CN111577139A - 一种涡轮驱动水力脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡轮驱动的水力脉冲发生器，包括涡轮上接头、动力筒体、压紧环、上过流盘、轴承、涡轮定子、涡轮转子、中心花键轴柱、弹簧、周向TC轴承、TC外花键套、传动键轴、上盘阀、下盘阀、下接头。泥浆通过钻具进入涡轮上接头，通过涡轮组高速旋转，涡轮组的转子与中心花键轴柱通过花键连接，进而带动花键轴以及下部连接的传动键轴、上盘阀高速旋转。上盘阀与下盘阀系列密度不同的通孔会形成交错配合，形成的面积在不断的变化，形成流体压力脉冲。本发明的结构简单，压耗低，稳定可靠。

Description

一种涡轮驱动水力脉冲发生器

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井、修井作业工具领域，尤其是一种涡轮驱动的水力脉冲发生器。

背景技术

石油、天然气勘探开发钻井过程中水平段施工及极硬地层钻进，机械钻速是影响钻井效率的主要因素。水力振荡器可以降低摩阻实现钻压的准确传递，水力冲击器可以实现硬地层高效破岩。

然而在上述工具实际应用中，如何提高振荡力或冲击力一直困扰现场施工人员，目前普遍采取的动力结构为通过定转子驱动形式进行改变过流面积进而产生脉冲压力，如在CN202883880U中叙述的一种马达驱动的钻柱轴向振荡减阻工具，该种类型工具结构在定转子驱动动力部分产生一定的压耗损失，使水力动能转化机械动能效率降低，使的该种类型水力脉冲发生装置的在工具现场应用时效果有限。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种涡轮驱动水力脉冲发生器，利用涡轮定转子旋转来实现上下盘阀不同分布通孔交错组合，工具压耗小，功效高，结构简单，成本低，稳定可靠。用于水力振荡器的动力短节驱动部分，产生低压耗水力脉冲，水力脉冲通过振荡短节转化为轴向间震荡力，破除井壁与钻具之间的摩阻，提高在大位移井钻井过程中工具振动效果，延长水平段位移；其也可以用于水力冲击器等冲击破岩工具中，通过水力脉冲产生作用力，附加于钻压实现冲击钻进，提高破岩效率，用最简单有效的方式改进需要水力脉冲的钻具性能。

本发明的技术方案是：

一种涡轮驱动的水力脉冲发生器，包括涡轮上接头、动力筒体、压紧环、上过流盘、轴承、涡轮定子、涡轮转子、中心花键轴柱、弹簧、周向TC轴承、TC外花键套、传动键轴、上盘阀、下盘阀、下接头。涡轮上接头与动力筒体通过螺纹连接，动力筒体内部装有涡轮系统，涡轮系统上部通过压紧环固定，压紧环与动力筒体通过螺纹连接，涡轮系统由上过流盘、轴承、涡轮定子、涡轮转子、中心花键轴柱、周向TC轴承、TC外花键套构成，中心花键轴柱上依次套装有TC外花键套、周向TC轴承、涡轮组、轴承、上过流盘，其中涡轮组包括涡轮定子、涡轮转子，涡轮系统中中心花键轴下部有内腔，其内装有弹簧，弹簧下部与传动键轴接触，传动键轴与中心花键轴柱通过键连接传递运动，传动键轴下部通过螺纹与上盘阀连接。

上盘阀上设有系列不同角度分布的通孔，上盘阀与下盘阀通过弹簧压紧，下盘阀设有密度高于上盘阀的系列不同角度分布的通孔，下盘阀内装在动力筒体内，下盘阀下部通过压紧环固定，压紧环与动力筒体通过螺纹连接，压紧环通过下接头接触压实防松，下接头与动力筒体通过螺纹连接。上接头、下盘阀、下接头与动力筒体之间分别设有O型密封圈。

本发明用于水力振荡器的动力短节驱动部分，产生低压耗水力脉冲，水力脉冲通过振荡短节转化为轴向间震荡力，破除井壁与钻具之间的摩阻，提高在大位移井钻井过程中工具振动效果，延长水平段位移；其也可以用于水力冲击器等冲击破岩工具中，通过水力脉冲产生作用力，附加于钻压实现冲击钻进，提高破岩效率，用最简单有效的方式改进需要水力脉冲的钻具性能，工具压耗小，功效高，结构简单，成本低，稳定可靠。

附图说明

图1为涡轮驱动水力脉冲发生器结构图；

图2（ａ、ｂ、ｃ））分别为阀部工作时不同位置产生水力脉冲原理示意图；

图3为水力脉冲发生装置工作时示波仪显示脉冲曲线。

图中： 1 涡轮上接头，2 密封圈，3 动力筒体，4 上压紧环，5 上过流盘，6 轴承，7涡轮定子，8 涡轮转子，9 中心花键轴柱，10 弹簧，11 周向TC轴承，12 TC外花键套，13 传动键轴，14 上盘阀，15密封圈，16 下盘阀，17下压紧环，18 下接头，19 密封圈。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步描述。

实施例１

一种涡轮驱动水力脉冲发生器，包括涡轮上接头1、动力筒体3、上盘阀14、下盘阀16和下接头18，其中：动力筒体3内部装有涡轮系统，涡轮系统上部通过压紧环4与动力筒体3连接固定；所述涡轮系统是在中心花键轴柱9外部自下而上依次套装有TC外花键套12、周向TC轴承11、涡轮定子7与涡轮转子8、轴承6和上过流盘5，中心花键轴9下部有内腔，其内装有弹簧10，弹簧10下部与传动键轴13接触，传动键轴13与中心花键轴柱9通过键连接传递运动，传动键轴13下部通过螺纹与上盘阀14连接；下盘阀16与上盘阀14构成紧密旋转配合，并通过下接头18连接固定在动力筒体3下端。

