设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具的制作方法

本发明涉及钻完井，尤其涉及一种设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具。

背景技术：

1、由于非常规开发、海上开发、海油陆采、环境保护等需要，大位移井、大斜度井、长水平段水平井等复杂结构井数量不断增长。特别是在非常规页岩油气开发过程中，由于其低孔、低渗、低丰度等先天缺陷，开发难度极大，长水平段水平井技术是其经济效益开发的关键技术。但随着水平井水平段的不断加长、复杂结构井需求不断增加，井壁对钻柱的托压导致钻压传递困难，高摩阻、高扭矩问题突出，直接影响到水平段的延伸能力。同时，高摩阻扭矩导致卡钻断钻具、埋旋导等复杂事故频发，非生产工作时效及钻井成本增高，严重影响油气勘探开发效益。因此，研究长水平段水平井降摩减阻技术及配套工具具有重要意义。

2、水力振荡器基于振动减摩阻理论，将部分钻井液能量转化为液压能，诱使工具附近钻柱产生振动，从而降低钻遇与井壁间的摩擦，实现钻柱降摩减阻。目前常用的水力振荡器包括螺杆式和涡轮式结构，即利用螺杆或涡轮带动脉冲盘阀产生压力脉冲，压力脉冲作用于振荡短节的活塞面，振荡短节在压力脉冲的作用下，压缩或释放其内部的碟簧组，实现往复振动。其中，螺杆式水力振荡器使用螺杆作为盘阀动力源，螺杆内部定子橡胶的应用导致其抗高温性能较弱。而涡轮式水力振荡器由于涡轮转速较高，导致脉冲频率过高，振荡短节碟簧的压缩和恢复频率也同样较高，振荡效果不佳，且振动传递距离受限，振动减阻效果不佳。同时，螺杆式和涡轮式水力振荡器均使用螺杆或涡轮作为动力驱动盘阀转动，工具存在显著的压力损耗，在长水平段水平井钻井过程中，压力损耗导致的高泵压限制了工具的使用。

3、由此，针对上述水力振荡工具耐温能力不足、振荡频率过高及压力损耗过大的难题，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，以克服现有技术的缺陷,提高长水平段水平井及复杂结构井降摩减阻效果，助力钻井提速提效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，利用偏心配重的自稳定性，自稳定盘阀结构产生压力脉冲并配合振动短节形成对钻柱的冲击振动，从而降低钻井过程中的摩阻扭矩。该工具无需动力驱动机构，工具压耗大幅降低。

2、本发明的目的是这样实现的，一种设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，包括，

3、振动短节，包括第一外壳结构，所述第一外壳结构内周向固定连接能轴向移动的芯轴，所述芯轴内贯通设置第一中心孔，所述芯轴的顶端连接上部钻柱；

4、脉冲短节，包括连接于所述第一外壳结构的第二外壳结构，所述第二外壳结构的底端连接下部钻柱；所述第二外壳结构内设置轴向固定的稳定轴，所述第二外壳结构能相对所述稳定轴周向转动，所述稳定轴上间隔设置偏心配重套和自稳盘阀，所述偏心配重套与所述第二外壳结构之间设置能与第一中心孔连通的过流环隙；所述第二外壳结构内位于自稳盘阀的下方固定设置旋转阀；所述自稳盘阀上轴向贯通设置能与过流环隙连通的第一过流通道，所述旋转阀上轴向贯通设置第二过流通道，所述第二过流通道间歇性连通所述第一过流通道以使钻井液产生压力脉冲，所述芯轴在压力脉冲作用下产生轴向振动。

5、在本发明的一较佳实施方式中，所述偏心配重套包括圆柱形本体，所述圆柱形本体内设置一侧设置轴向贯通的减重槽，所述圆柱形本体的中心处设置能套设于所述稳定轴外侧的圆弧半槽；所述圆柱形本体的顶端向内设置第一内凹槽，所述稳定轴的外壁上设置第一台阶部，所述第一内凹槽顶抵套设于所述第一台阶部上；所述稳定轴的底端通过套设于所述稳定轴上的固定螺母轴向顶抵固定。

6、在本发明的一较佳实施方式中，所述自稳盘阀的外壁顶端向下设置外锥面。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述第二外壳结构内固定设置支撑座，所述支撑座的中心处轴向贯通设置第二中心孔，所述稳定轴的顶端铰接于所述第二中心孔内；所述支撑座上还设置贯通的第三过流通道，所述第三过流通道能连通所述第一中心孔和所述过流环隙。

8、在本发明的一较佳实施方式中，所述稳定轴的顶端通过上轴承铰接于所述第二中心孔内；所述第二中心孔的内壁设置第二台阶部，所述稳定轴的外壁设置第三台阶部，所述第二中心孔的顶端固定连接轴承帽，所述稳定轴的顶端连接上轴承固定螺母，所述轴承帽、所述上轴承固定螺母和所述第二台阶部、所述第三台阶部轴向固定所述上轴承。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转阀的中心处轴向贯通设置第三中心孔，所述稳定轴的底端通过下轴承铰接于所述第三中心孔内；所述第三中心孔的内壁设置第四台阶部，所述稳定轴的外壁设置第五台阶部，所述第三中心孔的底端固定连接轴承端盖，所述稳定轴的底端连接下轴承固定螺母，所述轴承端盖、所述下轴承固定螺母和所述第在本发明的一较佳实施方式中，所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道的横截面呈扇形设置。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一外壳结构包括顺序连接的花键外壳和碟簧外壳，所述碟簧外壳内位于所述芯轴的底端设置活塞，所述活塞能在下方压力脉冲的作用下推动所述芯轴产生轴向振动；所述芯轴和所述碟簧外壳之间设置碟簧，所述芯轴和所述花键外壳通过花键连接。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述花键外壳的内壁设置环形凹槽，所述环形凹槽的底端面构成第六台阶部，所述芯轴的外壁设置第七台阶部，所述第七台阶部能顶抵于所述第六台阶部上以对所述芯轴进行下行限位；

