一种摆动式防粘滑钻井工具的制作方法

本发明涉及一种石油天然气行业钻井工程中用于防止钻柱粘滑作用，提高机械钻速用的摆动式防粘滑钻井工具。

背景技术：

在石油天然气行业中，钻井工程的投入高、风险大、技术难，钻井工程渗透于油气藏勘探、开发中的各个重要环节，可以说钻井工程是石油天然气行业发展的基础。目前全世界范围内的油气藏开采必须通过钻井作业才能完成，然而钻井作业的技术难度巨大，井下工况复杂多变，钻井条件受到诸多限制。

在钻井作业中，钻柱经常发生粘滑现象，损伤钻井工具，降低钻井效率。钻柱的粘滑现象是指在钻井过程中，由于井下岩层的各种限制原因，钻头卡在某一位置处不能转动，然后由于钻柱具有弹性，钻头上部的钻柱在钻井扭矩的作用下可能会持续转动好几圈，发生严重的扭转变形，直到钻柱上的扭矩积聚到一定程度时，钻头上的扭矩被瞬间释放，钻头瞬间快速旋转。钻柱发生粘滑现象会使钻柱受到瞬间发生极为剧烈的震荡，破坏钻井稳定性，同时也会对钻井工具和井下仪器造成损伤，使得井身质量不好，钻井效率低。因此在钻井作业中应该极力避免粘滑现象的发生，提高钻井作业的效率。

粘滑现象产生的主要原因是钻头和井眼短时间的卡钻造成的，因此避免粘滑现象产生的有效方法即是如何有效避免钻头和井眼产生短时卡钻。一个有效的方法是增强钻头的周向振动，让钻头在旋转破岩的同时产生微幅的周向摆动，使钻头和地层的接触时刻处在交变的动载荷状态，有效防止钻头和地层接触时间过长而卡钻。基于上述技术背景，本发明特提供一种摆动式防粘滑钻井工具。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决钻井过程中钻柱发生粘滑现象而损伤钻井工具、降低钻井效率的问题，特提供一种摆动式防粘滑钻井工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种摆动式防粘滑钻井工具，是由上接头、上筒体、转子、上轴承套、上径向轴承、配流芯轴、摆动筒体、下筒体、推力轴承a、下径向轴承、下轴承套、推力轴承b和下接头构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，下接头下端和钻头丝扣连接；上筒体上端和上接头下端丝扣连接，上筒体下端和上轴承套上端丝扣连接；上轴承套内腔设置为台阶孔，上径向轴承安装在上轴承套台阶孔内；下筒体上端和上轴承套下端丝扣连接，下筒体下端和下轴承套上端丝扣连接；下轴承套内腔下部设置一圈凸起台阶，下径向轴承安装在下轴承套内腔下部凸起台阶的上端面，推力轴承b安装在下轴承套内腔下部凸起台阶的下端面；下筒体内腔周向均匀设置两条轴向凸台，下筒体内腔两条轴向凸台两侧均设置有下沉台阶；转子外圆上设置有螺旋形叶片，转子置入上筒体内腔；配流芯轴外圆上部周向均匀设置两条轴向凹槽，配流芯轴上端和转子下端丝扣连接；摆动筒体内腔中部设置一圈凸起台阶，摆动筒体外圆中部周向均匀设置两条轴向凸台，摆动筒体两条轴向凸台上部两侧分别设置两个轴向腰型孔，摆动筒体两条轴向凸台下部两侧分别设置两个轴向腰型孔，摆动筒体两条轴向凸台上部两侧设置的轴向腰型孔和摆动筒体两条轴向凸台下部两侧设置的轴向腰型孔在周向上的相位相同；摆动筒体置入下筒体内腔，下筒体内腔两条轴向凸台和摆动筒体外圆两条轴向凸台把下筒体内腔和摆动筒体外圆形成的环形腔室分隔成四个腔室；配流芯轴置入摆动筒体内腔上部，推力轴承a安装在摆动筒体内腔中部的凸起台阶上；摆动筒体下端和下接头上端丝扣连接。

