專利名稱：鉆柱激振減阻工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井工具領(lǐng)域，特別是涉及一種激發(fā)鉆柱產(chǎn)生周期性振動的鉆井減阻工具。
背景技術(shù)：
在大斜度井(即鉆井斜長與垂深之比大于2，井斜角在60ο 86°的定向井)長水平段和頁巖氣水平井(井斜角達到或接近90°，井身沿著水平方向鉆進一定長度的井)鉆進過程中，部分鉆柱靠在下井壁上，鉆柱與井壁之間會產(chǎn)生很大的摩阻和扭矩，導致鉆壓和扭矩無法順利地施加到鉆頭上，產(chǎn)生“拖壓”現(xiàn)象，導致機械鉆速很低；另，鉆柱與井壁之間巨大的摩阻會使鉆柱產(chǎn)生“粘滑振動”現(xiàn)象，鉆頭轉(zhuǎn)速可以瞬間達到很大值，很容易造成鉆柱破壞，因此在大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆進過程中，高摩阻和扭矩導致的“拖壓”和“粘滑振動”成為影響鉆進效率的重要因素。針對大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆進過程中的“拖壓”及“粘滑振動”現(xiàn)象導致鉆進效率低下的問題，研究表明:振動可以改變摩擦副之間的摩擦狀態(tài)，使摩擦副之間的摩擦系數(shù)降低，因此，如何將振動減阻技術(shù)應用于大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆柱減阻，以提高大斜度井長水平段、頁巖氣水平井的機械鉆速和保障鉆井安全，是高摩阻井鉆井技術(shù)的一個重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆進過程中存在的“拖壓”和“粘滑振動”問題。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鉆柱激振減阻工具，該工具包括雙母套筒和插裝在其兩端的上部雙公接頭和下部雙公接頭，所述雙母套筒、上部雙公接頭和下部雙公接頭均為中空設(shè)置，該工具還包括動力裝置和偏心軸，其中:所述動力裝置位于上部雙公接頭內(nèi)，用于提供旋轉(zhuǎn)動力；所述偏心軸與所述動力裝置相連接，且偏心軸的同心段通過扶正軸承安裝在雙母套筒的中空腔內(nèi)，其偏心段能在雙母套筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，用于提供周期性的偏心力，該偏心力驅(qū)使該工具產(chǎn)生周期性振動。優(yōu)選的，所述動力裝置包括動力軸，所述動力軸的一端沿軸向延伸至雙母套筒內(nèi)。優(yōu)選的，所述偏心軸一端的同心段與動力軸通過聯(lián)軸器固定連接。優(yōu)選的，所述偏心軸另一端的同心段延伸至所述下部雙公接頭內(nèi)。優(yōu)選的，所述聯(lián)軸器、偏心軸和動力軸內(nèi)設(shè)置有相連通的中空腔。優(yōu)選的，所述偏心軸兩端的同心段上分別設(shè)有與扶正軸承相卡合的軸肩，用于實現(xiàn)扶正軸承的軸向定位。優(yōu)選的，所述軸肩設(shè)置為套裝在偏心軸上的定位套筒。
優(yōu)選的，所述雙母套筒包括內(nèi)設(shè)有聯(lián)軸器的上部雙母套筒和內(nèi)設(shè)有偏心軸偏心段的下部雙母套筒，所述上部雙母套筒和下部雙母套筒通過中空的中部雙公接頭相連接。優(yōu)選的，所述中部雙公接頭和下部雙公接頭的中空腔內(nèi)分別設(shè)有與偏心軸同心段相適配的密封裝置。優(yōu)選的，所述下部雙母套筒與偏心軸之間的空腔內(nèi)充裝有潤滑油。(三)有益效果本發(fā)明提供的鉆柱激振減阻工具，通過動力裝置驅(qū)使偏心軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏心力，進而由該偏心力驅(qū)使減阻工具及其附近鉆柱產(chǎn)生周期性的振動，使得鉆柱作用在井壁上的正壓力周期性的減小，使鉆柱與井壁間的靜摩擦變?yōu)閯幽Σ粒@著減小鉆柱與井壁之間的摩阻和扭矩，有效消除大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆進過程中存在的“拖壓”和“粘滑振動”現(xiàn)象；進一步的，本發(fā)明的振動減阻工具，通過兩端的雙公接頭可安裝在鉆柱的任意段，實用價值高；再進一步的，該減阻工具通過巧妙設(shè)置的密封裝置，使得偏心軸及扶正軸承位于一密閉腔內(nèi)，在該密閉腔內(nèi)充裝的潤滑油起到對扶正軸承的潤滑和散熱作用，充分提高了該工具的使用壽命。


