CN105275400A - 一种立阀结构的新型水力振荡器 - Google Patents

一种立阀结构的新型水力振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种立阀结构的新型水力振荡器,属石油、天然气开采钻井工具技术领域。它由振荡短节、动力短节构成,其特点是:振荡短节的花键轴与连接套滑动连接,连接套与振荡短节外壳连接;花键轴与振荡短节外壳的空间内安装有蝶形弹簧。动力短节外壳内制作有外壳内凸块,与涡轮轴上相应流道口对应,外壳内凸块与流道口构成动定立阀,随涡轮轴转动,过流面积周期性改变,产生简谐压力脉冲带动振动短节作周期性轴向振动。通过调整外壳内凸块的数量及涡轮轴312流道口的数量,可调节转速与振动频率的比例。有效降低摩阻,提高钻井效率,降低钻井成本,使用寿命长;解决了现有技术转速与轴向振动频率比例不可调,以及脉冲幅值提升受限的问题。

Description

一种立阀结构的新型水力振荡器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种立阀结构的新型水力振荡器,属石油、天然气开采钻井工具技术领域。
背景技术
[0002] 在水平井和大位移井中,随着入井深度增加,钻柱与井壁之间的摩擦力逐渐增大导致钻压损失,也不利于机械钻速的提高,同时还会严重影响钻井的靶径及井眼质量,这也是制约水平井技术发展的一个重要因素。对于定向井和水平井而言,高摩阻还会形成弯曲井眼,从而造成钻机钻达最大深度的能力降低,特别在水平井钻井过程中,钻具在井眼曲率较大的井段,或在过长水平段会产生较大摩阻、托压现象,无法有效施加钻压。水力振荡器可使钻井柱产生高频率、小振幅的周期性振动,使钻进过程中的静摩擦阻力变成动摩擦阻力。有效解决摩阻大以及托压现象。水力振荡器具有减摩阻,提高机械钻速,增加水平进尺和缩短钻进周期的特点,目前在油田开发中已得到越来越广泛的应用。不过现有水力振荡器存在以下不足:受结构限制,钻速与振动频率为1:2,无法产生较高振荡频率以满足钻井要求;脉冲幅值提升受限,无法产生较高幅值脉冲。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于,提供一种采用立阀,转速与振动频率比例可调,有效降低摩阻,提高钻井效率,降低钻井成本,使用寿命长的立阀结构的新型水力振荡器;解决现有技术转速与轴向振动频率比例不可调,以及脉冲幅值提升受限的问题。
[0004] 本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的
该立阀结构的新型水力振荡器由振荡短节、动力短节构成,其特征在于:振荡短节通过短节与动力短节连接;振荡短节由花键轴、连接套、密封件、振荡短节外壳、蝶形弹簧组成;动力短节由定位套、扶正轴承、涡轮转子、涡轮定子、动力短节外壳、外壳内凸块、调整套A、挡流头、限流套、调整套B、止推轴承、涡轮轴、下接头组成;动力短节外壳内制作有外壳内凸块。
[0005] 所述的振荡短节的花键轴与连接套滑动连接,花键轴与连接套间安装有密封件;连接套通过螺纹与振荡短节外壳连接;花键轴与振荡短节外壳形成的环形空间内安装有蝶形弹簧。
[0006] 所述的蝶形弹簧安装在花键轴与振荡短节外壳形成的环形空间内,简谐压力波传递到蝶形弹簧,带动振荡短节外壳在轴向产生简谐振动。
[0007] 所述的动力短节的动力短节外壳与短节通过螺纹连接;定位套通过螺纹与祸轮轴的左端连接,定位套作轴向定位;涡轮轴上安装有涡轮转子和涡轮定子;涡轮轴上安装有扶正轴承、止推轴承;止推轴承左侧安装有挡流头、限流套;下接头与动力短节外壳通过螺纹连接,下接头与钻杆连接。
[0008] 所述的外壳内凸块至少有三块,呈120°均匀分布构成动定立阀,与涡轮轴上相应流道口对应,随涡轮轴转动周期性改变过流面积,产生简谐压力脉冲带动振动短节作周期性轴向振动。
[0009] 所述的外壳内凸块与涡轮轴配合,通过调整外壳内凸块的数量及涡轮轴流道口的数量,可调节转速与振动频率的比例。
[0010] 本发明与现有技术相比的有益效果在于
该立阀结构的新型水力振荡器通过调整外壳内凸块和涡轮轴流道口的数量实现转速与振动频率比可调节;通过均匀分布的外壳内凸块形成动定立阀,无需采用橡胶元件,可产生大的压力脉冲幅值。外壳内凸块与涡轮轴上相应流道口对应,随涡轮轴转动周期性改变过流面积,产生简谐压力脉冲带动振动短节作周期性轴向振动。有效降低摩阻,提高钻井效率,降低钻井成本,使用寿命长。解决了现有技术转速与轴向振动频率比例不可调,以及脉冲幅值提升受限的问题。
附图说明
