本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井配套設(shè)備，是一種鉆柱蠕動(dòng)工具。

背景技術(shù)：

1、隨著油氣開采難度的增大，我國(guó)加大了對(duì)深層、海洋油氣和非常規(guī)油氣資源的開發(fā)，以定向井、水平井及大位移井為代表的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)是上述油氣資源開發(fā)的主要井型。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆進(jìn)過(guò)程中，需要頻繁的進(jìn)行滑動(dòng)定向鉆進(jìn)，在此過(guò)程中鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱與井壁之間摩阻扭矩急劇增加，使鉆壓無(wú)法有效地傳遞給鉆頭，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低、螺桿工具面不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆進(jìn)效率。因此，如何減少鉆柱與井壁之間的摩擦，將上部鉆柱的部分重量向下順利傳遞至鉆頭，確保鉆頭高效破巖，是利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)井高效開發(fā)油氣資源的關(guān)鍵。

2、目前，一般的做法是優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和泥漿性能、采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等措施來(lái)減小鉆柱與井壁之間的摩阻，從而提高機(jī)械鉆速，并提高水平井段的極限延伸距離，但是上述技術(shù)措施均存在一定的局限性。研究表明通過(guò)對(duì)鉆柱施加軸向激振，能夠顯著降低鉆柱與井壁之間的摩阻，提高鉆壓傳遞效率，據(jù)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了節(jié)流式、自激振蕩式、射流式等多種類型的鉆柱激振工具，但這些工具都具都存在一定的局限性。當(dāng)前，傳統(tǒng)油氣技術(shù)邊界正在被打破，將傳統(tǒng)油氣技術(shù)與其他學(xué)科相結(jié)合形成的跨界創(chuàng)新將成為油氣技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)能。仿生研究中，蚯蚓的無(wú)腿蠕動(dòng)能力是在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)操控的理想方法，在海底礦床鉆探和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并受到了極大關(guān)注。

3、受蚯蚓結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理的啟發(fā)，本發(fā)明提出了一種能夠使鉆柱實(shí)現(xiàn)類似于蚯蚓的蠕動(dòng)爬行的結(jié)構(gòu)單元，將多個(gè)該結(jié)構(gòu)單元串接于鉆柱中可以實(shí)現(xiàn)類似于蚯蚓的蠕動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆柱載荷的高效傳遞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種鉆柱蠕動(dòng)工具，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有鉆柱滑動(dòng)定向鉆進(jìn)過(guò)程中鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱與井壁之間摩阻扭矩急劇增加，使鉆壓無(wú)法有效傳遞給鉆頭，導(dǎo)致機(jī)械鉆速低、螺桿工具面不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆進(jìn)效率的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種鉆柱蠕動(dòng)工具，包括上接頭、套筒、下接頭、芯軸、葉輪、支撐柱和支撐組件，上接頭下端和套筒上端固定安裝在一起，套筒下部?jī)?nèi)側(cè)滑動(dòng)安裝有能夠與套筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)的下接頭，套筒上部?jī)?nèi)側(cè)密封滑動(dòng)安裝有芯軸，芯軸和套筒下端內(nèi)側(cè)之間安裝有第一彈性復(fù)位件，芯軸下端設(shè)有開口向下的下流道，芯軸上端中央設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)槽，轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸下端外側(cè)固定安裝有葉輪，對(duì)應(yīng)葉輪下方位置的轉(zhuǎn)動(dòng)槽下部?jī)?nèi)壁沿圓周間隔分布有若干個(gè)與下流道上部連通的過(guò)水孔，轉(zhuǎn)軸上端外側(cè)固定有套裝于轉(zhuǎn)動(dòng)槽上部?jī)?nèi)側(cè)的下閥盤，轉(zhuǎn)軸上端設(shè)有開口向上的導(dǎo)流槽，對(duì)應(yīng)下閥盤和葉輪之間位置的轉(zhuǎn)軸外側(cè)沿圓周間隔均布有若干個(gè)與導(dǎo)流槽連通的導(dǎo)流孔，芯軸上端設(shè)有滑動(dòng)安裝于上接頭內(nèi)的上閥盤，上閥盤中央設(shè)有上下貫通的中心孔，上閥盤上端沿圓周間隔均布有若干個(gè)上下貫通的上流道，下閥盤上端沿圓周間隔均布有至少一個(gè)上下貫通的開關(guān)孔，所述開關(guān)孔隨下閥盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被上閥盤同時(shí)開啟或同時(shí)關(guān)閉，對(duì)應(yīng)上閥盤上方位置的上接頭中部外側(cè)沿圓周間隔均布有若干個(gè)徑向貫通的滑移孔，每個(gè)滑移孔內(nèi)均滑動(dòng)安裝有支撐柱，上閥盤上端和上接頭上部?jī)?nèi)側(cè)之間設(shè)有上下移動(dòng)時(shí)能夠使得所有支撐柱向外伸出或者向內(nèi)縮回的支撐組件，所述支撐組件于開關(guān)孔被上閥盤關(guān)閉后向上移動(dòng)，并且于開關(guān)孔被上閥盤打開后向下移動(dòng)。

