CN105888554B - 液动推复冲击振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液动推复冲击振荡器，包括由上至下依次螺纹连接的上接头、筒体及下接头组成，筒体内套装有由分流总成、往复驱动总成、回压阀总成。所述分流总成由导流套、上阀体、阀体、下阀体、配流盘组成。所述往复驱动总成由驱动活塞、换向阀组成。所述回压阀总成回压阀头、回压阀体、泄流套组成。泵注的高压液体在该装置内，通过分流总成分流后，为往复驱动总成提供液压驱动马力，由换向阀控制驱动活塞进行上行程和下行程动作，驱动活塞同时带动回压阀头做往复运动，回压阀头周期性的打开和关闭回压阀体，从而实现管柱内脉动回压‑泄压过程，同时驱动活塞每个行程末，都会冲击上阀体或者下阀体，从而同时产生周期性的机械冲击力。

Description

液动推复冲击振荡器

技术领域

本发明属于石油、天然气开采钻井工具技术领域，具体涉及一种液动推复冲击振荡器。

背景技术

水力振荡器在钻进的过程中，通过水力作用可以产生沿钻具组合或者钻杆轴线方向上的振动。在钻进过程中，钻具组合或者钻杆部分或者全部与井壁接触，这样在运动中就要产生摩阻。而沿轴线方向的振动可以显著减少这种摩阻。因此，在所有的钻进过程中通过减少摩阻后可以产生两个效果：能使钻具组合的部分重量传递到钻头，减少钻具组合因为摩阻产生扭转振动。

特别是在使用导向马达的定向钻进模式中，摩阻因为井眼的曲率变化比较大，大大的限制了钻具组合钻进距离，而通过使用这种工具后，可以显著的改善这种情况或者突破限制。从而扩大了传统导向钻进钻具组合的作业范围。稳定的传递钻压和对工具面的良好的控制能力，都可以运用到钻井后磨铣钻具组合，甚至是经过大的方位角变化后在地层因素影响很大的位置，振荡器照样可以工作。在超常规远距离钻进的时候，使用振荡器可以减少在钻具组合上工作量，因为工具面的调整和保持都比较容易，另外就是在钻进中可以很大程度上提高机械钻速。

水力振荡器可以和MWD配套使用。这是因为在钻进过程中，振荡器振动频率和MWD系统不同，所以不会影响MWD的信号。并且可以作为大位移水平钻井的另外一个手段，而且可以很大程度上提高机械钻速，另外使用振荡器后可以减少牙轮钻头的起下钻次数，减少因各种因素产生的卡钻的风险。

但是目前，水力振荡器工具普遍采用的是螺杆马达驱动盘阀实现脉冲回压的方式，螺杆马达定子为橡胶材料的特殊螺线结构，转子为专用数控车床和专用刀具加工的特定的螺线结构，工具造价高，结构较为复杂。一方面制造成本高，另一方面工具使用后的维护保养比较困难，需要原厂专业操作技术工人，在专用车间和专用工具进行拆装保养，更普遍的做法是发回原厂进行保养，导致工具维护保养费也很高、保养周期长，不适合低成本作业的需求。

另外，当作业流体为泡沫等多相流体时，采用螺杆马达时必须配套井下气体分离器，才能使马达发挥最大功效，因此，对作业流体的适应性有限制要求，极大的限制了工具在长水平段水平井及低压气藏的应用。

当井下温度较高或者含有对橡胶产生腐蚀性的化学物质时，经常会导致螺杆马达橡胶定子失效，造成使用寿命短。

发明内容

本发明解决了上述现有技术的不足，提供一种结构简单且维修成本低的液动推复冲击振荡器，采用液动推复式运动机构驱动活塞往复运动，实现阀体按照设定频率进行开关动作，并且在开关阀时，产生管柱水力振荡、高频冲击和脉冲喷射。

本发明所采用的技术方案是：一种液动推复冲击振荡器，包括由上至下依次螺纹连接的上接头、筒体及下接头组成，所述筒体腔体内套装有分流总成、往复驱动总成及回压阀总成，所述分流总成由依次套装在筒体腔体里的导流套、上阀体、阀体、下阀体组成，所述往复驱动总成由驱动活塞与换向阀组成，所述驱动活塞套装在所述上阀体、阀体与下阀体形成的腔体内，且所述上阀体的下端与下阀体的上端对驱动活塞的两端限位，所述换向阀套装在所述驱动活塞内，且所述驱动活塞带动所述换向阀做同步往复运动，所述回压阀总成由回压阀头、回压阀体及泄流套组成，所述回压阀头与回压阀体连接，所述泄流套套装在所述回压阀体内，且所述回压阀体上端与下阀体下端连接，所述回压阀头上端套设在所述驱动活塞与换向阀的之间并对换向阀的下端限位，所述驱动活塞同时带动回压阀头做往复运动，实现回压阀头周期性的打开或关闭回压阀体。

