CN105672885B - 涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，包括动力节外壳、主轴、下滑阀、支撑座、振动轴、振动节外壳，在主轴上设置涡轮转子，在动力节外壳上设置涡轮定子；支撑座连接在动力节外壳的一端，振动节外壳连接在动力节外壳的另一端；振动轴一端卡在动力节外壳端部外侧，另一端位于振动节外壳内，位于振动节外壳内的一端与振动节外壳内腔壁滑动配合，振动轴还具有使振动轴振动的弹性件；在主轴朝向支撑座的一端连接转阀，转阀与主轴沿主轴轴向相对滑动配合；下滑阀通过支撑座支撑在动力节外壳内，转阀和下滑阀具有相对贴合的端面，在转阀和下滑阀相对的端面上均开有偏心孔。本涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具为全金属结构，可在高温环境下使用。

Description

涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具

技术领域

本发明涉及一种水力振荡减阻钻具，尤其涉及一种小流量小内径的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具。

背景技术

在现有技术中，在井眼较小，曲率较大或长水平井段，钻压无法有效传递是影响钻速的重要的因素。在该井段，井壁受钻柱压力较大，钻柱与井壁之间摩擦力随之增大。因此，钻进过程中，钻柱托压现象严重，导致无法施加理想钻压，严重影响钻进速度。在钻柱与井壁摩擦力足够大时，容易引起钻柱扭曲变形并诱发井内事故。降低摩擦阻力对提高钻速将起到关键性的作用。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于降低摩擦阻力的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，包括动力节外壳、主轴、下滑阀、支撑座、振动轴、振动节外壳，所述主轴设置在所述动力节外壳内，在主轴上固定设置涡轮转子，在动力节外壳对应涡轮转子的位置设置涡轮定子；所述动力节外壳的两端内均攻内螺纹，所述支撑座连接在动力节外壳的一端，所述振动节外壳连接在动力节外壳的另一端；所述振动轴一端卡在动力节外壳端部外侧，另一端位于振动节外壳内，位于振动节外壳内的一端与振动节外壳内腔壁滑动配合，所述振动轴还具有使振动轴沿轴向往复运动的弹性件；在主轴朝向支撑座的一端连接转阀，所述转阀与主轴沿主轴轴向相对滑动配合，所述转阀和主轴沿主轴周向相对静止；所述下滑阀通过支撑座支撑在动力节外壳内，所述转阀和下滑阀具有相对贴合的端面，在转阀和下滑阀相对的端面上均开有偏心孔。

优选地，在主轴连接转阀的一端开圆槽，所述转阀与主轴连接的一端插入到主轴的圆槽内，所述转阀的环形端面正对主轴的圆槽底部，所述转阀的环形端面和圆槽底面之间设置有弹簧。

优选地，下滑阀与转阀相互贴合的端面边缘沿径向向外延伸形成轴向运动的承压面，所述承压面面向支撑座的一面与支撑座插入到动力节外壳内的环形端面之间设置有弹簧。

优选地，还包括节流阀，所述节流阀包括圆台、溢流孔、垫肩和套筒，所述垫肩一体化成型于套筒外壁上，所述圆台设置在套筒的一端，所述溢流孔开在圆台和垫肩之间的套筒壁上；所述支撑座的底部开有一圆槽，所述垫肩卡在圆槽的边缘，所述套筒与圆台相对的一端插入到圆槽内，所述圆台正对下滑阀；所述下滑阀具有一截流套，所述圆台朝向下滑阀的一端面积小于与套筒连接的一端面积，所述圆台随所述弹簧的压缩进入到所述截流套内。

优选地，还包括扶正轴承和轴承组，所述扶正轴承和轴承组分别套在主轴的两端，在扶正轴承和轴承组之间设置有节流套，所述节流套套在所述主轴上。

优选地，在主轴朝向振动轴的一端设有锁紧螺母。

优选地，还包括设置在动力节外壳和支撑座之间的转阀外壳，所述转阀外壳一端与动力节外壳螺纹连接，另一端与支撑座螺纹连接。

优选地，还包括连接在振动节外壳远离动力节外壳一端的导轨接头，所述振动轴凸出导轨接头并卡在动力接头外侧。

优选地，所述弹性件包括振动活塞和弹簧，所述振动活塞与振动节外壳滑动配合，所述弹簧与振动活塞连接在一起，所述振动活塞与振动轴螺纹连接。

优选地，在转阀和主轴的侧壁上均开有通孔，在节流套对应主轴侧壁上开有的通孔的相应部位也开有通孔。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