[0011] 图1为一种立阀结构的新型水力振荡器的整体结构示意图;
图2为一种立阀结构的新型水力振荡器的振荡短节的结构示意图;
图3为一种立阀结构的新型水力振荡器的动力短节的结构示意图。
[0012] 图中:1、振荡短节,2、短节,3、动力短节;
101、花键轴,102、连接套,103、密封件,104、振荡短节外壳,105、蝶形弹簧;
301、定位套,302、扶正轴承,303、涡轮转子,304、涡轮定子,305、动力短节外壳,306、外壳内凸块,307、调整套A,308、挡流头,309、限流套,310、调整套B,311、止推轴承,312、涡轮轴,313、下接头。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
该立阀结构的新型水力振荡器由振荡短节1、短节2、动力短节3构成,其特征在于:振荡短节1通过短节2与动力短节3连接;振荡短节1由花键轴101、连接套102、密封件103、振荡短节外壳104、蝶形弹簧105组成;动力短节3由定位套301、扶正轴承302、涡轮转子303、涡轮定子304、动力短节外壳305、外壳内凸块306、调整套A307、挡流头308、限流套309、调整套B310、止推轴承311、涡轮轴312、下接头313组成;动力短节外壳305内制作有外壳内凸块306。
[0014] 所述的振荡短节1的花键轴101与连接套102滑动连接,花键轴101与连接套102间安装有密封件103 ;花键101用于传递扭矩。连接套102通过螺纹与振荡短节外壳104连接;花键轴101与振荡短节外壳104形成的环形空间内安装有蝶形弹簧105。
[0015] 简谐振动压力波传递到蝶形弹簧105,带动振荡短节外壳104在轴向产生简谐振动。
[0016] 所述的动力短节3的动力短节外壳305与短节2通过螺纹连接;定位套301通过螺纹与涡轮轴312的左端连接,定位套301作轴向定位;涡轮轴312上安装有涡轮转子303和涡轮定子304 ;钻井液驱动涡轮带动涡轮轴312旋转。涡轮轴312上安装有扶正轴承302、止推轴承311 ;止推轴承311左侧安装有挡流头308、限流套309 ;挡流头308与限流套309组成限流装置,允许少量流体流入止推轴承311,可起到润滑作用。下接头313与动力短节外壳305通过螺纹连接,下接头313与钻杆连接。
[0017] 所述的外壳内凸块306至少有三块,呈120°均匀分布构成动定立阀,与涡轮轴312上相应流道口对应,随涡轮轴312转动周期性改变过流面积,产生简谐压力脉冲带动振荡短节1作周期性轴向振动。钻井过程中钻井液驱动涡轮带动涡轮轴312转动,动力短节外壳305内制作的外壳内凸块306与涡轮轴312上的流道口形成动定立阀,随着涡轮轴312的转动,使过流面积周期性改变,产生简谐压力脉冲,周期性压力脉冲传到振荡短节1,在蝶形弹簧105的作用下,使振荡短节外壳104产生周期性的轴向振动,从而使钻柱之间的静摩擦变为动摩擦,有效降低摩阻。
[0018] 所述的外壳内凸块306与涡轮轴312配合,通过调整外壳内凸块306的数量及涡轮轴312流道口的数量,可调节转速与振动频率的比例。(参见图1〜3)。
[0019] 该立阀结构的新型水力振荡器的动力短节外壳305内的外壳内凸块306呈120°均匀分布,至少制作有三块。外壳内凸块306与涡轮轴312上的相应流道孔对应。由外壳内凸块306构成的动定阀为纯金属结构,无径向振动,无需橡胶元件,有效提高了外壳内凸块306动定阀的使用寿命。
[0020] 转速与振动频率比例可调:通过调节外壳内凸块306以及流道口的数量即可调节转速与振动频率的比例,改变现有水力振动器转速与振动频率比只能局限于1:2的现状,大大提高钻井速度,有效降低摩擦阻力,延长了使用寿命。
[0021] 该立阀结构的新型水力振荡器的具体工作过程如下:
由泥浆栗打入井下的钻井液驱动涡轮转子303转动,涡轮转子303带动涡轮轴312旋转,随着涡轮轴312的旋转,在外壳内凸块306的作用下,流道口的过流面积发生周期性改变,产生水击现象,从而形成周期性压力脉冲。周期性压力脉冲传到振荡短节1,在蝶形弹簧105的作用下,使振荡短节外壳104产生周期性的轴向振动,从而使钻柱之间的静摩擦变为动摩擦,有效降低摩阻。
[0022] 以上所述只是本发明的较佳实施例而已,上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形,以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例,均仍属于本发明技术方案的范围内,而不背离本发明的实质和范围。

