電動鉆井提速系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電動鉆井提速系統，包括連接在上、下鉆柱之間的電動鉆井提速工具，所述電動鉆井提速工具包括連接所述上、下鉆柱的套筒、軸向設置在所述套筒中的過流套、設置在所述過流套下方的控制單元及與所述控制單元連接的閥系，所述控制單元和所述閥系與所述套筒之間設有流通鉆井液的流道，所述閥系用于阻斷、聯通鉆井液流道，所述控制單元包括設有壓力傳感器的控制器及與所述控制器連接的、可調節功率的電機，所述壓力傳感器用于感應套筒內鉆井液的壓力值。本發明具有耐高溫，工況可調節，使用壽命長，工作效率高的優點。
【專利說明】
電動鉆井提速系統
技術領域
[0001]本發明涉及鉆井工程技術領域。更具體地說，本發明涉及一種在大斜度井、水平井等復雜結構井開采中能有效減少摩阻、傳遞鉆壓進而提高鉆速和開采效率的鉆井提速系統。
【背景技術】
[0002]隨著石油工業的發展，目前油田鉆井已由原來的定向井逐漸向水平井發展，而在水平井鉆進過程中，由于鉆具自身重力作用，造成鉆具在鉆進時與井壁摩阻過大，嚴重影響鉆速，甚至造成鉆具托壓不能加壓到鉆頭。因此降低摩阻、減少卡鉆事故，增加動鉆壓、提高鉆井效率是當前鉆井工程中迫切需要解決的問題。研究發現泥漿通過鉆具時可造成泥漿壓力大小周期性變化，從而使鉆具承受周期性的軸向沖擊力，引起該鉆具在鉆進過程中產生振動，因此能減少鉆具與井壁的摩擦，改善鉆壓傳遞的效果，提高對工具面的控制，進而達到提高鉆速、節約鉆井成本的目的。
[0003]水力振蕩工具壽命低、使用成本高使其飽受詬病，根據現場應用情況反饋，水力振蕩工具在水基泥漿環境下的使用壽命約為150小時左右，而在油基泥漿中其使用壽命只有70-80小時，究其原因，因為制約水力振蕩工具壽命的主要部件是其動力總成，水力振蕩工具的壽命與螺桿鉆具相當，其動力總成含有的橡膠元件螺桿限制了其使用壽命，在高溫井中，使用壽命還將大大降低，因此工作介質和溫度對水力振蕩工具的應用有很大限制。
【發明內容】
[0004]本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。
[0005]本發明還有一個目的是提供一種耐高溫、耐腐蝕且使用電力驅動的鉆井提速系統。
[0006]為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種電動鉆井提速系統，包括連接在上、下鉆柱之間的電動鉆井提速工具，所述電動鉆井提速工具包括連接所述上、下鉆柱的套筒、軸向設置在所述套筒中的過流套、設置在所述過流套下方的控制單元及與所述控制單元連接的閥系，所述控制單元和所述閥系與所述套筒之間設有流通鉆井液的流道，所述閥系用于阻斷、聯通鉆井液流道，所述控制單元包括設有壓力傳感器的控制器及與所述控制器連接的、可調節功率的電機；
[0007]其中，所述壓力傳感器用于感應套筒內鉆井液的壓力值；
[0008]其中，所述電動鉆井提速系統還包括設置在地面的壓力栗，其通過上鉆柱與所述流道連接，以在所述流道內生成壓力脈沖，當鉆探至豎直段時，所述壓力栗在流道內生成第一壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第一壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以5-lOHz頻率振動；當鉆探至轉向段或水平段時，所述壓力栗在流道內生成第二壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第二壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以10-15HZ頻率振動；當卡鉆時，所述壓力栗在流道內生成第二壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第二壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以15-20HZ頻率振動。