在本发明一种较佳实施例中，所述上阀体、阀体、下阀体与所述筒体间设有第一腔体，且所述上阀体的中部壁体上开设有第一通孔、所述阀体的中部壁体上开设有第二通孔、所述下阀体的中部壁体上开设有第三通孔。

在本发明一种较佳实施例中，所述驱动活塞与阀体间设有第二腔体与第三腔体，且所述驱动活塞的壁体上依次设有第四通孔、第五通孔、第六通孔、第七通孔及第八通孔。

在本发明一种较佳实施例中，所述换向阀与所述驱动活塞间设有第四腔体，且所述换向阀的壁体上两端部分别设有第九通孔及第十通孔。

在本发明一种较佳实施例中，所述驱动活塞静止时，所述第二通孔、第三腔体、第六通孔、第四腔体及第七通孔顺次连通。

在本发明一种较佳实施例中，所述驱动活塞向上运动时，所述第三通孔与第八通孔对齐连通，且所述第二通孔、第三腔体、第六通孔、第四腔体及第五通孔连通。

在本发明一种较佳实施例中，所述驱动活塞向下运动时，所述第一通孔与第四通孔对齐连通。

在本发明一种较佳实施例中，所述驱动活塞与换向阀上端之间设有换向塞，所述换向塞对换向阀上端限位。

在本发明一种较佳实施例中，所述下阀体下端与回压阀体上端相接处嵌套有配流盘。

在本发明一种较佳实施例中，所述回压阀体的壁体上倾斜开设有过流孔，且所述过流孔与第一腔体连通。

相较于现有技术，本发明具有的有益效果：

一、该装置主要与钻头、磨鞋、套铣工具、捞锚捞筒等钻井、修井磨铣打捞工具配套，采用液动推复式运动机构驱动活塞往复运动，实现阀体按照设定频率进行开关动作，并且在开关阀时，产生管柱水力振荡、高频冲击和脉冲喷射，是一种多用途石油钻采井下工具。

二、全金属合金钢结构，无异形件，材料成本低加工难度小，且结构简单、拆卸方便便于现场维护、更换配件和修复，只需要利用常规工具进行拆装和清洗，运动件为活塞式结构，装配工艺要求较低，一般工人简单培训即可。

三、工具长度较之短型螺杆马达明显缩短一倍以上，降低了井下出现卡钻的几率，而且运动件采用封装结构，防止内部零件意外掉井的情况。

四、液压运动机构采用分流方式驱动，即，当运动机构因特殊原因被卡阻时，并不影响正向钻进管柱正常循环。

五、液动推复式运动机构，是一种压差容积式驱动，液动推复式运动机构对流体、气体及混相液体具有优异的兼容性，适合淡水基泥浆、海水基泥浆、油基泥浆、加重泥浆、漂白剂、化学溶剂、1％的酸、3％KCL、聚合物凝胶、除垢剂、空气、二氧化碳、氮气或混合气体。

六、工作频率与MWD系统不同，不影响MWD/LWD工具信号，安放位置不受MWD系统的限制。

七、对钻头和管柱不会产生冲击破坏，可用于牙轮钻头和有固定齿的各种钻头、磨鞋、套铣工具等。不会产生破坏钻头切削齿或者轴承的冲击力。使钻压传递平稳，减少摩阻过大引起的遛钻现象，提高钻头寿命。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种液动推复冲击振荡器，结构如图1所示，包括由上至下依次螺纹连接的上接头1、筒体3及下接头16组成，所述筒体3腔体内套装有分流总成、往复驱动总成及回压阀总成，所述分流总成由依次套装在筒体3腔体里的导流套2、上阀体6、阀体7、下阀体10组成，所述往复驱动总成由驱动活塞8与换向阀9组成，所述驱动活塞8套装在所述上阀体6、阀体7与下阀体10形成的腔体内，且所述上阀体6的下端与下阀体10的上端对驱动活塞8的两端限位，所述换向阀9套装在所述驱动活塞8内，且所述驱动活塞8带动所述换向阀9做同步往复运动，所述回压阀总成由回压阀头12、回压阀体13及泄流套14组成，所述回压阀头12与回压阀体13连接，所述泄流套14套装在所述回压阀体13内，且所述回压阀体13上端与下阀体10下端连接，所述回压阀头12上端套设在所述驱动活塞8与换向阀9的之间并对换向阀9的下端限位，所述驱动活塞8同时带动回压阀头12做往复运动，实现回压阀头12周期性的打开或关闭回压阀体13。