1、借用涡轮钻具的特点，使用涡轮定转子配合作为动力部分，能够有效减小工具的径向振动降低对井壁的破坏因素。同时利用涡轮转速高的特点，在要求扭矩不大的前提下使用较少级数的涡轮达到要求转速，因此能够有效降低工具总长。由于涡轮的特殊结构以及没有橡胶套件，有效延长工具的使用寿命。

2、下滑阀相当于其他旋转配流振荡减阻工具的定阀，但是不同之处是定阀的截流采用偏心孔与偏心孔配合的形式设计，能够有效减少转阀与下滑阀的接触面积，延长阀的使用寿命。

3、增加主轴和转阀之间的弹簧以及下滑阀和支撑座之间的弹簧，实现阀的可移动配合，再加上具有圆台的二次截流阀，实现双脉冲功能，能够在小直径小流量的工况下有效增强振动效果，从而提高减阻效率。

附图说明

图1为本发明涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具的结构示意图；

图2为图1中A处局部放大图；

图3为图1中B处局部放大图；

图4为图1中C处局部放大图。

具体实施方式

下面结合实施例及其图1-4对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1-4所示，图1为本发明涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具的结构示意图，图2至图4为图1的三处局部放大图。

一种涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，包括动力节外壳7、主轴8、下滑阀17、支撑座15、振动轴1、振动节外壳23，主轴8设置在动力节外壳7内，在主轴8上固定设置涡轮转子11，在动力节外壳7对应涡轮转子11的位置设置涡轮定子6；动力节外壳7的两端内均攻内螺纹，支撑座15连接在动力节外壳7的一端，振动节外壳23连接在动力节外壳7的另一端；振动轴1一端卡在动力节外壳7端部外侧，另一端位于振动节外壳23内，位于振动节外壳23内的一端与振动节外壳23内腔壁滑动配合，振动轴1还具有使振动轴1沿轴向往复运动的弹性件；在主轴8朝向支撑座15的一端连接转阀18，转阀18与主轴8沿主轴8轴向相对滑动配合，转阀18和主轴8沿主轴8周向相对静止；下滑阀17通过支撑座15支撑在动力节外壳7内，转阀18和下滑阀17具有相对贴合的端面，在转阀18和下滑阀17相对的端面上均开有偏心孔。

在主轴8连接转阀18的一端开圆槽，转阀18与主轴8连接的一端插入到主轴8的圆槽内，转阀18的环形端面正对主轴8的圆槽底部，转阀18的环形端面和圆槽底面之间设置有弹簧12。

下滑阀17与转阀18相互贴合的端面边缘沿径向向外延伸形成轴向运动的承压面，承压面面向支撑座15的一面与支撑座15插入到动力节外壳7内的环形端面之间设置有弹簧14。

还包括节流阀，节流阀包括圆台19、溢流孔20、垫肩21和套筒22，垫肩21一体化成型于套筒22外壁上，圆台19设置在套筒22的一端，溢流孔20开在圆台19和垫肩21之间的套筒22壁上；支撑座15的底部开有一圆槽，垫肩21卡在圆槽的边缘，套筒22与圆台19相对的一端插入到圆槽内，圆台19正对下滑阀17；下滑阀17具有一截流套25，圆台19朝向下滑阀17的一端面积小于与套筒22连接的一端面积，圆台19随弹簧14的压缩进入到截流套25内。

还包括扶正轴承5和轴承组10，扶正轴承5和轴承组10分别套在主轴8的两端，在扶正轴承5和轴承组10之间设置有节流套9，节流套9套在主轴8上。节流套9在此处是针对涡轮定转子的，此处的节流套9轴肩端是为了控制流量实现涡轮的旋转需求，轴承端是为了控制进入轴承起润滑作用的钻井液流量，同时保证主液流通道的流量。

在主轴8朝向振动轴1的一端设有锁紧螺母4。锁紧螺母4是针对扶正轴承5的，由于涡轮旋转中会受到轴向作用力，然后使扶正轴承5产生微小轴向运动，涡轮定转子也会随之运动，锁紧螺母4能够有效限制这一运动。

还包括设置在动力节外壳7和支撑座15之间的转阀外壳13，转阀外壳13一端与动力节外壳7螺纹连接，另一端与支撑座15螺纹连接。

还包括连接在振动节外壳23远离动力节外壳7一端的导轨接头24，振动轴1凸出导轨接头24并卡在动力接头外侧。

弹性件包括振动活塞3和弹簧2，振动活塞3与振动节外壳23滑动配合，弹簧2与振动活塞3连接在一起，振动活塞3与振动轴1螺纹连接。导轨接头24一是给振动轴1提供导向作用和限位作用，限定振动轴1在轴向运动最大位移量，同时降低振动轴1径向偏移；二是给振动节外壳23处的弹簧2提供限位作用；三是便于振动轴1和振动活塞3的安装，如果直接与振动节外壳23作为一体设计，振动轴1和振动活塞3无法安装。

