液力振荡辅助下套管装置的制作方法

本发明涉及石油天然气钻井用的液力振荡装置领域，具体是一种液力振荡辅助下套管装置。

背景技术：

下套管是石油钻井不可或缺的重要步骤，用于从井口逐步下放套管至井底，为裸眼井筒增加稳固的支撑。在大位移井或水平井钻井过程中，部分套管将横躺在大斜度井段或水平井段，下套管时往往容易产生很大的摩阻，增加套管下入深度不足、套管阻卡等井下复杂状况发生的几率，降低钻井全局效率，延长无效作业时间。

为降低套管与井壁的摩阻，现场作业人员经常采用上提/下放套管的工艺，迫使套管柱与井壁相对运动。但这种方式需动用钻机等大型设备，且井筒内全部管柱都将发生运动，井内流体随之大幅起落，可能引发敏感地层段钻井流体的漏失或地层流体涌入。另外，也有作业人员在套管柱末端安装依靠水力旋转的套管鞋，套管鞋安装有切屑刃具。从井口泵入流体后，套管鞋可旋转切削套管鞋前方的部分不平整井壁，对降低井下复杂状况有一定帮助，但这种方式并不能降低管柱与井壁接触所产生的摩阻。除上述情况，在水平井中下套管时也经常采用“漂浮下套管”技术，即控制套管柱重量，使之在水平井筒中悬浮起来，从而降低与井壁的摩阻。但这种方法需要不断调整管柱内的流体重量，并配合套管的上提、下放动作，施工过程较为复杂。

技术实现要素：

本发明提供了一种液力振荡辅助下套管装置，仅依靠液力振荡方式实现管柱振荡，从而达到便于套管下放的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液力振荡辅助下套管装置，包括：振荡总成，设置有轴向注液孔；下壳体，为两端开口的筒状结构，下壳体的一端与振荡总成的一端固定连接并能够随振荡总成一起轴向移动，下壳体的外壁上设置有径向通孔；叶轮，能转动地设置在下壳体内，叶轮包括转轴本体和设置转轴本体上的叶片，转轴本体设置有彼此连通的轴向过液孔和径向连接孔，轴向过液孔与轴向注液孔连通，径向连接孔与径向通孔位置对应并能够与径向通孔连通。

进一步地，振荡总成包括：上壳体，为两端开口的筒状结构，上壳体与下壳体同轴间隔设置并且上壳体与下壳体之间具有振荡间隙；振荡组件，设置在上壳体内并能够相对于上壳体轴向滑动，轴向注液孔位于振荡组件内，振荡组件的一端与下壳体固定连接，振荡组件的一端处设置有位于振荡间隙内的定位台肩；弹性元件，套设在振荡组件的另一端并位于上壳体内。

进一步地，上壳体内设置有环形台肩，振荡组件包括：中心轴，包括中心轴大径段和中心轴小径段，中心轴大径段位于环形台肩的一侧，中心轴小径段一端与中心轴大径段连接，中心轴小径段的另一端位于环形台肩另一侧；过渡接头，位于环形台肩的另一侧，过渡接头的一端与中心轴小径段的另一端固定连接，过渡接头的另一端与下壳体连接，定位台肩设置在过渡接头的另一端处。

进一步地，轴向注液孔包括直径逐渐减小的大径孔、中径孔和小径孔，大径孔设置在中心轴大径段，小径孔设置在中心轴小径段内，中径孔设置在过渡接头内，并且大径孔与小径孔通过第一锥形过渡孔连接，小径孔与中径孔通过第二锥形过渡孔连接。

进一步地，弹性元件包括：第一弹簧，套设在中心轴小径段的一端外，第一弹簧的一端与中心轴大径段的端面抵接，第一弹簧的另一端与环形台肩的一侧的端面抵接；第二弹簧，套设在中心轴小径段的另一端外，第二弹簧的一端与过渡接头的端面抵接，第二弹簧的另一端与环形台肩的另一侧的端面抵接。

进一步地，液力振荡辅助下套管装置还包括集流器，设置在下壳体内并位于振荡总成与叶轮之间，集流器包括轴向集流孔和多个轴向分流孔，多个轴向分流孔间隔均布在轴向集流孔的外周，轴向集流孔的一端和多个轴向分流孔的一端均与轴向注液孔连通，轴向集流孔的另一端与轴向过液孔连接，多个轴向分流孔的另一端均与叶片对应。

