CN112324340A

CN112324340A - 一种转轮驱动式脉冲发生器

Info

Publication number: CN112324340A
Application number: CN202011315215.4A
Authority: CN
Inventors: 王建龙; 郑锋; 张雅静; 张雯琼; 刘学松; 卢宝斌
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-02-05

Abstract

本发明涉及转轮驱动式脉冲发生器，包括中空管状壳体，所述壳体内部由上至下依次安装引流块、节流控制机构、节流块，所述节流块上设有节流孔，所述引流块用于改变钻井液的流动方向，钻井液流经引流块后作用在节流控制机构上，使所述节流控制机构做上下往复运动，从而往复性的退出或进入节流孔，改变钻井液的过流面积，产生周期性的压力脉冲波动。本发明利用钻井液驱动带有扇叶的冲击转轮旋转，带动节流杆上下往复运动，实现节流块过流面积的周期性变化，进而产生周期性的压力脉冲，压力脉冲向上传递并作用在水力振荡器的振荡短节上，驱动振荡短节周期性的高频振动，进而起到缓解定向托压的作用。

Description

一种转轮驱动式脉冲发生器

技术领域

本发明属于石油天然气钻探技术领域，尤其涉及一种转轮驱动式脉冲发生器。

背景技术

随着勘探开发的不断深入，定向井、水平井等复杂结构井越来越多，但是这种类型的井随着井斜角的增大、裸眼段的延伸，出现不同程度的定向托压，导致钻压传递效率低、工具门不稳定的问题，导致整体定向效率低、机械钻速低。

目前，水力振荡器是缓解定向托压最有效的工具之一。水力振荡器主要由脉冲发生器和振荡短节组成。钻井液流经脉冲发生器产生周期性的压力脉冲，压力脉冲作用振荡短节上，驱动振荡短节产生周期性的高频振动。

目前，水力振荡器常用的脉冲发生器主要是螺杆式的，由定子、转子、动盘阀、定阀盘等组成，实际工作中由于定子由橡胶组成，在高温和油基环境中寿命短，严重影响水力振荡器的适用性。另外，动盘阀和定盘阀的接触面在长时间的高速旋转过程中，磨损严重，制约了工具的有效工作寿命。

因此，基于这些问题，提供一种能够适应高温和油基钻井环境的转轮驱动式脉冲发生器，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能降低地面设备的负载，提高水力振荡器的寿命，降低钻井成本的可控脉冲短节。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种转轮驱动式脉冲发生器，包括中空管状壳体，所述壳体内部由上至下依次安装引流块、节流控制机构、节流块，所述节流块上设有节流孔，所述引流块用于改变钻井液的流动方向，钻井液流经引流块后作用在节流控制机构上，使所述节流控制机构做上下往复运动，从而往复性的退出或进入节流孔，改变钻井液的过流面积，产生周期性的压力脉冲波动。

进一步的，所述节流控制机构包括冲击转轮、旋转杆、导向杆、固定模块、轨道盒、节流杆、传动连杆，所述固定模块安装在所述壳体内壁上，所述轨道盒安装在所述固定模块上，所述传动连杆一端与所述固定模块转动连接，旋转杆的一端及冲击转轮固定安装在所述传动连杆上，旋转杆的另一端与导向杆的一端铰接，导向杆的另一端与节流杆一端铰接，且所述节流杆通过所述轨道盒被限制运动方向，所述冲击转轮通过钻井液驱动转动，从而使得旋转杆带动节流杆做上下往复运动，从而使节流杆末端往复性的退出或进入节流孔。

进一步的，所述节流杆的底部能够进入节流孔内，实现节流，但不能断流。

进一步的，所述引流块内部形成上端宽下端窄的流道，用于改变钻井液的流动方向。

进一步的，所述冲击转轮位于引流块的流道出口下方。

进一步的，所述壳体包括固定连接形成管状结构的上接头、下接头。

进一步的，所述上接头、下接头连接处形成环形凹槽结构，使得所述节流块卡设在所述凹槽内。

进一步的，所述固定模块包括限位块、镶嵌块，所述限位块套设在引流块、节流块之间的壳体内壁上，所述镶嵌块安装在所述限位块内壁上，并被所述引流块、节流块上下限位，所述轨道盒、传动连杆安装在所述镶嵌块上。