[0009]優選地，所述控制單元還包括與所述電機連接的減速器以及與所述減速器連接的聯軸器，所述聯軸器與所述閥系連接。
[0010]優選地，所述閥系包括與所述聯軸器通過花鍵連接的動閥座，以使得所述動閥座可軸向旋轉，所述動閥座下方設有動閥片，所述動閥片與所述動閥座通過過盈配合固定連接。
[0011 ]優選地，所述閥系還包括定閥片；
[0012]其中，所述動閥片沿圓周方向均勻分布第一過流孔;所述定閥片沿圓周方向均勻分布第二過流孔，所述第一過流孔和所述第二過流孔均為通孔，以使所述動閥片旋轉時，所述第一過流孔與所述第二過流孔交錯或重疊形成的重疊區的過流面積呈周期性變化。
[0013]優選地，所述過流套上沿軸向方向設置第一盲孔，所述過流套沿圓周方向設置第三過流孔，所述第三過流孔為通孔，所述第三過流孔的數量為2-8個。
[0014]優選地，所述動閥座沿軸向方向設置第二盲孔，所述動閥座沿圓周方向布置有第四過流孔，所述第四過流孔為通孔，所述第四過流孔的數量為2-8個。
[0015]本發明至少包括以下有益效果:
[0016]第一、本發明的一種電動鉆井提速工具采用電機代替螺桿進行驅動，能避免使用螺桿驅動使用的橡膠部件在高溫下易破壞而使水力振蕩器無法正常工作，同時節約了頻繁更換水力振蕩器的成本，提高了工作效率；
[0017]第二、通過電池提供的動力，代替了水力驅動從而可以避免動力部分產生的壓降，有效的減輕地面栗組的輸出壓力，從而可以降低地面設備的使用壽命和運行成本；
[0018]第三、本發明的電動鉆井提速工具能夠產生溫和的振動，不會對鉆頭或其它鉆具產生破壞，能有效減少鉆具與井壁的摩擦，改善鉆壓傳遞，有效防止鉆進過程中跳鉆或托壓，提高對工具面的控制，進而在大斜度井和水平井等復雜結構井中提高鉆速、節約鉆井成本；
[0019]第四、本發明的電動鉆井提速工具所產生的振動參數可調節，通過監測地層參數，調節鉆井液的壓力，控制器自動改變輸出的控制信號，從而使電機輸出特定的轉速及轉矩從而調節閥系交合及相錯的頻率。
[0020]本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發明的剖視結構示意圖；
[0022]圖2為本發明中所述動閥片或定閥片的橫截面示意圖；
[0023]圖3是本發明過流面積與壓力隨時間變化示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0025]需要說明的是，下述實施方案中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法，所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得;在本發明的描述中，術語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0026]本發明提供一種電動鉆井提速系統，包括連接在上、下鉆柱之間的電動鉆井提速工具，所述電動鉆井提速工具包括連接所述上、下鉆柱的套筒、軸向設置在所述套筒中的過流套、設置在所述過流套下方的控制單元及與所述控制單元連接的閥系，所述控制單元和所述閥系與所述套筒之間設有流通鉆井液的流道，所述閥系用于阻斷、聯通鉆井液流道，所述控制單元包括設有壓力傳感器的控制器及與所述控制器連接的、可調節功率的電機；
[0027]其中，所述壓力傳感器用于感應套筒內鉆井液的壓力值；
[0028]其中，所述電動鉆井提速系統還包括設置在地面的壓力栗，其通過上鉆柱與所述流道連接，以在所述流道內生成壓力脈沖，當鉆探至豎直段時，所述壓力栗在流道內生成第一壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第一壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以5-lOHz頻率振動；當鉆探至轉向段或水平段時，所述壓力栗在流道內生成第二壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第二壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以10-15HZ頻率振動；當卡鉆時，所述壓力栗在流道內生成第二壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第二壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以15-20HZ頻率振動。