Claims (6)

1.一种立阀结构的新型水力振荡器,它由振荡短节(1)、短节(2 )、动力短节(3 )构成,其特征在于:振荡短节(1)通过短节(2)与动力短节(3)连接;振荡短节(1)由花键轴(101)、连接套(102)、密封件(103)、振荡短节外壳(104)、蝶形弹簧(105)组成;动力短节(3)由定位套(301)、扶正轴承(302)、涡轮转子(303)、涡轮定子(304)、动力短节外壳(305)、外壳内凸块(306)、调整套A (307)、挡流头(308)、限流套(309)、调整套B (310)、止推轴承(311)、涡轮轴(312)、下接头(313)组成;动力短节外壳(305)内制作有外壳内凸块(306)。
2.根据权利要求1所述的一种立阀结构的新型水力振荡器,其特征在于:所述的振荡短节(1)的花键轴(101)与连接套(102)滑动连接,花键轴(101)与连接套(102)间安装有密封件(103);连接套(102)通过螺纹与振荡短节外壳(104)连接;花键轴(101)与振荡短节外壳(104)形成的环形空间内安装有蝶形弹簧(105)。
3.根据权利要求1所述的一种立阀结构的新型水力振荡器,其特征在于:所述的蝶形弹簧(105 ),带动振荡短节外壳(104 )在轴向作简谐振动。
4.根据权利要求1所述的一种立阀结构的新型水力振荡器,其特征在于:所述的动力短节(3)的动力短节外壳(305)与短节(2)通过螺纹连接;定位套(301)通过螺纹与祸轮轴(312)的左端连接,定位套(301)作轴向定位;涡轮轴(312)上安装有涡轮转子(303)和涡轮定子(304);涡轮轴(312)上安装有扶正轴承(302)、止推轴承(311);止推轴承(311)左侧安装有挡流头(308)、限流套(309);下接头(313)与动力短节外壳(305)通过螺纹连接,下接头(313)与钻杆连接。
5.根据权利要求1所述的一种立阀结构的新型水力振荡器,其特征在于:所述的外壳内凸块(306)至少有三块,呈120°均匀分布构成动定立阀,与涡轮轴(312)上相应流道口对应,随涡轮轴(312)转动周期性改变过流面积,产生简谐压力脉冲带动振荡短节(1)作周期性轴向振动。
6.根据权利要求1所述的一种立阀结构的新型水力振荡器,其特征在于:所述的外壳内凸块(306)与涡轮轴(312)配合,通过调整外壳内凸块(306)的数量及涡轮轴(312)流道口的数量,可调节转速与振动频率的比例。
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