CN108644400A - 一种新型水力交变开关阀 - Google Patents

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单代伟
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Abstract

本发明涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种在钻井过程中有效减少摩擦阻力，传递钻压，缩短摆放工具面时间的新型水力交变开关阀，该新型水力交变开关阀包含有外壳，套接在所述外壳内的心轴，依次套接在所述心轴上的上径向轴承和涡轮副，与所述心轴底部固定套接的过流筒，套接在所述过流筒上的下径向轴承，套接在所述过流筒和下径向轴承外部的阀体，所述上径向轴承的底部与所述涡轮副的顶部进行顶接，所述涡轮副的定子与所述外壳内圈周向固定，所述涡轮副的转子与所述心轴的外周周向固定，与所述过流筒底部螺纹套接的上阀片，与所述上阀片的底部顶接的下阀片，该短节结构简单，增加了工具的寿命，降低了工具的成本，有效的减少了摩擦阻力，传递钻压，缩短摆放工具面时间，进而提高了机械钻速。

Description

一种新型水力交变开关阀
技术领域
本发明涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种在钻井过程中有效减少摩擦阻力，传递钻压，缩短摆放工具面时间的新型水力交变开关阀，该阀可以产生交变水压力用来驱动井下其他工具产生交变推力以加速钻井机械速度。
背景技术
随着石油工业的发展，大斜度井、水平井等复杂结构井的数量越来越多，常规的钻井工具的钻井效率也越来越低，为了解决在钻井过程当中的摩擦阻力、脱压、粘卡等现象，发明了水力交变开关阀和其它工具组合成减摩工具,由压力脉冲短节及减震器组成的水力加速工具可以使得钻柱产生轴向振动，从而减少钻柱与井壁之间的摩擦力，但传统的压力脉冲短节多由螺杆马达驱动，无法适用于高温井，也有公开一些涡轮副驱动的脉冲短节，但是为涡轮副提供推力的都是由开式轴承串组成，开式轴承串容易受到泥浆冲蚀及磨粒磨损，造成结构失效。
现有技术存在以下问题：
1、传统的压力脉冲短节多由螺杆马达驱动，无法适用于高温井；
2、现有技术的涡轮副驱动的脉冲短节，为涡轮副提供推力的都是由开式轴承串组成，开式轴承串容易受到泥浆冲蚀及磨粒磨损，造成结构失效。
为解决上述问题，需要发明一种简化短节结构，增加工具寿命和稳定性的新型水力交变开关阀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种简化短节结构，增加工具寿命和稳定性的新型水力交变开关阀。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案。
一种新型水力交变开关阀，包含有外壳，套接在所述外壳内的心轴，依次套接在所述心轴上的上径向轴承和涡轮副，与所述心轴底部固定套接的过流筒，套接在所述过流筒上的下径向轴承，套接在所述过流筒和下径向轴承外部的阀体，所述上径向轴承的底部与所述涡轮副的顶部进行顶接，所述涡轮副的定子与所述外壳内圈周向固定，所述涡轮副的转子与所述心轴的外周周向固定，所述阀体顶部与所述外壳底部密封固定套接，还包括：
上阀片，所述上阀片顶部与所述过流筒底部螺纹套接且密封；
下阀片，所述下阀片与所述上阀片的底部顶接，所述下阀片套接在所述阀体内并与所述阀体进行固定连接，所述阀体内部做成台阶状，内径与下阀片的直径匹配，所述上阀片和下阀片均为刚性材料。
作为本发明的优选方案，所述上阀片由上阀片上圆柱和上阀片下圆柱组成，所述上阀片上圆柱直径小于所述上阀片下圆柱直径，所述上阀片上圆柱与上阀片下圆柱加工为一体组成阶梯状圆柱状，所述上阀片上圆柱与所述过流筒的底部固定密封套接，所述上阀片下圆柱的底部与所述下阀片的顶部顶接，所述上阀片上圆柱套接在所述过流筒内部，所述上阀片下圆柱的直径小于所述过流筒和下阀片的外径。
作为本发明的优选方案，所述上阀片上开设有N个过流孔一，N≥1，所述下阀片上开设有M个过流孔二，M≥1，所述过流孔一和过流孔二的形状根据实际设计确定。
作为本发明的优选方案，所述上阀片与所述下阀片的中心线重合，所述上阀片在旋转过程中始终保持所述过流孔一与所述过流孔二有部分重合，所述过流孔一与所述过流孔二的形状和大小可以相同也可以不相同。
作为本发明的优选方案，所述下阀片与所述阀体固定连接，所述下阀片与所述阀体一起固定不动，所述上阀片与所述过流筒固定连接，所述上阀片在所述过流筒的带动下与所述过流筒一起转动，所述上阀片底面与所述下阀片顶部旋转摩擦，所述过流孔一与过流孔二交替重合产生压力脉动。
作为本发明的优选方案，所述上阀片和下阀片的材料为刚性材料，所述上阀片在转动过程中与所述下阀片一起为所述涡轮副提供轴向推力，所述上阀片与所述下阀片构成止推轴承。
所述上阀片和下阀片是压力脉动发生装置，同时还为所述涡轮副提供轴向支反力，所述上阀片和下阀片替代了原来的止推轴承，起到了止推轴承的作用。
压力脉动产生原理：
当泥浆通过所述涡轮副时，所述涡轮副的转子带动所述心轴转动，所述心轴带动所述过流筒和上阀片转动，当泥浆通过所述涡轮副后会从所述过流筒上的通孔流入所述过流筒内部，并从所述上阀片的过流孔一中流出，由于所述下阀片是固定在所述阀体上的，所以所述上阀片的转动将造成所述上阀片的过流孔一和所述下阀片的过流孔二交替的重合和错开，从而形成钻柱内的压力脉动。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、由上阀片和下阀片组成的摩擦副替代传统的轴承串，去掉了止推轴承副，简化了交变开关阀的结构，减少了工具的故障点，从而增加了工具的寿命，降低了工具的成本；
2、本发明主要应用于大斜度井、水平井等具有复杂结构的井中，本发明水力交变开关阀与减震器配合使用可以产生钻柱的轴向振动，从而有效的减少摩擦阻力，传递钻压，缩短摆放工具面时间，进而提高机械钻速。
附图说明
图1为本发明立体图；
图2为本发明立体图二；
图3为本发明正视剖视图；
图4为本发明上阀片立体图；
图5为本发明下阀片立体图。
图中标记：1-上径向轴承， 2-心轴，3-外壳，4-涡轮副，5-过流筒，6-下径向轴承，7-上阀片，71-上阀片下圆柱，72-上阀片上圆柱，8-下阀片，9-阀体。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主体的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1、图2和图3所示，新型水力交变开关阀包含有外壳3，套接在外壳3内的心轴2，依次套接在心轴2上的上径向轴承1和涡轮副4，与心轴2底部固定套接的过流筒5，套接在过流筒5上的下径向轴承6，套接在过流筒5和下径向轴承6外部的阀体9，上径向轴承1的底部与涡轮副4的顶部进行顶接，涡轮副4的定子与外壳3内圈周向固定，涡轮副4的转子与心轴2的外周周向固定，上阀片7顶部与过流筒5底部螺纹套接，下阀片8与上阀片7的底部顶接，下阀片8套接在阀体9内并与阀体9进行固定连接。
如图4和图5所示，上阀片7由上阀片上圆柱72和上阀片下圆柱71组成，上阀片上圆柱72和上阀片下圆柱71为一体由一根材料加工而成，在其他实施例中也可以是由两个圆柱组成，下阀片8为一圆柱，在其他实施例中下阀片8为一台阶柱，上阀片7和下阀片8上均开设有过流孔，在本实施例中上阀片7和下阀片8上均开设了一个过流孔，上阀片7上开设的有过流孔一，下阀片8上开设的有过流孔二，在本实施例中过流孔一和过流孔二均为圆形，过流孔一的中心线与上阀片7的中心线不重合，过流孔二的中心线与下阀片8的中心线不重合，过流孔一与过流孔二的中心线不重合，在其他实施例中过流孔一与过流孔二的中心线可以重合，在其他实施例中过流孔一和过流孔二的数量可以是2、3、4个，甚至更多个，根据实际工作的需求确定，在其他实施例中过流孔一和过流孔二的形状可以是非圆形的其他形状，比如梯形、四边形、多边形、条形、T形、U形等。
下阀片8与阀体9固定连接，下阀片8与阀体9一起固定不动，上阀片7与过流筒5固定连接，上阀片7在过流筒5的带动下与过流筒5一起转动，上阀片7底面与下阀片8顶部旋转摩擦，过流孔一与过流孔二交替重合产生压力脉动，上阀片7和下阀片8的材料为刚性材料，上阀片7在转动过程中与下阀片8一起为涡轮副4提供轴向推力构成止推轴承。