进一步的，所述轨道盒表面设有滑轨，所述节流杆上设有与所述滑轨匹配的凸块，所述凸块在所述滑轨上滑动且不能脱出所述滑轨。

进一步的，所述壳体内壁上卡设有卡环，所述卡环位于所述引流块顶部，限制所述引流块上移。

本发明的优点和积极效果是：

本发明的转轮驱动式脉冲发生器，利用钻井液驱动带有扇叶的冲击转轮旋转，带动节流杆上下往复运动，实现节流块过流面积的周期性变化，进而产生周期性的压力脉冲，压力脉冲向上传递并作用在水力振荡器的振荡短节上，驱动振荡短节周期性的高频振动，进而起到缓解定向托压的作用，并且该脉冲发生器除密封件外无其他橡胶元件，能够适应高温和油基钻井环境。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的转轮驱动式脉冲发生器的结构剖面图；

图2为图1中的A-A向结构剖面图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1-2来具体说明本发明。

如图1-2所示，本实施例提供的一种转轮驱动式脉冲发生器，包括中空管状壳体，所述壳体内部由上至下依次安装引流块3、节流控制机构、节流块11，所述节流块11上设有节流孔1101，所述引流块3用于改变钻井液的流动方向，钻井液流经引流块3后作用在节流控制机构上，使所述节流控制机构做上下往复运动，从而往复性的退出或进入节流孔，改变钻井液的过流面积，产生周期性的压力脉冲波动。

具体的，在本实施例中，所述壳体包括固定连接形成管状结构的上接头1、下接头12，所述上接头1、下接头12连接处形成环形凹槽结构，使得所述节流块11卡设在所述凹槽内；所述节流控制机构包括冲击转轮4、旋转杆5、导向杆6、固定模块、轨道盒9、节流杆10、传动连杆15，所述固定模块安装在所述壳体内壁上，所述轨道盒9安装在所述固定模块上，所述传动连杆15一端与所述固定模块转动连接，旋转杆5的一端及冲击转轮4固定安装在所述传动连杆15上，具体的，在本实施例中，旋转杆5的一端形成四面体形状套在传动连杆15上，冲击转轮4套设在旋转杆5上，两者之间的套接面可以是多面形状，增加冲击转轮4与旋转杆5的传动稳定性，旋转杆5的另一端与导向杆6的一端铰接，导向杆6的另一端与节流杆10一端铰接，且所述节流杆10通过所述轨道盒9被限制运动方向，所述冲击转轮4通过钻井液驱动转动，从而使得旋转杆5带动节流杆10做上下往复运动，从而使节流杆10末端往复性的退出或进入节流孔，传动连杆15另一端可以安装挡圈，防止冲击转轮4、旋转杆5脱出传动连杆15；需要说明的是，所述节流杆10的底部能够进入节流孔内，实现节流，但不能断流；所述固定模块包括限位块7、镶嵌块8，所述限位块7套设在引流块3、节流块11之间的壳体内壁上，所述镶嵌块8为一对，对称安装在所述限位块7内壁上，所述轨道盒9、传动连杆15安装在所述镶嵌块8上。

所述引流块3内部形成上端宽下端窄的流道，用于改变钻井液的流动方向，具体的，在本实施例中，引流块3整体是一个圆柱体结构，下端左右各有一个槽口，限位块7顶端的凸台正好插入槽口中，引流块3内部有一个类似梯形的流道，上端宽下端窄，用于改变钻井液的流动方向，外端上部装有密封圈14，用于实现引流块3与上接头14之间的密封。

如图2所示，限位块7为圆柱体结构，中心贯通，内壁左右端为圆弧状、前后端为平齐状，限位块7用于限制引流块3向下和周向运动，限制节流块11向上运动；所述镶嵌块8由两块结构相同的前镶块802和后镶块801组成，镶嵌块8拼装好之后外壁与限位块7内壁正好贴合在一起，限制了镶嵌块8的转动，并且，镶嵌块8上下通过引流块3、节流块11限位；镶嵌块8拼装好之后上端有一个前后方向的圆形通孔，下端有四个前后方向的通孔，下端的四个圆形通孔，用于安装轨道盒9，从前向后通过传动连杆15依次将旋转杆5左端、冲击转轮4、后镶块801连接在一起。