进一步的：上盘阀14上设有系列不同角度分布的通孔，下盘阀16设有密度高于上盘阀14的系列不同角度分布的通孔。

下盘阀16下部通过压紧环17和下接头18连接固定在动力筒体3下端。或者压紧环17与动力筒体2通过螺纹连接，压紧环17通过下接头18接触压实，下接头18与动力筒体3通过螺纹连接。

进一步的：涡轮上接头1、下盘阀16、下接头18与动力筒体3之间分别设有O型密封圈。

典型实施例２

参见图1，一种涡轮驱动的水力脉冲发生器主要零件有涡轮上接头1、密封圈2、动力筒体3、压紧环4、上过流盘5、轴承6、涡轮定子7、涡轮转子8、中心花键轴柱9、弹簧10、周向TC轴承11、TC外花键套12、传动键轴13、上盘阀14、下盘阀16、下接头18。

涡轮上接头1与动力筒体3通过螺纹连接，二者之间设有密封圈2，动力筒体3内部装有涡轮系统，涡轮系统上部通过压紧环4固定，压紧环4与动力筒体3通过螺纹连接，涡轮系统由上过流盘5、轴承6、涡轮定子7、涡轮转子8、中心花键轴柱9、周向TC轴承11、TC外花键套12构成，中心花键轴柱9上依次套装有TC外花键套12、周向TC轴承11、涡轮组（涡轮定子7与涡轮转子8）、轴承6、上过流盘5；其中涡轮组包括涡轮定子7、涡轮转子8，涡轮系统中中心花键轴9下部有内腔，其内装有弹簧10，弹簧10下部与传动键轴13接触，传动键轴13与中心花键轴柱9通过键连接传递运动，传动键轴13下部通过螺纹与上盘阀14连接，上盘阀14上设有系列不同角度分布的通孔，上盘阀14与下盘阀16通过弹簧10压紧，下盘阀16设有密度高于上盘阀14的系列不同角度分布的通孔，下盘阀16内装在动力筒体3内，下盘阀16下部通过压紧环17固定，压紧环17与动力筒体2通过螺纹连接，压紧环17通过下接头18接触压实防松动，下接头18与动力筒体3通过螺纹连接。涡轮上接头1、下盘阀16、下接头18与动力筒体3之间分别设有O型密封圈。

涡轮驱动水力脉冲发生器工作时，泥浆通过钻具进入涡轮上接头1，通过涡轮组高速旋转，涡轮组的转子８与中心花键轴柱9通过花键连接，进而带动花键轴以及下部连接的传动键轴13、上盘阀14高速旋转。利用上述的涡轮组的高速旋转，下部联接一个固定过水盘阀上盘阀14（动阀），上盘阀上设有系列不同角度分布的通孔，与上盘阀14配合的下盘阀16（定阀）上也做密度高于上盘阀的系列不同角度分布的通孔，上盘阀14高速旋转的过程中，上盘阀14与下盘阀16系列密度不同的通孔会形成交错配合，且随着旋转运动位置的变化，两者形成的面积在不断的变化。当上盘阀14通孔与下盘阀16通孔完全重合时，形成最大过流面积；当二者交错重合通孔最少时，形成最小过流面积，见图2。由于过流面积的不断变化，流体在此处的压力降不断的变化，从而形成流体压力脉冲，见图3。

Claims (6)

1.一种涡轮驱动水力脉冲发生器，包括涡轮上接头（1）、动力筒体（3）、上盘阀（14）、下盘阀（16）和下接头（18），其特征在于：动力筒体（3）内部装有涡轮系统，涡轮系统上部通过压紧环（4）与动力筒体（3）连接固定；所述涡轮系统是在中心花键轴柱（9）外部自下而上依次套装有TC外花键套（12）、周向TC轴承（11）、涡轮定子（7）与涡轮转子（8）、轴承（6）和上过流盘（5），中心花键轴（9）下部有内腔，其内装有弹簧（10），弹簧（10）下部与传动键轴（13）接触，传动键轴（13）与中心花键轴柱（9）通过键连接传递运动，传动键轴（13）下部通过螺纹与上盘阀（14）连接；下盘阀（16）与上盘阀（14）构成紧密旋转配合，并通过下接头（18）连接固定在动力筒体（3）下端。

2.根据权利要求1所述的涡轮驱动水力脉冲发生器，其特征在于：上盘阀（14）上设有系列不同角度分布的通孔，下盘阀（16）设有密度高于上盘阀（14）的系列不同角度分布的通孔。

3.根据权利要求1或２所述的涡轮驱动水力脉冲发生器，其特征在于：下盘阀（16）下部通过压紧环（17）和下接头（18）连接固定在动力筒体（3）下端。

4.根据权利要求1或２所述的涡轮驱动水力脉冲发生器，其特征在于：压紧环（17）与动力筒体（2）通过螺纹连接，压紧环（17）通过下接头（18）接触压实，下接头（18）与动力筒体（3）通过螺纹连接。

5.根据权利要求３所述的涡轮驱动水力脉冲发生器，其特征在于：涡轮上接头（1）、下盘阀（16）、下接头（18）与动力筒体（3）之间分别设有O型密封圈。

6.根据权利要求４所述的涡轮驱动水力脉冲发生器，其特征在于：涡轮上接头（1）、下盘阀（16）、下接头（18）与动力筒体（3）之间分别设有O型密封圈。

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