本发明的有益效果是：(1)本发明的摆动筒体在下筒体驱动稳定转动的同时，在钻井液驱动下高频往复周向摆动，为钻头提供持续周向高频交变载荷，有效防止粘滑现象的产生，避免粘滑现象的伤害，提高钻井效率；(2)本发明利用钻井液驱动，控制简单方便；(3)本发明结构简单，适应井下高温高压复杂工况。

附图说明

图1是本发明一种摆动式防粘滑钻井工具的结构示意图；

图2是图1a-a截面摆动至中间位置的剖视图；

图3是图1a-a截面摆动至极限位置1的剖视图；

图4是图1a-a截面摆动至极限位置2的剖视图；

图5是图1b-b截面的剖视图；

图6是配流芯轴的三维结构示意图；

图7是摆动筒体的三维结构示意图；

图8是下筒体的三维结构示意图；

图中：1.上接头、2.上筒体、3.转子、4.上轴承套、5.上径向轴承、6.配流芯轴、7.摆动筒体、8.下筒体、9.推力轴承a、10.下径向轴承、11.下轴承套、12.推力轴承b、13.下接头。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种摆动式防粘滑钻井工具，是由上接头1、上筒体2、转子3、上轴承套4、上径向轴承5、配流芯轴6、摆动筒体7、下筒体8、推力轴承a9、下径向轴承10、下轴承套11、推力轴承b12和下接头13构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，下接头13下端和钻头丝扣连接；上筒体2上端和上接头1下端丝扣连接，上筒体2下端和上轴承套4上端丝扣连接；上轴承套4内腔设置为台阶孔，上径向轴承5安装在上轴承套4台阶孔内；下筒体8上端和上轴承套4下端丝扣连接，下筒体8下端和下轴承套11上端丝扣连接；下轴承套11内腔下部设置一圈凸起台阶，下径向轴承10安装在下轴承套11内腔下部凸起台阶的上端面，推力轴承b12安装在下轴承套11内腔下部凸起台阶的下端面；转子3外圆上设置有螺旋形叶片，转子3置入上筒体2内腔；配流芯轴6上端和转子3下端丝扣连接；摆动筒体7内腔中部设置一圈凸起台阶，摆动筒体7置入下筒体8内腔；配流芯轴6置入摆动筒体7内腔上部，推力轴承a9安装在摆动筒体7内腔中部的凸起台阶上；摆动筒体7下端和下接头13上端丝扣连接。

如图2、图3、图4和图6所示，配流芯轴6外圆上部周向均匀设置两条轴向凹槽。

如图2、图3、图4、图5、图7和图8所示，下筒体8内腔周向均匀设置两条轴向凸台，下筒体8内腔两条轴向凸台两侧均设置有下沉台阶；摆动筒体7外圆中部周向均匀设置两条轴向凸台，摆动筒体7两条轴向凸台上部两侧分别设置两个轴向腰型孔，摆动筒体7两条轴向凸台下部两侧分别设置两个轴向腰型孔，摆动筒体7两条轴向凸台上部两侧设置的轴向腰型孔和摆动筒体7两条轴向凸台下部两侧设置的轴向腰型孔在周向上的相位相同；摆动筒体7置入下筒体8内腔，下筒体8内腔两条轴向凸台和摆动筒体7外圆两条轴向凸台把下筒体8内腔和摆动筒体7外圆形成的环形腔室分隔成四个腔室。

本发明一种摆动式防粘滑钻井工具的工作原理是：本发明的下接头13下端与钻头连接，在上部钻柱的驱动下，本发明的上接头1、上筒体2和下筒体8稳定转动，摆动筒体7和下接头13在下筒体8的驱动同步转动；循环钻井液，钻井液驱动转子3旋转，转子3驱动配流芯轴6旋转，钻井液在配流芯轴6外圆上部两条轴向凹槽的作用下，交替进入摆动筒体7两条轴向凹槽上部两侧的轴向腰型孔，并从摆动筒体7两条轴向凹槽下部两侧的轴向腰型孔流如摆动筒体7内腔，在此过程中，下筒体8内腔和摆动筒体7外圆的四个腔室内有钻井液流入的两个中心对称的腔室压力高，另外两个中心对称的腔室压力小，高压腔和低压腔较低变化，使摆动筒体7高频往复摆动，这就使摆动筒体7和下接头13在周向转动的同时，高频往复回转，让钻头切削岩石产生高频交变载荷，防止粘滑现象发生。