圖1是本發(fā)明的實施例1結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本發(fā)明的實施例1的A向剖視圖；圖3是本發(fā)明的實施例2結(jié)構(gòu)原理圖；其中:1、雙母套筒，1-1、上部雙母套筒，1-2、下部雙母套筒，2、上部雙公接頭，3、下部雙公接頭，4、動力裝置，4-1、動力軸，5、偏心軸，5-1、同心段，5-2、偏心段，6、軸肩，7、中部雙公接頭，8、扶正軸承，8-1、上部扶正軸承，8-2、下部扶正軸承，9、密封裝置，10、聯(lián)軸器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1、2所示為本發(fā)明的實施例1，一種鉆柱激振減阻工具，該工具包括雙母套筒1、上部雙公接頭2和下部雙公接頭3，上部雙公接頭2和下部雙公接頭3分別插裝在雙母套筒I的兩端，該工具通過上部雙公接頭2和下部雙公接頭3可連接在鉆柱的任意段，提高了該工具的實用性。雙母套筒1、上部雙公接頭2和下部雙公接頭3均為中空設(shè)置，在中空腔內(nèi)設(shè)置有用于產(chǎn)生偏心力的動力裝置4和偏心軸5，以通過偏心力使該工具產(chǎn)生周期性振動，其中的動力裝置4可以采用容積式馬達、渦輪馬達等，其位于上部雙公接頭2內(nèi)，用于提供旋轉(zhuǎn)動力，動力裝置4的動力軸4-1沿軸向延伸至雙母套筒I內(nèi)，上部雙公接頭2與動力軸4-1間隙配合，以起到徑向限位的效果，防止動力軸4-1與上部雙公接頭2發(fā)生相對晃動。上部雙公接頭可設(shè)置為拼接式等結(jié)構(gòu)，以便于動力裝置的安裝。偏心軸5與所述動力裝置4相連接，優(yōu)選的，將偏心軸5設(shè)置為兩端為同心段5-1，而兩端之間相應位置具有偏心段，偏心軸5 —端的同心段5-1通過聯(lián)軸器10與動力裝置4的動力軸4-1相連接，由動力裝置4的動力軸4-1驅(qū)使偏心軸5旋轉(zhuǎn)，其中的聯(lián)軸器10例如可以設(shè)置為雙母接頭，動力軸4-1和偏心軸5以螺紋連接或者多面棱柱與多面孔插接等方式連接在雙母接頭的兩端，以降低加工難度；偏心軸5至少一端的同心段5-1通過扶正軸承8安裝在在雙母套筒I的中空腔內(nèi)，圖示的扶正軸承位于下端，顯然，扶正軸承也可依據(jù)具體設(shè)計要求安裝在上端的同心段上，或者如圖3所示在兩端的同心段上都安裝有扶正軸承，由扶正軸承8實現(xiàn)對偏心軸5的徑向及軸向的定位，防止偏心軸5與雙母套筒I發(fā)生相對晃動，確保其只能發(fā)生同步振動；偏心軸5的偏心段5-2能夠在雙母套筒I內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，即雙母套筒I內(nèi)相應位置具有供給偏心軸5偏心段自由旋轉(zhuǎn)的足夠的空間。上述的動力軸4-1、聯(lián)軸器10及偏心軸5優(yōu)選設(shè)置為中空式結(jié)構(gòu)，其相連通的中空腔為鉆井液通道，當該工具安裝在鉆柱的任意一段時，該中空式結(jié)構(gòu)不阻斷鉆井液的流動，不會影響鉆柱的正常作業(yè)。據(jù)此，將該工具通過兩端的上部雙公接頭2和下部雙公接頭3安裝在鉆柱上，由動力裝置4通過動力軸4-1驅(qū)動偏心軸5旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生偏心力，該偏心力促使偏心軸5發(fā)生周期性振動，由于偏心軸5通過扶正軸承8與雙母套筒I相連接而只能同步振動，因而，偏心軸5帶動雙母套筒I同步進行周期性振動，進而，該工具驅(qū)動與其相連接的鉆柱同步發(fā)生周期性振動，該周期性振動能夠有效解決大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆進過程中存在的“拖壓”和“粘滑振動”現(xiàn)象而導致鉆井效率低下和鉆柱易受損等問題。顯然，實施例1中為較簡單和較為低成本的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而為了進一步提高運行的穩(wěn)定性等性能，可以對旋轉(zhuǎn)軸、雙母套筒等結(jié)構(gòu)進行相應的變形和改進，如圖3所示即為改進后的一具體實施例(實施例2)。該實施例是在實施例1的基礎(chǔ)上進行了相應的改進，其與實施例1的區(qū)別至少包括:為加強偏心軸5的徑向定位效果，將扶正軸承設(shè)置有兩個，即圖示位于偏心段上方的上部扶正軸承8-1和位于偏心段下方的下部扶正軸承8-2 ;與上部扶正軸承8-1和下部扶正軸承8-2相對應的，在偏心軸5兩端的同心段5-1上分別設(shè)有一軸肩6，兩個軸肩6分別與兩個扶正軸承相卡合，用于扶正軸承的軸向定位，其中軸肩6優(yōu)選設(shè)置為套裝在偏心軸5上的定位套筒，以降低加工和組裝難度；為更進一步提高運行的穩(wěn)定性以及降低加工和組裝難度，將雙母套筒I設(shè)置為由中部雙公接頭7插接在一起的上部雙母套筒1-1和下部雙母套筒1-2，其中的聯(lián)軸器10位于上部雙母套筒1-1內(nèi)，而偏心軸5的偏心段5-2以及上部扶正軸承8-1、兩個軸肩6、下部扶正軸承8-2位于下部雙母套筒1-2內(nèi)，中部雙公接頭7與偏心軸5的同心段5-1為間隙配合，起到輔助限位的作用。