3、下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

4、上述支撐組件可包括支撐活塞、第二彈性復(fù)位件和第三彈性復(fù)位件，對(duì)應(yīng)支撐柱上方位置的上接頭上部?jī)?nèi)側(cè)固定有導(dǎo)向套，導(dǎo)向套外側(cè)密封套裝有下端外側(cè)與上接頭內(nèi)側(cè)密封接觸的支撐活塞，支撐活塞上端和上接頭內(nèi)側(cè)之間安裝有能夠使得支撐活塞下端和上閥盤上端相抵的第二彈性復(fù)位件，支撐活塞中部外側(cè)具有呈上小下大的錐形導(dǎo)向面，每個(gè)支撐柱的內(nèi)端面均呈與導(dǎo)向面相匹配的傾斜面，每個(gè)支撐柱和滑移孔之間均安裝有能夠使得支撐柱內(nèi)端面和導(dǎo)向面相抵的第三彈性復(fù)位件。

5、上述上閥盤上端外側(cè)可固定有第一外環(huán)臺(tái)，支撐活塞下端外側(cè)固定有與第一外環(huán)臺(tái)上端相抵的第二外環(huán)臺(tái)，第二外環(huán)臺(tái)外側(cè)與上接頭內(nèi)側(cè)密封接觸，對(duì)應(yīng)第二外環(huán)臺(tái)和支撐柱之間位置的上接頭內(nèi)側(cè)設(shè)有第一臺(tái)階面，滑移孔呈外小內(nèi)大的臺(tái)階孔，支撐柱內(nèi)端外側(cè)固定有第三外環(huán)臺(tái)，第三彈性復(fù)位件安裝于第三外環(huán)臺(tái)和滑移孔大徑段之間的支撐柱外側(cè)。

6、上述對(duì)應(yīng)第二彈性復(fù)位件下方和支撐柱上方之間位置的上接頭外側(cè)可沿圓周間隔均布有至少一個(gè)內(nèi)外連通的呼吸孔。

7、上述下接頭上端固定安裝有截面可呈正多邊形的扭矩套，套筒下端內(nèi)側(cè)固定有第一內(nèi)環(huán)臺(tái)，第一內(nèi)環(huán)臺(tái)內(nèi)側(cè)與扭矩套外側(cè)相匹配，芯軸下部外側(cè)套裝于扭矩套上部外側(cè)，第一彈性復(fù)位件套裝于芯軸下端和第一內(nèi)環(huán)臺(tái)上端之間的扭矩套外側(cè)。

8、上述扭矩套上端外側(cè)可呈上小下大的錐面，芯軸下端設(shè)有與扭矩套上端相匹配的限位槽，扭矩套上端外側(cè)套裝于限位槽內(nèi)。

9、上述對(duì)應(yīng)限位槽上方位置的芯軸下部外側(cè)可設(shè)有第二臺(tái)階面，對(duì)應(yīng)第二臺(tái)階面下方位置的套筒上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第三臺(tái)階面，第三臺(tái)階面的內(nèi)徑小于第二臺(tái)階面的外徑。

10、上述導(dǎo)流孔的中心軸線下部可相對(duì)于上部向外傾斜。

11、上述轉(zhuǎn)動(dòng)槽下部?jī)?nèi)壁可設(shè)有開口向上的安裝槽，安裝槽內(nèi)側(cè)和轉(zhuǎn)軸下端外側(cè)之間安裝有軸承。

