及使用效果好等優(yōu)
      點(diǎn)ο
      以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


      圖1為可打撈井下蓄能式水力脈沖工具上半部分結(jié)構(gòu)剖面圖圖2為可打撈井下蓄能式水力脈沖工具下半部分結(jié)構(gòu)剖面圖圖3為圖2中A-A截面的剖視圖。圖4為可打撈井下蓄能式水力脈沖工具安裝示意
      圖1-鉆鋌短節(jié);2-可打撈井下蓄能式水力脈沖工具;3-鉆頭;4-打撈頭;5-充氣閥總成;6-密封圈;7-接頭;8-密閉氣體腔;9-活塞;10-蓄能器外殼;11-泥漿腔;12-平衡活塞;13-橡膠軸承;14-滾動(dòng)軸承;15-渦輪;16-外磁鋼;17-磁鋼套;18-內(nèi)磁鋼;19-磁軸;20-隔離套;21-輸入軸;22-行星齒輪系;23-減速機(jī)外殼;24-輸出軸;25-密封活塞; 26-旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封;27-脈沖轉(zhuǎn)子;28-脈沖定子;29-泥漿通道口 ; 30-轉(zhuǎn)子葉片。
      具體實(shí)施方式
      參見
      圖1、圖2,打撈頭4、接頭7、蓄能器外殼10、隔離套20、減速機(jī)外殼23和脈沖定子觀等自上而下用螺紋連接組成整個(gè)工具的外殼,螺紋連接處均裝有密封圈6。工具最大外徑小于鉆桿接頭內(nèi)徑,通過打撈頭4與打撈工具配套使用,便于工具回收和投放。打撈頭4與脈沖定子觀對工具兼起定位和扶正作用。平衡活塞12、隔離套20、減速機(jī)外殼23、 密封活塞25、旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封沈以及密封圈6等組成一個(gè)密閉腔,內(nèi)部充滿潤滑油。工具的內(nèi)磁力傳動(dòng)組件、行星齒輪系22、滾動(dòng)軸承14、輸入軸21和輸出軸M等都浸泡在潤滑油中, 與外部泥漿隔離,保證了這些運(yùn)動(dòng)部件的正常工作并提高可靠性。蓄能器由蓄能器外殼10、充氣閥總成5、接頭7和活塞9等組成;蓄能器外殼10圓周上有一圓孔,接頭7中心有一通孔;充氣閥總成5、接頭7、蓄能器外殼10和活塞9等形成一個(gè)密閉氣體腔8,在儀器下井之前內(nèi)部預(yù)先沖入一定壓力的氮?dú)猓换钊?、蓄能器外殼10、 平衡活塞12和隔離套20等形成泥漿腔11,當(dāng)工具周圍泥漿壓力有波動(dòng)時(shí),泥漿可以通過蓄能器外殼10圓周上的圓孔進(jìn)出泥漿腔11。磁力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由外磁力傳動(dòng)組件、內(nèi)磁力傳動(dòng)組件和隔離套20組成;外磁力傳動(dòng)組件由橡膠軸承13、渦輪15和外磁鋼16組成,橡膠軸承13和外磁鋼16鑲嵌在渦輪15殼體內(nèi);內(nèi)磁力傳動(dòng)組件由磁軸19、內(nèi)磁鋼18和磁鋼套17組成,磁鋼套17裝在磁軸19上, 內(nèi)磁鋼18鑲嵌在磁鋼套17內(nèi)。外磁力傳動(dòng)組件和內(nèi)磁力傳動(dòng)組件靠磁力耦合作用,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)。行星減速機(jī)構(gòu)由輸入軸21、輸出軸M、行星齒輪系22、減速機(jī)外殼23和滾動(dòng)軸承 14等組成。通過行星減速機(jī)構(gòu)減速后,可以得到所需的輸出軸M的轉(zhuǎn)速范圍。脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)由脈沖定子觀和脈沖轉(zhuǎn)子27組成;脈沖定子觀圓周上有兩個(gè)泥漿通道口 29,脈沖轉(zhuǎn)子27外周有兩個(gè)葉片30,當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)時(shí),葉片30便周期性的阻斷泥漿通道口四。工具內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部分由內(nèi)磁力傳動(dòng)組件、輸入軸21、行星齒輪系22、輸出軸M及脈沖轉(zhuǎn)子27等以此連接組成。下面進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作原理。如圖4所示,可打撈井下蓄能式水力脈沖工具2使用時(shí)安裝在鉆頭3上面的鉆鋌短節(jié)1中。