CN105735929B - 利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器，通过螺纹连接固定安装在井底钻具上部，包括上接头、涡轮总成、转换总成、输出端总成、中接头、下接头。所述的转换总成前端接输出端总成，后端接涡轮总成，输出端前端依次连接中接头和下接头，涡轮总成后端接上接头，通过转换总成实现泥浆通道周期性的改变，利用流道变化产生的压差推动中间轴向前移动，并使碟簧蓄能，当中间轴运动到下死点时，碟簧压缩到极限后复位，在此过程中将产生一个周期性的轴向作用力，作用在下部工具上，从而提高钻头的破岩效率。本发明的利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器能够产生周期性的轴向力，对下部钻具产生周期性的冲击，节约钻井能量，降低钻井成本。

Description

利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气钻探工程领域利用涡轮驱动内部结构转动，通过泥浆流道改变产生压差，实现轴向冲击的新型振荡器。

背景技术

随着石油天然气资源的不断开发，钻井过程中所面临的问题也越来越多，在钻井过程中，当所钻地层为软硬交互地层时，钻头将很容易产生粘滑现象，常常使钻头PDC齿损坏，这不仅会降低破岩效率，还会影响井底钻具组合的寿命，从而对整个钻井过程产生影响。如何减少粘滑现象的产生，提高钻压的传递效率，一直以来都是井下工具发展所面临的难题。

当发生粘滑现象时，钻具与井壁之间的摩擦多为静摩擦，静摩擦的存在将严重损坏钻具的使用寿命，因此解决粘滑这一技术难题的重要目标便是降低钻具与井底之间的静摩擦。当钻具受到轴向振动冲击力的作用时，钻具与井壁之间的静摩擦将为动摩擦，并且所产生的动摩擦力比静摩擦力要小，而水力振荡器工作时，可以对钻具施加一定频率的振动冲击，将钻具所承受的静摩擦力转变为动摩擦力，既能够降低钻具所受的摩擦力，又能实现改善钻压传递效率的作用。所以在井底钻具组合中加入振荡器能够有效控制和增加钻头的机械钻速，延长钻具的使用寿命，还可以增加分支井、水平井等结构井的井深，为深井油气的勘探开发提供方便。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的粘滑现象，将井底钻具所受的静摩阻转变为动摩阻，本发明提供了一种利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器。本发明的新型振荡器利用转换总成使泥浆过流通道发生改变过程中产生的压差，推动中间轴向前移动，同时碟簧受压开始蓄能，当碟簧压缩到极限位置时开始复位，泥浆过流通道周期性改变，导致压力腔室中压力周期性变化，配合碟簧作用，产生周期性的轴向力作用在井底钻具上，产生一个周期性的轴向振动，从而提高钻头的破岩效率，同时减少粘滑现象的产生。

本发明的技术方案是：利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器通过螺纹连接固定安装在井底钻具上部，其包括上接头、涡轮总成、转换总成、输出端总成、中接头下接头；在转换总成前端接输出端总成，后端接涡轮总成，输出端前端依次连接中接头和下接头，涡轮总成后端接上接头；所述涡轮总成包括涡轮轴、涡轮定子、涡轮转子、防掉螺母、防掉短节、支撑环、上外壳、上旋塞、下旋塞，在上接头前端安装上外壳，涡轮总成的其余零件均位于上接头和上外壳内部，利用上下旋转固定涡轮定子，在涡轮轴上安装涡轮转子，并利用防掉短节使其固定，在防掉短节后端连接有防掉螺母，用于防止内部结构磨损时涡轮总成下落，利用涡轮总成驱动转换总成转动；转换总成包括上花键短节、下花键短节、垫片、短节、中外壳、旋转套、定位筒、节流嘴、调整垫片、中间轴、O型密封圈、矩形密封圈，将中外壳与上外壳相连接，在涡轮轴前端安装上花键短节，将下花键短节垫片与短节组合后安装在上花键短节前端，然后将旋转套、O型密封圈与矩形密封圈组合后安装在中外壳内部，并通过定位筒对其进行固定，安装O型密封圈和矩形密封圈防止泥浆从旋转套与上外壳、短节之间的缝隙回流，将节流塞安装到短节前端后再连接中间轴，泥浆从短节后端的通孔进入工具中心流道，从短节前端进入压力腔，并从中间轴圆周上的通孔回流到中心流道，中间轴在泥浆压差作用下向前移动；输出端总成包括碟簧、推力球轴承组、下外壳、芯轴、冲击轴、密封圈、压力密封圈，其中压力密封圈位于中间轴前端，在芯轴上安装推力球轴承组和碟簧，然后将芯轴与中间轴连接在一起，在芯轴前端安装冲击轴，同时将密封圈装入相应位置，再安装中接头，利用压力密封圈和密封圈密封零部件之间的间隙，防止泥浆进入轴承组所处腔室，影响轴承寿命；所述的短节在涡轮驱动下产生旋转运动，当其前端通孔被旋转套封堵时，泥浆只能从中心流道流过；当旋转套不封堵短节前端通孔时，泥浆可通过通孔进入压力腔室，从而产生压差变化，推动中间轴移动；所述的短节后端的通孔数量为3个，中间轴圆周上通孔数量为4个。

