一种涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具的制作方法

本发明涉及一种用于石油勘探开发领域的连续管钻井减阻工具，主要针对连续管钻井技术。

背景技术：

随着水平井、大位移井和多分支井的数量逐渐增加以及小井眼钻井、老井加深和侧钻技术的发展，连续管钻井技术已经越来越广泛用于油气勘探开发领域中。制约连续管钻井技术应用的主要因素是由于其管径小、刚度差并且无旋转，导致摩擦阻力大、压力传递困难、易发生屈曲甚至卡死。

连续管钻井减阻工具的研发面临连续管管径小，用于工具安装的空间狭窄的困难，导致常规钻井的很多减阻工具无法用于连续管钻井。当前连续管钻井减阻工具的振动激发结构均是利用撞击锤类结构通过撞击激发轴向振动减阻，该种轴向振动工具虽然能达到减阻效果，但结构复杂且强度要求高不利于安装在小管径的连续管，同时易疲劳损坏寿命短。当前连续管钻井减阻工具的动力结构通常利用腔体的开闭控制钻井液推动撞击锤完成动作，这类结构虽然能提供动力，但是会产生较大压降。

基于以上问题，本发明设计了一种涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具，旨在解决连续管钻井摩阻大，易卡死的技术难题。通过涡轮轴旋转时振动环因偏心质量激发径向振动，通过涡轮轴旋转带动旋转开关调节流道开度，激发水锤效应从而实现轴向振动作用，降低摩阻。利用振动环的柔性冲击和不彻底截断钻井液的特点，减小钻井液的压降并且提高工具的寿命和可靠性。

技术实现要素：

本发明提供了一种涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具，解决的问题是降低连续管管壁与井壁之间摩擦阻力，增加钻压，减少连续管屈曲现象，提高钻井效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的技术方案包括：动力机构、径向振动机构、轴向振动机构和短节壳体，其特征在于，动力机构为具有多级涡轮节结构的涡轮轴，通过具有轴承的支撑结构安装于短节壳体内，保证涡轮轴自由旋转；径向振动机构为涡轮轴上带有偏心质量的振动环，涡轮轴旋转时振动环因偏心质量产生径向振动；轴向振动机构由涡轮轴、旋转开关和激振器构成，通过涡轮轴旋转带动旋转开关调节流道开度，激发水锤效应从而实现轴向振动作用。短节壳体用于安装动力机构、径向振动机构和轴向振动机构，并且提供和其他井下工具连接的接头。

上述方案进一步包括；

所述振动环与偏心质量采用栓接方式，可调节偏心质量改变工具的径向振幅和频率。所述旋转开关和激振器均具有两个扇形流道，且旋转开关的扇形流道面积小于激振器扇形流道面积，保证旋转开关开度最小时依然可流通钻井液。

与现有减阻工具相比，本发明具有优势如下：(1)该减阻工具产生径向振动和轴向振动两种振动形式，适应各种不同地层特点和要求，减阻效果好；(2)该减阻工具的动力机构无需截断钻井液流通，最大程度上降低工具压降；(3)该减阻工具的轴向振动机构无刚性冲击，利用水锤效应完成振动的激发，提高了工具的寿命和可靠性。

附图说明

图1涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具结构示意图；

图2旋转开关与激振器配合示意图。

图中标号：1、上部接头；2、导流器；3、上部支撑翼板；4、上部支撑主轴；5、上部轴承槽；6、上部轴承；7、壳体；8、涡轮轴；9、涡轮定子；10、涡轮转子；11、偏心环；12、叶片支撑；13、固定套管；14、下部轴承槽；15、下部止推轴承；16、下部接头；17、下部支撑翼板；18、旋转开关；19、旋转开关心轴；20、激振流道；21、激振器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具，包括由导流器2、上部支撑翼板3、上部支撑主轴4、上部轴承槽5、上部轴承6、涡轮轴8、涡轮定子9和涡轮转子10组成的动力机构，由偏心环11、叶片支撑12和固定套管13组成的径向振动机构，由下部轴承槽14、下部止推轴承15、下部支撑翼板17、旋转开关18、旋转开关心轴19、激振流道20和激振器21组成的轴向振动机构，由上部接头1、壳体7和下部接头16组成的短节壳体。涡轮轴8通过固定于上部轴承槽5的上部轴承6和固定于下部轴承槽14的下部止推轴承15装配在壳体7内，并保证可以自由旋转。上部支撑主轴4通过四片上部支撑翼板3连接于壳体7内。导流器2直接固定在上部支撑主轴4上，缓冲引流从上部接头1进入的钻井液。涡轮定子9固定在壳体7内部，涡轮转子10固定在涡轮轴8上。径向振动机构通过固定套管13固定于涡轮轴8中部，偏心质量安装在偏心环11，偏心环11通过叶片支撑12与固定套管13连接。旋转开关心轴19与穿过下部支撑翼板17的涡轮轴8连接并传动。激振器21直接固定在壳体7内部。

高速钻井液由上部接头1进入工具，流过导流器2和上部支撑翼板3，经涡轮定子9调整流向后冲击涡轮转子10，涡轮轴8在涡轮转子10驱动下高速旋转。偏心环11随着涡轮轴8而旋转，产生离心力进而激发整个工具的径向振动。旋转开关心轴19随着涡轮轴8而旋转，与激振器21配合调整流道开度，激发水锤效应产生轴向振动。