在鉆井作業(yè)過程中,泥漿經(jīng)鉆柱到達(dá)鉆鋌短節(jié)1后,驅(qū)動(dòng)渦輪15旋轉(zhuǎn),渦輪15的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過外磁力傳動(dòng)組件外磁鋼16和內(nèi)磁力傳動(dòng)組件內(nèi)磁鋼18的耦合作用,帶動(dòng)磁軸19旋轉(zhuǎn),磁軸19帶動(dòng)輸入軸21旋轉(zhuǎn),輸入軸21經(jīng)行星齒輪系22帶動(dòng)輸出軸M旋轉(zhuǎn), 最后輸出軸M帶動(dòng)脈沖轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)。脈沖轉(zhuǎn)子27在旋轉(zhuǎn)時(shí),葉片30將截?cái)嗝}沖定子觀上的兩個(gè)泥漿通道口 29,周期性的改變泥漿過流面積,從而將泥漿連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖射流。脈沖射流有利于井底破碎巖屑起動(dòng),及時(shí)凈化井底,避免巖屑重復(fù)破損,從而提高鉆頭壽命和機(jī)械鉆速。脈沖壓力和脈沖頻率是影響巖屑清潔的兩個(gè)最重要的參數(shù)。脈沖壓力靠調(diào)節(jié)泥漿通道口四的面積變化率來實(shí)現(xiàn),面積變化率越大,脈沖壓力越大。脈沖頻率靠調(diào)節(jié)脈沖轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)。脈沖轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)速度取決于渦輪15的旋轉(zhuǎn)速度和行星齒輪系22的減速比。首先,根據(jù)鉆井泥漿排量和比重等參數(shù)合理設(shè)計(jì)渦輪15的葉片形狀和數(shù)量,來控制渦輪15的旋轉(zhuǎn)速度,然后選定合適的行星齒輪系 22的減速比,便得到所需的脈沖轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)速度,即脈沖轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)速度等于渦輪 15的旋轉(zhuǎn)速度除以行星齒輪系22的減速比。本發(fā)明便于實(shí)現(xiàn)較低的脈沖頻率。蓄能器的存在具有兩大功能,一是吸收由于泥漿過流面積變化而在鉆柱內(nèi)產(chǎn)生的壓力波動(dòng),保護(hù)鉆具;而是對鉆頭產(chǎn)生流量脈動(dòng),進(jìn)一步提高巖屑清潔效果。蓄能器的工作原理是這樣的當(dāng)葉片30截?cái)嗄酀{通道口四時(shí),泥漿過流面積變小,鉆鋌1內(nèi)的泥漿壓力升高,部分泥漿便通過蓄能器外殼10圓周上的圓孔進(jìn)入工具泥漿腔11,壓縮空氣腔8;當(dāng)葉片30轉(zhuǎn)過泥漿通道口四時(shí),泥漿面積變大,鉆鋌1內(nèi)的壓力降低,部分泥漿又會(huì)通過蓄能器外殼10圓周上的圓孔流出工具泥漿腔11。部分泥漿周期性的進(jìn)出泥漿腔11便實(shí)現(xiàn)了吸收壓力波動(dòng)和產(chǎn)生流量脈動(dòng)兩大效果。以上僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方法,基于此發(fā)明原理的其它實(shí)現(xiàn)形式在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
      權(quán)利要求1.可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,主要由打撈頭G)、蓄能器、磁力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)和脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)組成。其特征在于脈沖定子08)在工具最下端,與減速機(jī)外殼下端用螺紋連接,行星減速機(jī)構(gòu)安裝在減速機(jī)外殼內(nèi);減速機(jī)外殼03)頂端與隔離套(20)下端用螺紋連接,內(nèi)磁力傳動(dòng)組件和外磁力傳動(dòng)組件分別安裝在隔離套 (20)的內(nèi)外側(cè);隔離套OO)頂端與蓄能器外殼(10)下端用螺紋連接,蓄能器外殼(10)頂端通過接頭(7)與打撈頭(4)連接,打撈頭(4)位于工具最頂端。