12、本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用時(shí)，將上接頭的上端與上部鉆柱相連接，下接頭的下端與下部鉆柱相連接，鉆井液自上部鉆柱進(jìn)入上接頭，流經(jīng)上接頭、支撐組件內(nèi)、上閥盤的中心孔、轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)流槽和導(dǎo)流孔后，葉輪在鉆井液的沖擊作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得下閥盤和上閥盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可以使得上流道周期性的連通或者關(guān)閉開關(guān)孔，周期性的使支撐柱伸出和縮回以及周期性的向下接頭傳遞軸向力，消除高摩扭井段鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，上部鉆柱的重力得以向下順利傳遞，使得鉆頭的破巖鉆進(jìn)效率提高。

技術(shù)特征：

1.一種鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于包括上接頭、套筒、下接頭、芯軸、葉輪、支撐柱和支撐組件，上接頭下端和套筒上端固定安裝在一起，套筒下部?jī)?nèi)側(cè)滑動(dòng)安裝有能夠與套筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)的下接頭，套筒上部?jī)?nèi)側(cè)密封滑動(dòng)安裝有芯軸，芯軸和套筒下端內(nèi)側(cè)之間安裝有第一彈性復(fù)位件，芯軸下端設(shè)有開口向下的下流道，芯軸上端中央設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)槽，轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸下端外側(cè)固定安裝有葉輪，對(duì)應(yīng)葉輪下方位置的轉(zhuǎn)動(dòng)槽下部?jī)?nèi)壁沿圓周間隔分布有若干個(gè)與下流道上部連通的過(guò)水孔，轉(zhuǎn)軸上端外側(cè)固定有套裝于轉(zhuǎn)動(dòng)槽上部?jī)?nèi)側(cè)的下閥盤，轉(zhuǎn)軸上端設(shè)有開口向上的導(dǎo)流槽，對(duì)應(yīng)下閥盤和葉輪之間位置的轉(zhuǎn)軸外側(cè)沿圓周間隔均布有若干個(gè)與導(dǎo)流槽連通的導(dǎo)流孔，芯軸上端設(shè)有滑動(dòng)安裝于上接頭內(nèi)的上閥盤，上閥盤中央設(shè)有上下貫通的中心孔，上閥盤上端沿圓周間隔均布有若干個(gè)上下貫通的上流道，下閥盤上端沿圓周間隔均布有至少一個(gè)上下貫通的開關(guān)孔，所述開關(guān)孔隨下閥盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被上閥盤同時(shí)開啟或同時(shí)關(guān)閉，對(duì)應(yīng)上閥盤上方位置的上接頭中部外側(cè)沿圓周間隔均布有若干個(gè)徑向貫通的滑移孔，每個(gè)滑移孔內(nèi)均滑動(dòng)安裝有支撐柱，上閥盤上端和上接頭上部?jī)?nèi)側(cè)之間設(shè)有上下移動(dòng)時(shí)能夠使得所有支撐柱向外伸出或者向內(nèi)縮回的支撐組件，所述支撐組件于開關(guān)孔被上閥盤關(guān)閉后向上移動(dòng)，并且于開關(guān)孔被上閥盤打開后向下移動(dòng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于支撐組件包括支撐活塞、第二彈性復(fù)位件和第三彈性復(fù)位件，對(duì)應(yīng)支撐柱上方位置的上接頭上部?jī)?nèi)側(cè)固定有導(dǎo)向套，導(dǎo)向套外側(cè)密封套裝有下端外側(cè)與上接頭內(nèi)側(cè)密封接觸的支撐活塞，支撐活塞上端和上接頭內(nèi)側(cè)之間安裝有能夠使得支撐活塞下端和上閥盤上端相抵的第二彈性復(fù)位件，支撐活塞中部外側(cè)具有呈上小下大的錐形導(dǎo)向面，每個(gè)支撐柱的內(nèi)端面均呈與導(dǎo)向面相匹配的傾斜面，每個(gè)支撐柱和滑移孔之間均安裝有能夠使得支撐柱內(nèi)端面和導(dǎo)向面相抵的第三彈性復(fù)位件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于上閥盤上端外側(cè)固定有第一外環(huán)臺(tái)，支撐活塞下端外側(cè)固定有與第一外環(huán)臺(tái)上端相抵的第二外環(huán)臺(tái)，第二外環(huán)臺(tái)外側(cè)與上接頭內(nèi)側(cè)密封接觸，對(duì)應(yīng)第二外環(huán)臺(tái)和支撐柱之間位置的上接頭內(nèi)側(cè)設(shè)有第一臺(tái)階面，滑移孔呈外小內(nèi)大的臺(tái)階孔，支撐柱內(nèi)端外側(cè)固定有第三外環(huán)臺(tái)，第三彈性復(fù)位件安裝于第三外環(huán)臺(tái)和滑移孔大徑段之間的支撐柱外側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于對(duì)應(yīng)第二彈性復(fù)位件下方和支撐柱上方之間位置的上接頭外側(cè)沿圓周間隔均布有至少一個(gè)內(nèi)外連通的呼吸孔。