本发明的有益效果是：

1、本发明的利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器将钻具与井壁之间的静摩擦将为动摩擦，既能够降低钻具所受的摩擦力，又能实现改善钻压传递效率的作用。

2、利用泥浆过流通道改变产生压差变化，配合碟簧共同推动中间轴产生周期性的往复运动，同时直接利用涡轮驱动内部结构工作，减少了辅助能量的供给，提高了能量利用率。

3、中间轴往复运动过程中，产生轴向振动，作用在下部钻具上，能够提高钻头的破岩效率，同时减少粘滑现象的产生。

4、与其他工具配合使用，能够有效控制和增加钻头的机械钻速，延长钻具的使用寿命，还可以增加分支井、水平井等结构井的井深，为深井油气的勘探开发提供便利。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是支撑环的结构示意图；

图3是上旋塞的结构示意图；

图4是花键短节配合示意图；

图5是短节的结构示意图；

图6是旋转套的结构示意图；

图7是中间轴的结构示意图；

图中1-上接头，2-防掉螺母，3-防掉短节，4-支撑环，5-上旋塞，6-上外壳，7-涡轮定子，8-涡轮转子，9-涡轮轴，10-下旋塞，11-上花键短节，12-下花键短节，13-垫片，14-短节，15-中外壳，16-O型密封圈，17-矩形密封圈，18-旋转套，19-定位筒，20-节流嘴，21-调整垫片，22-中间轴，23-压力密封圈，24-碟簧，25-下外壳，26-推力球轴承组，27-芯轴，28-密封圈，29-冲击轴，30-中接头，31-下接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见图1，利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器，该新型振荡器通过螺纹连接固定安装在井底钻具上部，所述的新型振荡器包括上接头1、涡轮总成、转换总成、输出端总成、中接头30、下接头31；在转换总成前端连接输出端总成，后端连接涡轮总成，在涡轮总成后端连接上接头1，在输出端总成前端依次连接中接头30和下接头31；所述涡轮总成包括涡轮轴9、涡轮定子7、涡轮转子8、防掉螺母2、防掉短节3、支撑环4、上外壳6、上旋塞5、下旋塞10，将涡轮转子8安装在涡轮轴9上，利用防掉短节3固定涡轮轴9后端，通过螺纹连接将上旋塞6和下旋塞10固定连接在上外壳5上，利用上旋塞5和下旋塞10固定涡轮定子7，通过防掉螺母2保护涡轮总成向下掉落，同时利用支撑环4和上旋塞5对涡轮总成进行周向定位。

所述转换总成包括上花键短节11、下花键短节12、垫片13、短节14、中外壳15、旋转套18、定位筒19、节流嘴20、调整垫片21、中间轴22、O型密封圈16、-矩形密封圈17，通过上花键短节11固定涡轮转子8，利用螺纹连接将短节14连接在下花键短节12前端，在短节14前端装入节流嘴20后，再安装中间轴22和调整垫片21，将旋转套18、O型密封圈16和矩形密封圈17组装为一个整体后装入中外壳15，并利用定位筒19对其进行固定，泥浆从短节14后端的通孔进入工具中心流道，从短节14前端进入压力腔，并从中间轴22圆周上的通孔回流到中心流道，通过节流嘴20和旋转套18调节泥浆压力变化，使压力腔产生憋压，通过矩形密封圈17和O型密封圈16密封旋转套18与中外壳15、短节14之间的间隙，防止泥浆回流，造成定位筒19左右两端的泥浆压力波动，保证压力腔内压力稳定的周期性变化，从而推动中间轴22向前移动。