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,其特征在于蓄能器由蓄能器外殼(10)、充氣閥總成(5)、接頭(7)和活塞(9)組成;蓄能器外殼(10)圓周上有一圓孔,接頭(7)中心有一通孔;充氣閥總成(5)、接頭(7)、蓄能器外殼(10)和活塞(9)形成一個(gè)密閉氣體腔(8);活塞(9)、蓄能器外殼(10)、平衡活塞(1 和隔離套00)形成泥漿腔 (11)。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,其特征在于磁力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由外磁力傳動(dòng)組件、內(nèi)磁力傳動(dòng)組件和隔離套00)組成;外磁力傳動(dòng)組件由橡膠軸承 (13)、渦輪(15)和外磁鋼(16)組成,橡膠軸承(13)和外磁鋼(16)鑲嵌在渦輪(15)殼體內(nèi);內(nèi)磁力傳動(dòng)組件由磁軸(19)、內(nèi)磁鋼(18)和磁鋼套(17)組成,磁鋼套(17)裝在磁軸 (19)上,內(nèi)磁鋼(18)鑲嵌在磁鋼套(17)內(nèi)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,其特征在于行星減速機(jī)構(gòu)由輸入軸(21)、輸出軸(M)、行星齒輪系(22)、減速機(jī)外殼(23)和滾動(dòng)軸承(14)組成。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,其特征在于脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)由脈沖定子08)和脈沖轉(zhuǎn)子(XT)組成;脈沖定子08)圓周上有兩個(gè)泥漿通道口(四), 脈沖轉(zhuǎn)子(XT)外周有兩個(gè)葉片(30)。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,其特征在于工具連接處及活塞密封處均裝有密封圈(6),平衡活塞(12)、隔離套(20)、減速機(jī)外殼(23)、脈沖定子 ( )、密封活塞0 和旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封06)形成一個(gè)密閉腔,腔內(nèi)充滿潤滑油。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,其特征在于脈沖轉(zhuǎn)子 (27)裝在輸出軸04)上,輸入軸與磁軸(19)用鍵連接,滾動(dòng)軸承(14)安裝在磁軸 (19)、輸入軸(21)和輸出軸(24)上。
      專利摘要本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井用可打撈井下蓄能式水力脈沖工具,由打撈頭、蓄能器、磁力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行星減速機(jī)構(gòu)及脈沖調(diào)質(zhì)機(jī)構(gòu)等組成。內(nèi)磁力傳動(dòng)組件、輸入軸、行星齒輪系和輸出軸等浸在充滿潤滑油的密封腔內(nèi),確保運(yùn)動(dòng)件壽命。整個(gè)工具安裝于鉆鋌短節(jié)內(nèi),下接鉆頭,鉆井中,當(dāng)泥漿經(jīng)鉆柱到達(dá)該工具時(shí),泥漿帶動(dòng)工具動(dòng)作,將泥漿連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖射流,脈沖射流有利于井底破碎巖屑起動(dòng),及時(shí)凈化井底,避免巖屑重復(fù)破損,從而提高鉆頭壽命和機(jī)械鉆速。蓄能器不僅可吸收鉆柱內(nèi)的壓力波動(dòng),而且對鉆頭產(chǎn)生流量脈動(dòng),進(jìn)一步增強(qiáng)清巖效果。它具有可打撈、壽命長、脈動(dòng)壓力大、頻率低及使用效果好等優(yōu)點(diǎn),可滿足深井、超深井及硬地層鉆井需要。
      文檔編號E21B31/12GK202090875SQ20112005973
      公開日2011年12月28日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
      發(fā)明者任福興, 周燕, 安慶寶, 尹文波, 曲剛, 梁錦明, 江正清, 王新峰, 董懷榮 申請人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院
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