在转阀18和主轴8的侧壁上均开有通孔，在节流套9对应主轴8侧壁上开有的通孔的相应部位也开有通孔。所述转阀18上的通孔为轴承组10润滑液的流通通道，同时也是在下滑阀17和转阀18的偏心孔不导通导致下滑阀17两侧产生压力变化的情况下对下滑阀17产生压力脉冲实现轴向运动。

钻井液从振动轴1一端进入钻具内冲击涡轮转子11和涡轮定子6实现主轴8的旋转。主轴8的旋转带动转阀18旋转，转阀18与下滑阀17间歇性配合，控制过流面积实现工具内转阀18上端的压力周期性变化的功能，该压力脉冲进而反应到振动活塞3上，并经过与振动活塞3连接的弹簧2的作用，带动振动轴1实现一定频率的振动。

转阀18与主轴8之间的连接使用可滑移花键配合，下滑阀17与支撑座15之间使用可滑移花键配合，即通过花键限制转阀18与主轴8、下滑阀17与支撑座15之间的相对转动，而不限制沿主轴8轴向的相对运动能力。

支撑座15上安装的节流阀在转阀18与下滑阀17的作用下实现压力脉冲之后，在下滑阀17、主轴8和转阀18之间弹簧以及下滑阀17和支撑座15之间弹簧的作用下实现转阀18和下滑阀17的整体位移变化即振动，在该振动作用下，下滑阀1717与节流阀的实现间歇配合，从而实现二次节流，增强压力脉冲。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，包括动力节外壳、主轴、下滑阀、支撑座、振动轴、振动节外壳，所述主轴设置在所述动力节外壳内，在主轴上固定设置涡轮转子，在动力节外壳对应涡轮转子的位置设置涡轮定子；所述动力节外壳的两端内均攻内螺纹，所述支撑座连接在动力节外壳的一端，所述振动节外壳连接在动力节外壳的另一端；所述振动轴一端卡在动力节外壳端部外侧，另一端位于振动节外壳内，位于振动节外壳内的一端与振动节外壳内腔壁滑动配合，所述振动轴还具有使振动轴沿轴向往复运动的弹性件；在主轴朝向支撑座的一端连接转阀，所述转阀与主轴沿主轴轴向相对滑动配合，所述转阀和主轴沿主轴周向相对静止；所述下滑阀通过支撑座支撑在动力节外壳内，所述转阀和下滑阀具有相对贴合的端面，在转阀和下滑阀相对的端面上均开有偏心孔。

2.根据权利要求1所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，在主轴连接转阀的一端开圆槽，所述转阀与主轴连接的一端插入到主轴的圆槽内，所述转阀的环形端面正对主轴的圆槽底部，所述转阀的环形端面和圆槽底面之间设置有弹簧。

3.根据权利要求2所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，下滑阀与转阀相互贴合的端面边缘沿径向向外延伸形成轴向运动的承压面，所述承压面面向支撑座的一面与支撑座插入到动力节外壳内的环形端面之间设置有弹簧。

4.根据权利要求3所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，还包括节流阀，所述节流阀包括圆台、溢流孔、垫肩和套筒，所述垫肩一体化成型于套筒外壁上，所述圆台设置在套筒的一端，所述溢流孔开在圆台和垫肩之间的套筒壁上；所述支撑座的底部开有一圆槽，所述垫肩卡在圆槽的边缘，所述套筒与圆台相对的一端插入到圆槽内，所述圆台正对下滑阀；所述下滑阀具有一截流套，所述圆台朝向下滑阀的一端面积小于与套筒连接的一端面积，所述圆台随所述弹簧的压缩进入到所述截流套内。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，还包括扶正轴承和轴承组，所述扶正轴承和轴承组分别套在主轴的两端，在扶正轴承和轴承组之间设置有节流套，所述节流套套在所述主轴上。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，在主轴朝向振动轴的一端设有锁紧螺母。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，还包括设置在动力节外壳和支撑座之间的转阀外壳，所述转阀外壳一端与动力节外壳螺纹连接，另一端与支撑座螺纹连接。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，还包括连接在振动节外壳远离动力节外壳一端的导轨接头，所述振动轴凸出导轨接头并卡在动力接头外侧。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，所述弹性件包括振动活塞和弹簧，所述振动活塞与振动节外壳滑动配合，所述弹簧与振动活塞连接在一起，所述振动活塞与振动轴螺纹连接。

10.根据权利要求5所述的涡轮动力式双作用水力振荡减阻钻具，其特征在于，在转阀和主轴的侧壁上均开有通孔，在节流套对应主轴侧壁上开有的通孔的相应部位也开有通孔。