12、所述花键外壳的底端面位于所述碟簧外壳内构成第八台阶部，所述芯轴上位于所述碟簧外壳内的位置设置挡环，所述挡环能轴向顶抵于所述第八台阶部以对所述芯轴进行上行限位。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述碟簧外壳的底端通过中间接头连接所述第二外壳结构，所述中间接头的中心处设置第四中心孔，所述第四中心孔能连通所述第一中心孔和所述第三过流通道。

14、由上所述，本发明的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具具有如下有益效果：

15、本发明利用偏心配重的自稳定性，稳定轴和自稳盘阀利用偏心配重套实现在钻柱旋转过程中的稳定状态，配合钻柱旋转过程中带动旋转阀转动，第二过流通道和第一过流通道不断处于连通开启和错开闭合的切换过程，形成压力脉冲，压力脉冲作用于振动短节，在压力脉冲作用下带动芯轴产生轴向振动，继而轴向振动传播至工具上下两端连接的钻柱系统，从而降低钻柱与井壁间的摩阻系数，实现降扭减阻，解决目前非常规页岩油气等开发过程中长水平段水平井及复杂结构井钻井过程中存在的高摩阻扭矩问题；

16、本发明原理和结构简单、可靠性强，工具无螺杆、涡轮等动力短节，与常规水力振荡器相比可大幅降低压力损耗，且为全金属结构，耐温能力更强，具有较为广泛的推广应用前景。

技术特征：

1.一种设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，包括，

2.如权利要求1所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述偏心配重套包括圆柱形本体，所述圆柱形本体内设置一侧设置轴向贯通的减重槽，所述圆柱形本体的中心处设置能套设于所述稳定轴外侧的圆弧半槽；所述圆柱形本体的顶端向内设置第一内凹槽，所述稳定轴的外壁上设置第一台阶部，所述第一内凹槽顶抵套设于所述第一台阶部上；所述稳定轴的底端通过套设于所述稳定轴上的固定螺母轴向顶抵固定。

3.如权利要求1所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述自稳盘阀的外壁顶端向下设置外锥面。

4.如权利要求1所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述第二外壳结构内固定设置支撑座，所述支撑座的中心处轴向贯通设置第二中心孔，所述稳定轴的顶端铰接于所述第二中心孔内；所述支撑座上还设置贯通的第三过流通道，所述第三过流通道能连通所述第一中心孔和所述过流环隙。

5.如权利要求4所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述稳定轴的顶端通过上轴承铰接于所述第二中心孔内；所述第二中心孔的内壁设置第二台阶部，所述稳定轴的外壁设置第三台阶部，所述第二中心孔的顶端固定连接轴承帽，所述稳定轴的顶端连接上轴承固定螺母，所述轴承帽、所述上轴承固定螺母和所述第二台阶部、所述第三台阶部轴向固定所述上轴承。

6.如权利要求4所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述旋转阀的中心处轴向贯通设置第三中心孔，所述稳定轴的底端通过下轴承铰接于所述第三中心孔内；所述第三中心孔的内壁设置第四台阶部，所述稳定轴的外壁设置第五台阶部，所述第三中心孔的底端固定连接轴承端盖，所述稳定轴的底端连接下轴承固定螺母，所述轴承端盖、所述下轴承固定螺母和所述第四台阶部、所述第五台阶部轴向固定所述下轴承。

7.如权利要求4所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述第一过流通道、所述第二过流通道和所述第三过流通道的横截面呈扇形设置。

8.如权利要求4所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述第一外壳结构包括顺序连接的花键外壳和碟簧外壳，所述碟簧外壳内位于所述芯轴的底端设置活塞，所述活塞能在下方压力脉冲的作用下推动所述芯轴产生轴向振动；所述芯轴和所述碟簧外壳之间设置碟簧，所述芯轴和所述花键外壳通过花键连接。

9.如权利要求8所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述花键外壳的内壁设置环形凹槽，所述环形凹槽的底端面构成第六台阶部，所述芯轴的外壁设置第七台阶部，所述第七台阶部能顶抵于所述第六台阶部上以对所述芯轴进行下行限位；

10.如权利要求8所述的设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，其特征在于，所述碟簧外壳的底端通过中间接头连接所述第二外壳结构，所述中间接头的中心处设置第四中心孔，所述第四中心孔能连通所述第一中心孔和所述第三过流通道。

技术总结
本发明为一种设有自稳定盘阀式水力脉冲短节的减阻降扭工具，包括振动短节，第一外壳结构内连接芯轴，芯轴内贯通设置第一中心孔，芯轴连接上部钻柱；脉冲短节，包括第二外壳结构，第二外壳结构内设置稳定轴，第二外壳结构能相对所述稳定轴周向转动，稳定轴上间隔设置偏心配重套和自稳盘阀，偏心配重套与第二外壳结构之间设置过流环隙；第二外壳结构内固定设置旋转阀；自稳盘阀上设置第一过流通道，旋转阀上设置第二过流通道，第二过流通道间歇性连通第一过流通道产生压力脉冲，芯轴在压力脉冲作用下产生轴向振动。本发明利用偏心配重的自稳定性，自稳定盘阀结构产生压力脉冲并配合振动短节形成对钻柱的冲击振动，降低钻井过程中的摩阻扭矩。

技术研发人员：张恒,杨恒林,袁光杰,付利,王元,曲帅,陈刚,王子昕,何爱国,郭凯杰,夏焱,乔磊,郑李,王开龙
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5