Claims (6)

1.一种新型水力交变开关阀，包含有外壳，套接在所述外壳内的心轴，依次套接在所述心轴上的上径向轴承和涡轮副，与所述心轴底部固定套接的过流筒，套接在所述过流筒上的下径向轴承，套接在所述过流筒和下径向轴承外部的阀体，所述上径向轴承的底部与所述涡轮副的顶部进行顶接，所述涡轮副的定子与所述外壳内圈周向固定，所述涡轮副的转子与所述心轴的外周周向固定，其特征在于还包括：
上阀片，所述上阀片顶部与所述过流筒底部固定套接；
下阀片，所述下阀片与所述上阀片的底部顶接，所述下阀片套接在所述阀体内并与所述阀体进行固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型水力交变开关阀，其特征在于：所述上阀片由上阀片上圆柱和上阀片下圆柱组成，所述上阀片上圆柱直径小于所述上阀片下圆柱直径，所述上阀片上圆柱与上阀片下圆柱加工为一体组成阶梯状圆柱状，所述上阀片上圆柱与所述过流筒的底部固定套接，所述上阀片下圆柱的底部与所述下阀片的顶部顶接。
3.根据权利要求2所述的一种新型水力交变开关阀，其特征在于：所述上阀片上开设有N个过流孔一，N≥1，所述下阀片上开设有M个过流孔二，M≥1。
4.根据权利要求3所述的一种新型水力交变开关阀，其特征在于：所述上阀片与所述下阀片的中心线重合，所述上阀片在旋转过程中始终保持所述过流孔一与所述过流孔二有部分重合。
5.根据权利要求4所述的一种新型水力交变开关阀，其特征在于：所述下阀片与所述阀体固定连接，所述下阀片与所述阀体一起固定不动，所述上阀片与所述过流筒固定连接，所述上阀片在所述过流筒的带动下与所述过流筒一起转动，所述上阀片底面与所述下阀片顶部旋转摩擦，所述过流孔一与过流孔二交替重合产生压力脉动。
6.根据权利要求5所述的一种新型水力交变开关阀，其特征在于：所述上阀片和下阀片的材料均为刚性材料，所述上阀片在转动过程中与所述下阀片一起为所述涡轮副提供轴向推力，所述上阀片与所述下阀片构成止推轴承。
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