进一步地，轴向集流孔为圆形通孔，轴向分流孔为腰型孔，并且轴向分流孔为三个。

进一步地，径向通孔为多个，沿下壳体的外周间隔均布。

进一步地，每个径向通孔内均设置有一个喷嘴。

进一步地，液力振荡辅助下套管装置还包括轴承组件，设置在下壳体内并位于叶轮远离振荡总成的一端。

本发明的有益效果是，使用方便，不需要井口上提或下放套管柱，仅依靠液力振荡即可实现管柱的振动，从而达到降低套管与井壁的摩阻的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明液力振荡辅助下套管装置实施例的结构示意图；

图2为本发明液力振荡辅助下套管装置实施例中集流器的装配结构剖视示意图；

图3为本发明液力振荡辅助下套管装置实施例中喷嘴的结构示意图。

图中附图标记：10、振荡总成；11、上壳体；111、环形台肩；12、中心轴；13、过渡接头；131、定位台肩；20、下壳体；21、径向通孔；22、喷嘴；30、集流器；31、轴向集流孔；32、轴向分流孔；40、叶轮；41、叶片；42、轴向过液孔；43、径向连接孔；51、大径孔；52、小径孔；53、第一锥形过渡孔；54、中径孔；55、第二锥形过渡孔；61、第一弹簧；62、第二弹簧；70、轴承组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种液力振荡辅助下套管装置，包括振荡总成10、下壳体20和叶轮40。振荡总成10设置有轴向注液孔，振荡总成10能够实现振荡功能。下壳体20为两端开口的筒状结构，下壳体20的一端与振荡总成10的一端固定连接并能够随振荡总成10一起轴向移动，下壳体20的外壁上设置有径向通孔21。叶轮40能转动地设置在下壳体20内，叶轮40包括转轴本体和设置转轴本体外侧壁上的叶片41，转轴本体设置有彼此连通的轴向过液孔42和径向连接孔43，轴向过液孔42与轴向注液孔连通，径向连接孔43与径向通孔21的轴向位置(图1中竖直方向为轴向方向)对应并能够与径向通孔21连通。

本发明实施例中通过轴向注液孔注液从而推动叶轮40转动，当叶轮40上的径向连接孔43与径向通孔21连通时，轴向注液孔内压力变化，振荡总成10轴向移动并产生振荡。本发明实施例使用方便，不需要井口上提或下放套管柱，仅依靠液力振荡即可实现管柱的振动，从而达到降低套管与井壁的摩阻的目的(管柱振动能够降低摩阻)。

需要说明的是，本发明实施例中的叶轮40为现有技术中常规结构，该叶片41沿液体流动方向成螺旋形分布在转轴本体外，相邻两个叶片41之间形成叶片间隙，该叶片间隙的一端与轴向注液孔连通，该叶片间隙的另一端通过叶片41与下壳体20之间的转动间隙与径向通孔21连通。该叶片间隙能够用于高压液体流动并推动叶片41转动。

如图1所示，振荡总成10包括上壳体11、振荡组件和弹性元件。上壳体11为两端开口的筒状结构，上壳体11与下壳体20同轴间隔设置并且上壳体11与下壳体20之间具有振荡间隙。振荡组件设置在上壳体11内并能够相对于上壳体11轴向滑动，轴向注液孔位于振荡组件内，振荡组件的一端与下壳体20固定连接，振荡组件的一端处设置有位于振荡间隙内的定位台肩131。弹性元件套设在振荡组件的另一端并位于上壳体11内。

当振荡组件沿轴向滑动时，振荡组件的一端能够带动与其连接的下壳体20一起运动，上述定位台肩131在振荡间隙内移动，并对应与上壳体11和下壳体20定位抵靠，以限制振荡组件的轴向移动距离。

进一步地，上壳体11内设置有环形台肩111，振荡组件包括中心轴12和过渡接头13。中心轴12包括中心轴大径段和中心轴小径段，中心轴大径段位于环形台肩111的一端，中心轴小径段一端与中心轴大径段连接，中心轴小径段的另一端位于环形台肩111另一端。过渡接头13位于环形台肩111的另一端，过渡接头13的一端与中心轴小径段的另一端固定连接，过渡接头13的另一端与下壳体20连接，定位台肩131设置在过渡接头13的另一端处。

具体地，轴向注液孔包括直径依次减小的大径孔51、中径孔54和小径孔52，大径孔51设置在中心轴大径段，小径孔52设置在中心轴小径段内，中径孔54设置在过渡接头13内，并且大径孔51与小径孔52通过第一锥形过渡孔53连接，小径孔52与中径孔54通过第二锥形过渡孔55连接。

