CN106968602B - 一种开关式钻井用水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井用水力振荡器，尤其涉及一种开关式钻井用水力振荡器。该振荡器包括外壳、开关筒、切换筒、弹簧压筒和振荡件；外壳内装有开关筒；开关筒的一端设置有切换筒，切换筒的一端活动插装在开关筒内，开关筒上设置有切换销钉，切换销钉与插装在开关筒内的切换筒滑动连接。该力振荡器，通过开关筒控制流体流入振荡件，实现振荡件的开、关状态的切换，解决了现有振荡器没有开关，一旦运行，除非停泵，否则不能关断的问题；对提高钻进速度和钻井效率具有积极意义。

Description

一种开关式钻井用水力振荡器

技术领域

本发明涉及一种钻井用水力振荡器，尤其涉及一种开关式钻井用水力振荡器。

背景技术

在石油开采中，由于水平井、水平分支井、以及大位移井能够帮助油田实现增产，近几年在各大油田越来越多地应用到钻井中。在这类井的钻进过程中，由于管柱与井壁接触后存在较大的摩擦阻力，一旦摩阻过大，管柱会发生正弦弯曲或者螺旋屈曲，严重造成卡钻，进而影响钻进速度，降低钻井效率。

为提高钻进速度和钻井效率，目前国内外发明了多种振荡器，如：NOV水力振荡器、水力脉冲诱发振动钻井工具、轴向水力振荡器、径向水力振荡器等。上述振荡器都是通过产生周期变化的轴向力，形成振荡效果，将管柱与井壁之间的摩擦由静摩擦力转换为动摩擦力，达到减摩的目的。但是，现有振荡器有以下缺点：自身压耗偏大，对钻井泵要求较高；并且大多振荡器具有运动部件，冲蚀较为严重，寿命短；在另一方面，垂直井段的钻进过程中，由于管柱与井壁摩擦阻力不大，振荡器的使用会消耗钻井泵的能量；在水平段或造斜段的钻进过程中，管柱与井壁荡器之间的摩阻较大，此时需要使用振荡器。而现有振荡器没有开关，一旦运行，除非停泵，否则不能关断。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可根据需求决定是否需要水力振荡器工作，且使用寿命长，适应性较好，振荡频率低，且具有开关功能的开关式钻井用水力振荡器。

本发明的技术方案是：

一种开关式钻井用水力振荡器，包括外壳、开关筒、切换筒、弹簧压筒和振荡件；其特征在于：外壳内装有开关筒；开关筒的一端设置有切换筒，切换筒的一端活动插装在开关筒内，开关筒上设置有切换销钉，切换销钉与插装在开关筒内的切换筒滑动连接；开关筒外端的切换筒和切换筒上套装有弹簧压筒；开关筒的另一端设置有振荡件，振荡件一侧的切换筒上设置有推力球轴承B，振荡件与外壳之间键连接。

所述的开关筒上设置有开关筒凸缘，开关筒凸缘一侧的开关筒上对称设置有销钉孔；开关筒凸缘另一侧的开关筒中心孔为斜孔；所述的开关筒上装有弹簧。

所述的振荡件由振荡筒和振荡体构成，振荡体和振荡筒呈上下状设置；振荡体的截面呈半圆形，振荡筒的截面呈C型；振荡筒和振荡体之间紧密接触连接。

所述的振荡体上设置有平行键，平行键一侧的振荡体上设置有进孔凹槽，进孔凹槽上设置有流体进孔，平行键另一侧的振荡体上设置有出孔凹槽，出孔凹槽上设置有流体出孔。

所述的振荡体内设置有流体腔，流体腔与流体出孔连通，流体腔一侧的振荡体内设置有切换流道，切换流道的一端与流体腔连通，切换流道的另一端与流体进孔连通。

所述的切换流道呈Y字形。

所述的流体进孔外围的振荡体内设置有循环反馈流道，循环反馈流道与切换流道连通。

所述的切换流道外侧的振荡体内设置有反馈流道，反馈流道的一端与循环反馈流道连通；反馈流道的另一端与流体腔连通。

所述的切换筒与弹簧压筒之间设置有推力球轴承A。

所述的切换筒上设置有切换筒凸缘，切换筒凸缘一侧的切换筒截面呈椭圆，切换筒凸缘另一侧的切换筒圆周上设置有切换凹槽。

所述的切换凹槽呈M字型。

本发明的有益效果在于：

该开关式钻井用水力振荡器，通过开关筒控制流体流入振荡件，实现振荡件的开、关状态的切换，开关筒可以由流体流量进行控制，当流量达不到开关所需流量时，开关不会开启或关闭，不存在开和关的中间状态，流体流经振荡件部分时，经过射流换向后，形成漩涡，背压逐渐增大，达到最大时，流体自动换向，再次形成漩涡，在漩涡重复形成的过程中，背压实现周期性的变化，实现工具振荡效果。该钻井用水力振荡器的振荡件部分没有任何运动部件，且未一直处于工作状态，因此使用寿命长，同时用于振荡频率低，不影响井下脉冲信号的采集。解决了现有振荡器没有开关，一旦运行，除非停泵，否则不能关断的问题；对提高钻进速度和钻井效率具有积极意义。