在本发明优选实施例中，所述上阀体6、阀体7、下阀体10与所述筒体3间设有第一腔体17，且所述上阀体6的中部壁体上开设有第一通孔61、所述阀体7的中部壁体上开设有第二通孔71、所述下阀体10的中部壁体上开设有第三通孔101。

所述驱动活塞8与阀体7间设有第二腔体18与第三腔体19，且所述驱动活塞8的壁体上依次设有第四通孔81、第五通孔82、第六通孔83、第七通孔84及第八通孔85。

所述换向阀9与所述驱动活塞8间设有第四腔体20，且所述换向阀9的壁体上两端部分别设有第九通孔91及第十通孔92。

所述驱动活塞8静止时，所述第二通孔71、第三腔体19、第六通孔83、第四腔体20及第七通孔84顺次连通。

所述驱动活塞8向上运动时，所述第三通孔101与第八通孔85对齐连通，且所述第二通孔71、第三腔体19、第六通孔83、第四腔体20及第五通孔82连通。

所述驱动活塞8向下运动时，所述第一通孔61与第四通孔81对齐连通。

所述驱动活塞8与换向阀9上端之间设有换向塞5，所述换向塞5对换向阀9上端限位。

所述下阀体10下端与回压阀体13上端相接处嵌套有配流盘11。

所述回压阀体13的壁体上倾斜开设有过流孔131，且所述过流孔131与第一腔体17连通。

所述筒体3下端与下接头16上端相接处套设有锁紧环15。

所述驱动活塞8与换向塞5相对端套设有锁环4，且所述驱动活塞8与回压阀头12的相对端也套设有锁环4。

下面结合附图1具体介绍本发明的工作原理：

泵注的高压液体，通过分流总成分流后，为往复驱动总成提供液压驱动马力，由换向阀9控制驱动活塞8进行上行程和下行程动作，驱动活塞8同时带动回压阀头12做往复运动，回压阀头12周期性的打开和关闭回压阀体13，从而实现管柱内脉动回压-泄压过程，这会导致管柱内周期性的压力升高和降低，引起管柱周期性的伸长和缩短，并引发脉冲喷射。同时驱动活塞8每个行程末，都会冲击上阀体6或者下阀体10，从而同时使工具产生周期性的机械向上或者向下的冲击力。

以连续油管钻磨作业为例，具体描述实施过程。当连续油管下入长水平段水平井一段距离后，由于管柱水平重力影响导致摩擦阻力逐渐增高，依靠垂直井段的管柱重力，已经无法将油管继续向前延伸送入，继续下放油管，会导致油管发生螺旋死锁。当连续油管前端与该装置连接时，可在井口开泵，以一定排量泵注流体，流体经过导流套2到达配流盘11时，产生节流压力。此时，第一腔体17内的压力会明显高于第三腔体19内的压力，一部分液体会分别从上阀体6、阀体7、下阀体10上的第一通孔61、第二通孔71、第三通孔101进入。其中从第二通孔71进入的液体，经过第三腔体19、第六通孔83、第四腔体19及第七通孔84传递到驱动活塞8的右面，并迫使驱动活塞8向上(图中向左)运动，与下阀体10的左侧分离，直至驱动活塞的左侧到达上阀体6的右侧限位。并且，从图上可以看到，驱动活塞8向上移动时会带动换向阀9一同向上移动。

经过上述移动，驱动活塞8的第五通孔82也向上移动到刚好与下阀体10上的第三通孔101对齐，此时在第三通孔101处的液压驱动下，换向阀9向上移动直至到达换向塞5的限位处。而换向阀9的移动，导致第四腔体20与第五通孔82连通。此时，在第二通孔71处的液压，经过第六通孔83、第四腔体19及第五通孔82传递到驱动活塞8的左面，并迫使驱动活塞8向下(图1中向右)运动。与上阀体6的右侧分离，直至驱动活塞的右侧到达下阀体10的左侧限位。并且，从图1上可以看到，驱动活塞8向下移动时会带动换向阀9一同向下移动。

经过上述移动，驱动活塞8的第三通孔81也向下移动到刚好与上阀体6上的第一通孔61对齐，此时在第一通孔61处的液压驱动下，换向阀9向下移动直至到达回压阀头12的限位处。