本发明实施例中，在向轴向注液孔内注入高压液体时(通常为10mpa以上)，由大径孔51注入，液体流经小径孔52端部时，由于孔径急剧变小，从而高压液体能够推动中心轴12和过渡接头13一起沿液体流动方向移动(图1中沿竖直方向向下)。上述高压液体被轴向注液孔注入到叶轮40处，其中一部分高压液体进入到叶片41位置用于推动叶轮40转动，另外一部分高压液体由轴向过液孔42排入下游管路中。其中轴向过液孔42中的部分液体，在径向连接孔43与径向通孔21位置对应时，由径向通孔21排出至下壳体20外，从而使轴向过液孔42的液体压力变化，中心轴12和过渡接头13在弹性元件的作用下沿图1中竖直方向向上移动。本发明实施例中，径向连接孔43的外侧设置有与下壳体20的内腔密封的密封组件。该密封组件能够保证径向连接孔43仅在与径向通孔21位置对应时导通。

如图1所示，弹性元件包括第一弹簧61和第二弹簧62。第一弹簧61套设在中心轴小径段的一端外，第一弹簧61的一端与中心轴大径段的端面抵接，第一弹簧61的另一端与环形台肩111的一侧的端面抵接。第二弹簧62套设在中心轴小径段的另一端外，第二弹簧62的一端与过渡接头13的端面抵接，第二弹簧62的另一端与环形台肩111的另一侧的端面抵接。本发明实施例中，上述第一弹簧61为压簧，第二弹簧62为拉簧。其中当中心轴12和过渡接头13沿图1中竖直方向向下移动时，第一弹簧61被压缩，第二弹簧62被拉伸。当轴向注液孔内压力改变时，中心轴12和过渡接头13在第一弹簧61和第二弹簧62的弹性势能作用下沿图1中竖直方向向上移动。

本发明实施例中，第一弹簧61和第二弹簧62均可采用碟簧。第一弹簧61和第二弹簧62的安装腔体内充满液压油。为使液压油在环形台肩111上下无障碍流通，中心轴12与环形台肩111处留出较大空隙。

如图1和图2所示，本发明实施例中的液力振荡辅助下套管装置还包括集流器30，设置在下壳体20内并位于振荡总成10与叶轮40之间，集流器30包括轴向集流孔31和多个轴向分流孔32，多个轴向分流孔32间隔均布在轴向集流孔31的外周，轴向集流孔31的一端和多个轴向分流孔32的一端均与轴向注液孔连通，轴向集流孔31的另一端与轴向过液孔42连接，多个轴向分流孔32的另一端均与叶片41对应(在径向上与叶片41的位置对应)。

设置集流器30，并在集流器30上设置有轴向集流孔31和轴向分流孔32，目的是使由轴向注液孔输送的高压液体大部分进入到轴向集流孔31内，少部分高压液体进入到轴向分流孔32内。进入到轴向集流孔31内的液体流入叶轮40内的轴向过液孔42中。进入轴向分流孔32的液体用于推动叶片41转动，并且该部分液体会在叶片41的末端通过叶轮40与下壳体20之间的间隙进入到径向通孔21中并被排出。其中，本发明实施例中，有轴向注液孔输送至集流器30总液体流量的四分之一均进入到上述多个轴向分流孔32中，其余部分液体进入到轴向集流孔31中。

本发明实施例通过集流器30可以仅适用一小部分流体即可实现振荡动作，不影响套管内流体的正常流动，亦不会引起泵压的急剧波动，同时本发明实施例对于对套管内流体成分无特殊要求，适应范围广。

具体地，如图2所示，轴向集流孔31为圆形通孔，轴向分流孔32为腰型孔，并且轴向分流孔32为三个。

径向通孔21为多个，沿下壳体20的外周间隔均布。每个径向通孔21内均设置有一个喷嘴22，如图3所示，其中喷嘴22结构为现有喷嘴结构，为了便于安装可以在喷嘴22外周加工螺纹，此处不再对喷嘴22结构进行赘述。

本发明实施例中的径向通孔21的个数可以根据不同需要进行选取，从而控制本发明实施例的振荡频率(振荡频率可以通过控制叶轮与下壳体的相对转速即可控制径向通孔21的连通频率。而转速可通过调整钻井液流量、调整叶轮径向通孔的导流结构等方法实现)。本发明实施例中的径向通孔21为三至四个，振荡频率为每秒一次至二次。

本发明实施例中的液力振荡辅助下套管装置还包括轴承组件70，设置在下壳体20内并位于叶轮40远离振荡总成10的一端。该轴承组件70为推力轴承。当然根据不同需要，也可以在叶轮40的上方也可安装轴承，例如安装球轴承。

需要说明的是，本发明实施例在工作是，上壳体11固定在井口，下壳体20的在图1中的下端固定有用于下放的套管。该套管能够随下壳体20一起运动。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明实施例使用方便，不需要井口上提或下放套管柱，仅依靠液力振荡即可实现管柱的振动，从而达到降低套管与井壁的摩阻的目的(管柱振动能够降低摩阻)。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。