附图说明

图1为本发明去掉壳体后的结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明的开关筒的结构示意图；

图4为本发明的切换筒的结构示意图；

图5为本发明的弹簧压筒的结构示意图；

图6为本发明的振荡体的结构示意图；

图7为本发明的振荡体的侧视结构示意图；

图8为图7的B-B向截面结构示意图；

图9为本发明的振荡筒的结构示意图；

图10为本发明的切换凹槽的展开示意图；

图11为本发明的振荡体的工作示意图。

图中：1、外壳，2、开关筒，3、切换筒，4、弹簧压筒，5、振荡件，6、销钉孔，7、切换筒凸缘，8、切换凹槽，9、切换销钉，10、推力球轴承A，11、弹簧，12、开关筒凸缘，13、推力球轴承B，14、振荡筒，15、振荡体，16、平行键，17、进孔凹槽，18、流体进孔，19、出孔凹槽，20、流体出孔，21、流体腔，22、切换流道，23、循环反馈流道，24、反馈流道。

具体实施方式

该开关式钻井用水力振荡器包括外壳1、开关筒2、切换筒3、弹簧压筒4和振荡件5；外壳1内装有开关筒2；开关筒2圆周上设置有开关筒凸缘12，开关筒凸缘12一侧的开关筒2上对称设置有销钉孔6；开关筒凸缘12另一侧的开关筒2的中心孔为斜孔。开关筒2的一端设置有切换筒3。切换筒3上设置有切换筒凸缘7，切换筒凸缘7一侧的切换筒2截面呈椭圆形，切换筒凸缘7另一侧的切换筒3圆周上设置有切换凹槽8。切换凹槽8由竖直槽和波浪槽构成，切换凹槽8呈M字型。

切换筒3的一端活动插装在开关筒2内，开关筒2上通过销钉孔6设置有切换销钉9，切换销钉9与插装在开关筒2内切换筒3的切换凹槽8滑动连接。开关筒2外端的切换筒3和开关筒2上套装有弹簧压筒4；切换筒3的切换筒凸缘7与弹簧压筒4的一端端头之间设置有推力球轴承A10。弹簧压筒4的另一端端头与开关筒凸缘12之间的开关筒2上装有弹簧11。

开关筒2的另一端设置有振荡件5，振荡件5一侧的切换筒2上设置有推力球轴承B13。该开关式钻井用水力振荡器的振荡件5由振荡筒14和振荡体15构成，振荡体15和振荡筒14呈上下状设置；振荡体15的截面呈半圆形，振荡筒14的截面呈C型；振荡筒14和振荡体15之间紧密接触连接。

振荡体15上设置有平行键16，与平行键16对应的外壳1内壁上设置有平行键槽；振荡体15与外壳1之间通过平行键16与平行键槽的配合键连接。工作过程中在平行键16的作用下振荡筒14和振荡体15固定不旋转。

平行键16一侧的振荡体15上设置有进孔凹槽17，进孔凹槽17上设置有流体进孔18，平行键16另一侧的振荡体15上设置有出孔凹槽19，出孔凹槽19上设置有流体出孔20。

振荡体15内设置有流体腔21，流体腔21与流体出孔20连通，流体腔21一侧的振荡体15内设置有呈Y字形的切换流道22，切换流道22的一端与流体腔21连通，切换流道22的另一端与流体进孔18连通。

流体进孔18外围的振荡体15内设置有循环反馈流道23，循环反馈流道23与切换流道22连通。切换流道22外侧的振荡体15内设置有反馈流道24，反馈流道24的一端与循环反馈流道23连通；反馈流道24的另一端与流体腔21连通。

该开关式钻井用水力振荡器的振荡件5与外壳1之间为密封连接；初始状态时，开关筒2底端中心孔的斜孔与振荡筒14连通，工作时的流体（钻进液）可顺利穿过该振荡器；此时无振荡效果。

工作过程中，当需要切换振荡与否（开关筒2是否转动）时，将流体流量从正常值增加到切换值，流体从切换筒3入口流入，这一过程中，流体对切换筒3端面形成的冲击力增加，压迫切换筒3向开关筒2内滑动，由于切换筒3圆周上设置有呈M字型的切换凹槽8，且开关筒2上通过销钉孔6设置有切换销钉9，切换销钉9与插装在开关筒2内切换筒3的切换凹槽8滑动连接。切换筒3向开关筒2内滑动的过程中，迫使切换销钉9沿切换凹槽8的竖直槽开始运动，与此同时，切换筒3通过切换筒凸缘7依次压迫推力球轴承A、弹簧压筒4和弹簧11；弹簧11蓄能。