[0029]在一個實施例中，所述控制單元還包括與所述電機連接的減速器以及與所述減速器連接的聯軸器，所述聯軸器與所述閥系連接。
[0030]在一個實施例中，所述閥系包括與所述聯軸器通過花鍵連接的動閥座，以使得所述動閥座可軸向旋轉，所述動閥座下方設有動閥片，所述動閥片與所述動閥座通過過盈配合固定連接。
[0031]在一個實施例中，所述閥系還包括定閥片；
[0032]其中，所述動閥片沿圓周方向均勻分布第一過流孔;所述定閥片沿圓周方向均勻分布第二過流孔，所述第一過流孔和所述第二過流孔均為通孔，以使所述動閥片旋轉時，所述第一過流孔與所述第二過流孔交錯或重疊形成的重疊區的過流面積呈周期性變化。
[0033]在一個實施例中，所述過流套上沿軸向方向設置第一盲孔，所述過流套沿圓周方向設置第三過流孔，所述第三過流孔為通孔，所述第三過流孔的數量為2-8個。
[0034]在一個實施例中，所述動閥座沿軸向方向設置第二盲孔，所述動閥座沿圓周方向布置有第四過流孔，所述第四過流孔為通孔，所述第四過流孔的數量為2-8個。
[0035]為了更好地闡述本發明，下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，如圖1-3所示，一種電動鉆井提速工具，包括上接頭1、套筒2、過流套3、控制動力部分4、閥系5，動力控制部分4從上到下同軸布置有控制器401、電池組403、電機404、減速器406、聯軸器407等，閥系5從上到下依次為動閥座501、動閥片502、靜閥片503、靜閥座504。過流套3上下兩端分別通過螺紋和上接頭I下端和電池套402上端連接，控制器401和電池組403置入電池套402內，電池套402下端和電機套405上端通過螺紋連接，電機404置于電機套405內，電機套405下端和軸承座409上端通過螺紋連接，軸承408置于軸承座409內，減速器406的輸出軸通過平鍵和聯軸器407的上端連接，聯軸器407的下端通過花鍵和動閥座501連接。動閥片502與動閥座501之間、以及定閥片503與定閥座504之間通過盈配合固定連接，所述動閥片502與所述定閥片503上分別設有多個沿動閥片或定閥片的圓周方向均勻分布的第一過流孔和第二過流孔，以使所述動閥片502在所述電機的驅動下旋轉時，所述第一過流孔與所述第二過流孔交錯或重疊形成的重疊區的過流面積呈周期性變化，本發明采用電機替代螺桿驅動，因螺桿驅動配套的裝置中有橡膠材料，具有不耐高溫的缺陷。另外，因電機驅動不會產生如螺桿驅動產生的扭力，進而使偏心孔與固定孔形成的重疊區過流面積發生周期性變化，故使用電機驅動時，動閥片與定閥片上需開設多個沿其圓周方向均勻分布的過流孔。
[0036]本發明的電動鉆井提速工具在工作時，控制器401驅動電機404旋轉，電機404的旋轉運動通過減速器405變速之后輸出，帶動聯軸器407轉動，聯軸器407和動閥座408通過花鍵連接，動閥座408隨著聯軸器407—起轉動，當鉆井液流經上接頭I流入，經過套筒2和動力控制部分4組成的環形空腔，從動閥座401流道孔進入，從動閥片402和靜閥片403的流道孔流出，而使動閥片302和定閥片303的過流孔在電機404的作用下不停地重合或者交錯，實現過流面積的變化，影響鉆井液的流量，從而使鉆具受到周期性變化的軸向力，壓力波向上傳遞，帶動振動殼體在軸向發生持續的簡諧性振動，有效改善上方鉆柱與井壁的摩擦阻力，提高鉆進速度，同時壓力波向下傳遞給鉆頭，促使破巖壓力周期性變化，有效破碎巖石。電動鉆井提速工具的頻率、振幅可以通過調整電機的輸出參數，動閥、定閥的結構尺寸，過流孔的尺寸、數量以及鉆井液的流量來實現。
[0037]本發明的工業實用性