所述冲击转轮4位于引流块3的流道出口下方，冲击转轮4为中间带有正四方通孔的圆盘，最外缘均布有扇叶，从引流块3流出的钻井液正好冲击在扇叶上，驱动冲击转轮转动。

在本实施例中，旋转杆5的两端为扁平状、中间为圆柱状，左端有正四方通孔，右端有圆形通孔，左端与传动连杆15连接，右端与导向杆6铰接，且导向杆6在旋转杆的前面，旋转杆5在冲击转轮4的带动下做圆周运动；所述节流块11外部带有下密封圈13，实现与上接头1直接的密封，节流块11在下接头12的固定下，无法向下运动；所述传动连杆15的两端带有轴承、中间为正四方形，轴承通过螺栓与镶嵌块8连接在一起。

所述轨道盒9表面设有滑轨，所述节流杆10上设有与所述滑轨匹配的凸块，所述凸块在所述滑轨上滑动且不能脱出所述滑轨。

所述壳体内壁上卡设有卡环2，所述卡环2位于所述引流块3顶部，限制所述引流块3上移。

作为举例，在本实施例中，钻井液流经引流块3，经底端流出后作用在冲击转轮4的扇叶上，驱动冲击转轮4旋转，带动旋转杆5做圆周运动，进而带动导向杆6上端连接点做圆周运动、下端连接点做上下运动，进而带动节流杆10做上下往复运动，使节流杆10往复性的从节流块11的节流孔内退出和进入，改变钻井液的过流面积；当节流杆10向下运动进入到节流块11内，钻井液过流面积最小，此时产生最大的压力脉冲，当节流杆10向上运动从节流块11内退出时，钻井液过流面积最大，此时产生最小的压力脉冲。这样通过节流杆10的上下运动就会产生周期性的压力脉冲波动，压力脉冲波动向上传递作用到水力振荡器的振荡短节，驱动振荡短节产生高频振动，进而起到缓解定向托压的作用。

需要说明的是，对于本发明的转轮驱动式脉冲发生器，为了实现该工具的密封性能，可根据实际需求在不同的结构部件之间增加密封结构，这属于本领域技术人员均能想到的公知常识，在此不再赘述。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：包括中空管状壳体，所述壳体内部由上至下依次安装引流块、节流控制机构、节流块，所述节流块上设有节流孔，所述引流块用于改变钻井液的流动方向，钻井液流经引流块后作用在节流控制机构上，使所述节流控制机构做上下往复运动，从而往复性的退出或进入节流孔，改变钻井液的过流面积，产生周期性的压力脉冲波动。

2.根据权利要求1所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述节流控制机构包括冲击转轮、旋转杆、导向杆、固定模块、轨道盒、节流杆、传动连杆，所述固定模块安装在所述壳体内壁上，所述轨道盒安装在所述固定模块上，所述传动连杆一端与所述固定模块转动连接，旋转杆的一端及冲击转轮固定安装在所述传动连杆上，旋转杆的另一端与导向杆的一端铰接，导向杆的另一端与节流杆一端铰接，且所述节流杆通过所述轨道盒被限制运动方向，所述冲击转轮通过钻井液驱动转动，从而使得旋转杆带动节流杆做上下往复运动，从而使节流杆末端往复性的退出或进入节流孔。

3.根据权利要求2所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述节流杆的底部能够进入节流孔内，实现节流，但不能断流。

4.根据权利要求1所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述引流块内部形成上端宽下端窄的流道，用于改变钻井液的流动方向。

5.根据权利要求4所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述冲击转轮位于引流块的流道出口下方。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述壳体包括固定连接形成管状结构的上接头、下接头。

7.根据权利要求6所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述上接头、下接头连接处形成环形凹槽结构，使得所述节流块卡设在所述凹槽内。

8.根据权利要求2或3所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述固定模块包括限位块、镶嵌块，所述限位块套设在引流块、节流块之间的壳体内壁上，所述镶嵌块安装在所述限位块内壁上，并被所述引流块、节流块上下限位，所述轨道盒、传动连杆安装在所述镶嵌块上。

9.根据权利要求8所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述轨道盒表面设有滑轨，所述节流杆上设有与所述滑轨匹配的凸块，所述凸块在所述滑轨上滑动且不能脱出所述滑轨。

10.根据权利要求1所述的一种转轮驱动式脉冲发生器，其特征在于：所述壳体内壁上卡设有卡环，所述卡环位于所述引流块顶部，限制所述引流块上移。