当切换销钉9运动至切换凹槽8的波浪槽上升倾斜段处时，开关筒2被迫开始旋转；当切换销钉9运动至切换凹槽8的波浪槽顶端处时，开关筒2停止运动；此时降低流体流量至正常值后，冲击力减小，同时在弹簧11的复位作用下，切换销钉9沿切换凹槽8的波浪槽下行向另一竖直槽运行；此时开关筒2继续旋转，当切换销钉9下行运动至切换凹槽8的竖直槽时，开关筒2停止旋转，至此，开关筒2的底端中心孔的斜孔与振荡体15的进孔凹槽17连通，开关筒2的切换运动完成。

由于该开关式钻井用水力振荡器的振荡件5与外壳1之间为密封连接；当开关筒2的底端中心孔的斜孔与振荡体15的进孔凹槽17连通后，流体由振荡体15的流体进孔18进入至振荡体15内。

流体进入至振荡体15内后产生射流，并通过切换流道22进入流体腔21，由于切换流道22呈Y字形；进入切换流道22的流体为湍流，不稳定，当切换流道22中任何一个支流道中流体流量大于另外一个支流道的流体流量时，在流体腔21内大流量支流道中的流体会冲击小流量支流道中的流体，并形成涡流，由此产生背压。当流体腔21内的流体形成涡流一段时间后（即，流体汇集一定量后），部分流体从流体出孔20流出，部分流体从反馈流道24进入循环反馈流道23中，由于循环反馈流道23与切换流道22连通；循环反馈流道23中的流体对切换流道22中中的流体形成冲击（阻碍）；以使流体腔21内的涡流消散，当背压逐渐增大达到最大时，流体自动换向，再次形成漩涡，在漩涡重复形成的过程中；迫使流体腔21内的流体背压周期性地变化，形成周期性改变的振荡力，由此实现振荡力并作用至管柱，达到降低管柱与井壁之间摩阻的目的。

该开关式钻井用水力振荡器需要关闭时，将流体流量值降低到切换值，切换销钉9从切换凹槽8的竖直槽退出；开关筒2转动，开关筒2的底端中心孔的斜孔与振荡筒14连通，开关筒2的切换完成。

Claims (4)

1.一种开关式钻井用水力振荡器，包括外壳（1）、开关筒（2）、切换筒（3）、弹簧压筒（4）和振荡件（5）；外壳（1）内装有开关筒（2）；开关筒（2）的一端设置有切换筒（3），切换筒（3）的一端活动插装在开关筒（2）内，开关筒（2）上设置有切换销钉（9），切换销钉（9）与插装在开关筒（2）内的切换筒（3）滑动连接；开关筒（2）外端的切换筒（3）和切换筒（2）上套装有弹簧压筒（4）；开关筒（2）的另一端设置有振荡件（5），其特征在于：振荡件（5）一侧的切换筒（2）上设置有推力球轴承B（13），振荡件（5）与外壳（1）之间键连接；所述的开关筒（2）上设置有开关筒凸缘（12），开关筒凸缘（12）一侧的开关筒（2）上对称设置有销钉孔（6）；开关筒凸缘（12）另一侧的开关筒（2）中心孔为斜孔；所述的开关筒（2）上装有弹簧（11）；所述的振荡件（5）由振荡筒（14）和振荡体（15）构成，所述的振荡体（15）上设置有平行键（16），平行键（16）一侧的振荡体（15）上设置有进孔凹槽（17），进孔凹槽（17）上设置有流体进孔（18），平行键（16）另一侧的振荡体（15）上设置有出孔凹槽（19），出孔凹槽（19）上设置有流体出孔（20）；所述的振荡体（15）内设置有流体腔（21），流体腔（21）与流体出孔（20）连通，流体腔（21）一侧的振荡体（15）内设置有呈Y字形的切换流道（22），切换流道（22）的一端与流体腔（21）连通，切换流道（22）的另一端与流体进孔（18）连通；所述的流体进孔（18）外围的振荡体（15）内设置有循环反馈流道（23），循环反馈流道（23）与切换流道（22）连通；所述的切换流道（22）外侧的振荡体（15）内设置有反馈流道（24），反馈流道（24）的一端与循环反馈流道（23）连通；反馈流道（24）的另一端与流体腔（21）连通。

2.根据权利要求1所述的一种开关式钻井用水力振荡器，其特征在于：所述的振荡体（15）和振荡筒（14）呈上下状设置；振荡体（15）的截面呈半圆形，振荡筒（14）的截面呈C型；振荡筒（14）和振荡体（15）之间紧密接触连接。

3.根据权利要求1所述的一种开关式钻井用水力振荡器，其特征在于：所述的切换筒（3）与弹簧压筒（4）之间设置有推力球轴承A（10）。

4.根据权利要求3所述的一种开关式钻井用水力振荡器，其特征在于：所述的切换筒（3）上设置有切换筒凸缘（7），切换筒凸缘（7）一侧的切换筒（3）截面呈椭圆，切换筒凸缘（7）另一侧的切换筒（3）圆周上设置有切换凹槽（8）；所述的切换凹槽（8）呈M字型。

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