[0038]第一、本發明的一種電動鉆井提速工具采用電機代替螺桿進行驅動，能避免使用螺桿驅動使用的橡膠部件在高溫下易破壞而使水力振蕩器無法正常工作，同時節約了頻繁更換水力振蕩器的成本，提高了工作效率；
[0039]第二、通過電池提供的動力，代替了水力驅動從而可以避免動力部分產生的壓降，有效的減輕地面栗組的輸出壓力，從而可以降低地面設備的使用壽命和運行成本；
[0040]第三、本發明的電動鉆井提速工具能夠產生溫和的振動，不會對鉆頭或其它鉆具產生破壞，能有效減少鉆具與井壁的摩擦，改善鉆壓傳遞，有效防止鉆進過程中跳鉆或托壓，提高對工具面的控制，進而在大斜度井和水平井等復雜結構井中提高鉆速、節約鉆井成本；
[0041]第四、本發明的電動鉆井提速工具所產生的振動參數可調節，通過監測地層參數，調節鉆井液的壓力，控制器自動改變輸出的控制信號，從而使電機輸出特定的轉速及轉矩從而調節閥系交合及相錯的頻率。
[0042]盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1.一種電動鉆井提速系統，包括連接在上、下鉆柱之間的電動鉆井提速工具，所述電動鉆井提速工具包括連接所述上、下鉆柱的套筒、軸向設置在所述套筒中的過流套、設置在所述過流套下方的控制單元及與所述控制單元連接的閥系，所述控制單元和所述閥系與所述套筒之間設有流通鉆井液的流道，所述閥系用于阻斷、聯通鉆井液流道，其特征在于，所述控制單元包括設有壓力傳感器的控制器及與所述控制器連接的、可調節功率的電機； 其中，所述壓力傳感器用于感應套筒內鉆井液的壓力值； 其中，所述電動鉆井提速系統還包括設置在地面的壓力栗，其通過上鉆柱與所述流道連接，以在所述流道內生成壓力脈沖，當鉆探至豎直段時，所述壓力栗在流道內生成第一壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第一壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以5-10HZ頻率振動；當鉆探至轉向段或水平段時，所述壓力栗在流道內生成第二壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第二壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以10-15HZ頻率振動；當卡鉆時，所述壓力栗在流道內生成第二壓力脈沖，所述壓力傳感器將監測到的第二壓力脈沖傳輸至控制器，所述控制器接收所述壓力傳感器的信號并控制電機使所述電動鉆井提速工具以15-20Hz頻率振動。2.如權利要求1所述的電動鉆井提速系統，其特征在于，所述控制單元還包括與所述電機連接的減速器以及與所述減速器連接的聯軸器，所述聯軸器與所述閥系連接。3.如權利要求2所述的電動鉆井提速系統，其特征在于，所述閥系包括與所述聯軸器通過花鍵連接的動閥座，以使得所述動閥座可軸向旋轉，所述動閥座下方設有動閥片，所述動閥片與所述動閥座通過過盈配合固定連接。4.如權利要求3所述的電動鉆井提速系統，其特征在于，所述閥系還包括定閥片； 其中，所述動閥片沿圓周方向均勻分布第一過流孔;所述定閥片沿圓周方向均勻分布第二過流孔，所述第一過流孔和所述第二過流孔均為通孔，以使所述動閥片旋轉時，所述第一過流孔與所述第二過流孔交錯或重疊形成的重疊區的過流面積呈周期性變化。5.如權利要求1所述的電動鉆井提速系統，其特征在于，所述過流套上沿軸向方向設置第一盲孔，所述過流套沿圓周方向設置第三過流孔，所述第三過流孔為通孔，所述第三過流孔的數量為2-8個。6.如權利要求3所述的電動鉆井提速系統，其特征在于，所述動閥座沿軸向方向設置第二盲孔，所述動閥座沿圓周方向布置有第四過流孔，所述第四過流孔為通孔，所述第四過流孔的數量為2-8個。
【文檔編號】E21B28/00GK105927145SQ201610254601
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】錢偉強, 張正祿, 余長柏, 任小玲, 李紅
【申請人】中石化石油工程機械有限公司研究院