[实用新型]圆周向振动工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气勘探开发过程中提高油气井PDC钻头钻井速度和井眼质量的井下辅助提速工具，具体地指一种圆周向振动工具。

背景技术

近年来，在石油、天然气勘探开发领域，随着深井和超深井的比例不断增加，由于深部地层岩石硬度和塑性增大，导致牙轮钻头钻井速度低、钻井周期长。为提高钻头行程钻速，PDC钻头得到广泛使用。但深部地层PDC钻头钻进过程中会出现粘滑振动现象，严重制约PDC钻头机械钻速进一步提升，极大影响其使用寿命。理论研究和现场实践表明，如果在PDC钻头上额外施加一个高频、低幅圆周向(单向或双向)振动，可以显著降低或消除PDC钻头的这种粘滑振动现象，大幅提高钻井速度和钻头寿命。

目前国内外已经发展多种能够产生高频、低幅圆周向振动工具。这些振动工具从动力端结构上，可以分为涡轮或螺杆驱动和高压钻井液直接驱动两大类型。

专利US6742609B2给出的涡轮驱动型工具和CN101463709A给出的螺杆驱动型工具等由于涡轮或螺杆的存在导致其整体长度尺寸大、结构复杂、易损件多，可靠性低；专利CN102454364A、CN203430420U、CN103628819A和CN104963624A等给出的高压钻井液直接驱动型工具，其结构中涉及到同轴多个金属密封面的同时配合问题，存在工作元件磨损较快、部分密封面易失效等问题。

上述专利文件给出的工具均缺失PDC钻头提钻制动功能。即在PDC钻头提离井底后，处于非工作状态时，若保持钻井液循环时，工具仍持续振动，这样会大大增加工具由于振动导致松扣甚至掉落的风险。

发明内容

本实用新型提供了一种圆周向振动工具，其用于PDC钻头辅助提速，它解决现有技术缺少提钻制动、存在元件磨损及部分密封面易失效等影响工具使用寿命和提速效果的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种圆周向振动工具，所述振动工具包括振动套筒和设置在振动套筒底部插入有钻头接头，所述振动套筒包括套筒嘴和筒身，所述筒身内从套筒嘴与钻头接头之间依次设置有复位控制模块、换相控制模块、周向振动模块三大模块，

所述复位控制模块包括上扶正器和设置在上扶正器顶端的导流环，所述导流环上部插入在套筒嘴内，所述上扶正器内设置有转换开关，所述转换开关由半径大小不同的圆筒组成，分别为小圆筒和大圆筒，所述小圆筒伸入导流环内，所述小圆筒的下部外依次套有蝶形弹簧和圆形的推力轴承，蝶形弹簧顶着上扶正器，推力轴承安装在换相上密封盖上，所述大圆筒中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有个竖直槽，所述竖直槽之间的筒壁上水平开设有弧形槽，所述竖直槽和弧形槽筒壁上设置有圆形凹槽，

所述大圆筒筒壁的底面对称开设有个弧形凹槽，且弧形凹槽在弧形槽的正下方，

所述换相控制模块由内至外包括最内层的换相阀芯、换相上密封盖和换相底座上下组成的次内层、次外层的换相密封筒、最外层的换相砧座；所述换相阀芯的扇形柱、换相底座固定在换相下密封盖上表面、换相密封筒和换相砧座的下端固定在换相下密封盖的侧面；

所述换相阀芯包括阀芯筒，所述阀芯筒中部的筒壁上以中轴线为对称轴对称设置有3个竖直的扇形柱，所述阀芯筒底面对称且间隔设置有3个弧形卡片，所述弧形卡片间为间隔槽；

所述换相底座包括底座筒，所述底座筒的内壁上间隔对称设置有3个竖直柱，所述扇形柱在竖直柱间周向来回移动，且竖直柱侧壁与扇形柱侧壁配合重合，所述竖直柱两侧的底座筒的筒壁上竖直开设有换相底座侧方A通孔和换相底座侧方B通孔；

所述换相上密封盖包括上密封盖筒，所述上密封盖筒内壁上间隔对称竖直设置有3个滑道；所述上密封盖筒筒壁上水平开设有扇形通孔，所述扇形通孔之间的上密封盖筒筒壁开设有上密封盖通孔，所述上密封盖通孔下方的上密封盖筒筒壁外表面上开设有凹形流道A，所述凹形流道A内面和底面两端分别设置有通孔A和通孔B；

所述凹形流道A与扇形通孔之间竖直有凹形流道B，且凹形流道B在扇形通孔的下方，所述凹形流道B内面和底面两端分别设置有通孔C和通孔D；

所述大圆筒伸入上密封盖筒内部，所述圆形凹槽内插入销钉，并且销钉在滑道内滑动，使大圆筒在上密封盖筒内上下滑动；