所述输出端总成包括碟簧24、推力球轴承组26、下外壳25、芯轴27、冲击轴29、密封圈28、压力密封圈23，在安装中间轴22之前将下外壳25连接在中外壳15上，在芯轴27上依次装入推力球轴承组26和碟簧24组合成一个整体，在中间轴22前端安装压力密封圈23后将所述组合整体连接到其前端，在芯轴27前端连接冲击轴29，再将中接头30安装到下外壳25前端用以固定推力球轴承组26。

Claims (3)

1.利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器，其特征在于：包括上接头(1)、涡轮总成、转换总成、输出端总成、中接头(30)、下接头(31)；在转换总成前端连接输出端总成，后端连接涡轮总成，在涡轮总成后端连接上接头(1)，在输出端总成前端依次连接中接头(30)和下接头(31)；所述涡轮总成包括涡轮轴(9)、涡轮定子(7)、涡轮转子(8)、防掉螺母(2)、防掉短节(3)、支撑环(4)、上外壳(6)、上旋塞(5)、下旋塞(10)，将涡轮转子(8)安装在涡轮轴(9)上，利用防掉短节(3)固定涡轮轴(9)后端，通过螺纹连接将上旋塞(5 )和下旋塞(10)固定连接在上外壳(6 )上，利用上旋塞(5)和下旋塞(10)固定涡轮定子(7)，通过防掉螺母(2)保护涡轮总成不向下掉落，同时利用支撑环(4)和上旋塞(5)对涡轮总成进行周向定位；所述转换总成包括上花键短节(11)、下花键短节(12)、垫片(13)、短节(14)、中外壳(15)、旋转套(18)、定位筒(19)、节流嘴(20)、调整垫片(21)、中间轴(22)、O型密封圈(16)、矩形密封圈(17)，通过上花键短节(11)固定涡轮转子(8)，利用螺纹连接将短节(14)连接在下花键短节(12)前端，在短节(14)前端装入节流嘴(20)后，再安装中间轴(22)和调整垫片(21)，将旋转套(18)、O型密封圈(16)和矩形密封圈(17)组装为一个整体后装入中外壳(15)，并利用定位筒(19)对其进行固定，泥浆从短节(14)后端的通孔进入工具中心流道，从短节(14)前端进入压力腔，并从中间轴(22)圆周上的通孔回流到中心流道，通过节流嘴(20)和旋转套(18)调节泥浆压力变化，使压力腔产生憋压，通过矩形密封圈(17)和O型密封圈(16)密封旋转套(18)与中外壳(15)、短节(14)之间的间隙，防止泥浆回流，造成定位筒(19)左右两端的泥浆压力波动，保证压力腔内压力稳定的周期性变化，从而推动中间轴(22)向前移动；所述输出端总成包括碟簧(24)、推力球轴承组(26)、下外壳(25)、芯轴(27)、冲击轴(29)、密封圈(28)、压力密封圈(23)，在安装中间轴(22)之前将下外壳(25)连接在中外壳(15)上，在芯轴(27)上依次装入推力球轴承组(26)和碟簧(24)组合成一个整体，在中间轴(22)前端安装压力密封圈(23)后将所述组合整体连接到其前端，在芯轴(27)前端连接冲击轴(29)，再将中接头(30)安装到下外壳(25)前端用以固定推力球轴承组(26)。

2.根据权利要求1所述的利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器，其特征在于：所述的短节(14)在涡轮驱动下产生旋转运动，当其前端通孔被旋转套(18)封堵时，泥浆只能从中心流道流过；当旋转套(18)不封堵短节(14)前端通孔时，泥浆可通过通孔进入压力腔室，从而产生压差变化，推动中间轴(22)移动。

3.根据权利要求1所述的利用冲击功能实现高效破岩的新型振荡器，其特征在于：所述的短节(14)后端的通孔数量为3个；中间轴(22)圆周上通孔数量为4个。