经过上述过程，驱动活塞8完成了一个上、下形成的周期，这个周期周而复始进行，从而带动回压阀头12按照某一频率做上下运动，当回压阀头12进行上行程时，回压阀体13上的过流孔131被逐渐打开。当回压阀头12进行下行程时，回压阀体13上的过流孔131被逐渐调小限流。当过流孔33被调小时，其上部的压力逐渐增高，直至过流孔33被再次打开。由此，产生对本发明上部的管柱产生周期性的压力波动。

驱动活塞8和换向阀9按照一定的频率做往复运动，驱动活塞8的冲击力力和频率与其运动行程、重量和配流盘11的节流压力成相关，因此，可以根据不同的需求设计不同频率、不同脉冲压力、不同冲击力的工具。

该装置所有的运动件均采用合金钢材料，不需要任何运动密封零件，各个零件均采用易于机械加工的简单几何结构。因此，该装置制造成本相比螺杆马达大幅度降低、寿命更长、流体适应性更优异、更易于现场维护保养。

该装置主要与钻头、磨鞋、捞锚捞筒等钻井钻具组合和修井钻磨打捞工具配套，为其提供水力振荡降低管柱摩阻、冲击钻进、振动打捞、脉冲喷射等功能，是一种多用途石油钻采井下工具。

如果作业管柱为钻杆时，由于钻杆本身长度弹性伸缩量极小，因此配置该装置需要一个带有叠簧系统的振荡工具，由该装置产生的脉冲压力，在这个振荡工具上产生显著的轴向位移量，推动钻具组合向前运动。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (10)

1.液动推复冲击振荡器，包括由上至下依次螺纹连接的上接头(1)、筒体(3)及下接头(16)组成，其特征在于，所述筒体(3)腔体内套装有分流总成、往复驱动总成及回压阀总成，所述分流总成由依次套装在筒体(3)腔体里的导流套(2)、上阀体(6)、阀体(7)、下阀体(10)组成，所述往复驱动总成由驱动活塞(8)与换向阀(9)组成，所述驱动活塞(8)套装在所述上阀体(6)、阀体(7)与下阀体(10)形成的腔体内，且所述上阀体(6)的下端与下阀体(10)的上端对驱动活塞(8)的两端限位，所述换向阀(9)套装在所述驱动活塞(8)内，且所述驱动活塞(8)带动所述换向阀(9)做同步往复运动，所述回压阀总成由回压阀头(12)、回压阀体(13)及泄流套(14)组成，所述回压阀头(12)与回压阀体(13)连接，所述泄流套(14)套装在所述回压阀体(13)内，且所述回压阀体(13)上端与下阀体(10)下端连接，所述回压阀头(12)上端套设在所述驱动活塞(8)与换向阀(9)的之间并对换向阀(9)的下端限位，所述驱动活塞(8)同时带动回压阀头(12)做往复运动，实现回压阀头(12)周期性的打开或关闭回压阀体(13)。

2.根据权利要求1所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述上阀体(6)、阀体(7)、下阀体(10)与所述筒体(3)间设有第一腔体(17)，且所述上阀体(6)的中部壁体上开设有第一通孔(61)、所述阀体(7)的中部壁体上开设有第二通孔(71)、所述下阀体(10)的中部壁体上开设有第三通孔(101)。

3.根据权利要求2所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述驱动活塞(8)与阀体(7)间设有第二腔体(18)与第三腔体(19)，且所述驱动活塞(8)的壁体上依次设有第四通孔(81)、第五通孔(82)、第六通孔(83)、第七通孔(84)及第八通孔(85)。

4.根据权利要求3所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述换向阀(9)与所述驱动活塞(8)间设有第四腔体(20)，且所述换向阀(9)的壁体上两端部分别设有第九通孔(91)及第十通孔(92)。

5.根据权利要求4所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述驱动活塞(8)静止时，所述第二通孔(71)、第三腔体(19)、第六通孔(83)、第四腔体(20)及第七通孔(84)顺次连通。

6.根据权利要求5所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述驱动活塞(8)向上运动时，所述第三通孔(101)与第八通孔(85)对齐连通，且所述第二通孔(71)、第三腔体(19)、第六通孔(83)、第四腔体(20)及第五通孔(82)连通。

7.根据权利要求6所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述驱动活塞(8)向下运动时，所述第一通孔(61)与第四通孔(81)对齐连通。

8.根据权利要求7所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述驱动活塞(8)与换向阀(9)上端之间设有换向塞(5)，所述换向塞(5)对换向阀(9)上端限位。

9.根据权利要求8所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述下阀体(10)下端与回压阀体(13)上端相接处嵌套有配流盘(11)。

10.根据权利要求9所述的液动推复冲击振荡器，其特征在于，所述回压阀体(13)的壁体上倾斜开设有过流孔(131)，且所述过流孔(131)与第一腔体(17)连通。