另，將傳動軸圖示下端的同心段5-1沿軸向延長至下部雙公接頭3內(nèi)，且該同心段5-1與下部雙公接頭3為間隙配合，以起到輔助限位的作用。為充分提高該工具的使用壽命，需要對上部扶正軸承8-1和下部扶正軸承8-2進行潤滑和散熱，據(jù)此，在中部雙公接頭7和下部雙公接頭3的中空腔內(nèi)分別設(shè)有與偏心軸5同心段5-1相適配的密封裝置9，由密封裝置9、下部雙母套筒1-2形成一封閉腔室，在該腔室內(nèi)，即下部雙母套筒1-2與偏心軸5之間的空腔內(nèi)充裝潤滑油，而偏心軸5的偏心段即在該封閉腔室內(nèi)的潤滑油環(huán)境中旋轉(zhuǎn)，進而起到對上部扶正軸承8-1和下部扶正軸承8-2充分潤滑和散熱的作用，提高扶正軸承的使用壽命。最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應當涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種鉆柱激振減阻工具，該工具包括雙母套筒和插裝在其兩端的上部雙公接頭和下部雙公接頭，所述雙母套筒、上部雙公接頭和下部雙公接頭均為中空設(shè)置，其特征在于，該工具還包括動力裝置和偏心軸,其中: 所述動力裝置位于上部雙公接頭內(nèi)，用于提供旋轉(zhuǎn)動力； 所述偏心軸與所述動力裝置相連接，且偏心軸的同心段通過扶正軸承安裝在雙母套筒的中空腔內(nèi)，其偏心段能在雙母套筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，用于提供周期性的偏心力，該偏心力驅(qū)使該工具產(chǎn)生周期性振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述動力裝置包括動力軸，所述動力軸的一端沿軸向延伸至雙母套筒內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述偏心軸一端的同心段與動力軸通過聯(lián)軸器固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述偏心軸另一端的同心段延伸至所述下部雙公接頭內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述聯(lián)軸器、偏心軸和動力軸內(nèi)設(shè)置有相連通的中空腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述偏心軸兩端的同心段上分別設(shè)有與扶正軸承相卡合的軸肩用于實現(xiàn)扶正軸承的軸向定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述軸肩設(shè)置為套裝在偏心軸上的定位套筒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述雙母套筒包括內(nèi)設(shè)有聯(lián)軸器的上部雙母套筒和內(nèi)設(shè)有偏心軸偏心段的下部雙母套筒，所述上部雙母套筒和下部雙母套筒通過中空的中部雙公接頭相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述中部雙公接頭和下部雙公接頭的中空腔內(nèi)分別設(shè)有與偏心軸同心段相適配的密封裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆柱激振減阻工具，其特征在于:所述下部雙母套筒與偏心軸之間的空腔內(nèi)充裝有潤滑油。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井工具領(lǐng)域，特別是涉及一種激勵鉆柱產(chǎn)生周期性振動的鉆井減阻工具，該工具包括雙母套筒和插裝在其兩端的上部雙公接頭和下部雙公接頭，雙母套筒、上部雙公接頭和下部雙公接頭均為中空設(shè)置，該工具還包括動力裝置和偏心軸，所述動力裝置位于上部雙公接頭內(nèi)；所述偏心軸與所述動力裝置相連接，且偏心軸的同心段通過扶正軸承安裝在雙母套筒的中空腔內(nèi)，其偏心段能在雙母套筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明使得鉆柱作用在井壁上的正壓力周期性的減小，使鉆柱與井壁間的靜摩擦變?yōu)閯幽Σ?，顯著減小鉆柱與井壁之間的摩阻和扭矩，有效消除大斜度井長水平段、頁巖氣水平井鉆進過程中存在的“拖壓”和“粘滑振動”現(xiàn)象。
文檔編號F16F15/02GK103174791SQ20131009550
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者管志川, 張會增, 玄令超, 史玉才, 廖華林, 張洪寧, 劉永旺, 許玉強 申請人:中國石油大學(華東)