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于下接頭上端固定安裝有截面呈正多邊形的扭矩套，套筒下端內(nèi)側(cè)固定有第一內(nèi)環(huán)臺(tái)，第一內(nèi)環(huán)臺(tái)內(nèi)側(cè)與扭矩套外側(cè)相匹配，芯軸下部外側(cè)套裝于扭矩套上部外側(cè)，第一彈性復(fù)位件套裝于芯軸下端和第一內(nèi)環(huán)臺(tái)上端之間的扭矩套外側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于下接頭上端固定安裝有截面呈正多邊形的扭矩套，套筒下端內(nèi)側(cè)固定有第一內(nèi)環(huán)臺(tái)，第一內(nèi)環(huán)臺(tái)內(nèi)側(cè)與扭矩套外側(cè)相匹配，芯軸下部外側(cè)套裝于扭矩套上部外側(cè)，第一彈性復(fù)位件套裝于芯軸下端和第一內(nèi)環(huán)臺(tái)上端之間的扭矩套外側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于扭矩套上端外側(cè)呈上小下大的錐面，芯軸下端設(shè)有與扭矩套上端相匹配的限位槽，扭矩套上端外側(cè)套裝于限位槽內(nèi)，對(duì)應(yīng)限位槽上方位置的芯軸下部外側(cè)設(shè)有第二臺(tái)階面，對(duì)應(yīng)第二臺(tái)階面下方位置的套筒上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第三臺(tái)階面，第三臺(tái)階面的內(nèi)徑小于第二臺(tái)階面的外徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于扭矩套上端外側(cè)呈上小下大的錐面，芯軸下端設(shè)有與扭矩套上端相匹配的限位槽，扭矩套上端外側(cè)套裝于限位槽內(nèi)，對(duì)應(yīng)限位槽上方位置的芯軸下部外側(cè)設(shè)有第二臺(tái)階面，對(duì)應(yīng)第二臺(tái)階面下方位置的套筒上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有第三臺(tái)階面，第三臺(tái)階面的內(nèi)徑小于第二臺(tái)階面的外徑。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或6或7或8所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于導(dǎo)流孔的中心軸線下部相對(duì)于上部向外傾斜；或/和，轉(zhuǎn)動(dòng)槽下部?jī)?nèi)壁設(shè)有開口向上的安裝槽，安裝槽內(nèi)側(cè)和轉(zhuǎn)軸下端外側(cè)之間安裝有軸承。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆柱蠕動(dòng)工具，其特征在于導(dǎo)流孔的中心軸線下部相對(duì)于上部向外傾斜；或/和，轉(zhuǎn)動(dòng)槽下部?jī)?nèi)壁設(shè)有開口向上的安裝槽，安裝槽內(nèi)側(cè)和轉(zhuǎn)軸下端外側(cè)之間安裝有軸承。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井配套設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，是一種鉆柱蠕動(dòng)工具，包括上接頭、套筒、下接頭、芯軸、葉輪、支撐柱和支撐組件。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用時(shí)，將上接頭的上端與上部鉆柱相連接，下接頭的下端與下部鉆柱相連接，鉆井液自上部鉆柱進(jìn)入上接頭，流經(jīng)上接頭、支撐組件、上閥盤的中心孔、轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)流槽和導(dǎo)流孔后，葉輪在鉆井液的沖擊作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得下閥盤和上閥盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可以使得上流道周期性的打開或者關(guān)閉開關(guān)孔，周期性的使支撐柱伸出和縮回以及周期性的向下接頭傳遞軸向力，消除高摩扭井段鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的“拖壓”及“粘滑”現(xiàn)象，上部鉆柱的重力得以向下順利傳遞，使得鉆頭的破巖鉆進(jìn)效率提高。

技術(shù)研發(fā)人員：袁鑫偉,姜朝民,王鵬,余麗彬,陳翔,岳欽鵬,黃守帥,李元生,陳亮,閆華兵,張瑞平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30