CN113756708B - 一种偏心振动式水力脉冲发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种偏心振动式水力脉冲发生装置，包括外筒、内筒和脉冲振动装置。外筒上接头、外筒体、密封圈、下接头，内筒包括上分流接头、内筒密封塞、锁紧块、上筒体、上轴承、下轴承、压紧环、下筒体、密封圈、转子固定环；偏心旋转装置包括涡轮定子、涡轮转子、偏心轮轴和偏心轮。钻井液通过涡轮，驱动涡轮转动，产生周期性水力脉冲，涡轮带动偏心轮旋转，产生周期性振动，提高钻井效果，移除内筒密封塞可以实施特殊作业。本发明的结构简单，成本低，稳定可靠，使用灵活性高。
Description
技术领域
本发明涉及钻井井下工具领域，尤其是一种石油天然气钻井、修井作业使用的偏心振动式水力脉冲发生装置。
背景技术
石油、天然气勘探开发现场钻井过程中，井下摩阻成为实际上限制钻井水平段施工长度增长的主要困难。在现场应用中，为了克服这一困难，现已经有水力脉冲轴向振荡减阻工具，可以通过向上方振动钻具，使钻具与井壁间静摩擦变为动摩擦来降低井下摩阻。
例如CN201386507Y公开了《一种旋转阻断式水力脉冲钻井工具》，包括脉冲短节壳体、压紧螺母、涡轮定子、传动轴总成、阀芯和钻头体，其中脉冲短节壳体是两端加工有内螺纹的中空管状体，内加工有台阶，台阶的上端加工有螺纹，脉冲短节壳体内固定有涡轮定子，脉冲短节壳体的下端与钻头体螺纹连接；传动轴总成通过压紧螺母固定在脉冲短节壳体内，压紧螺母为圆盘状，圆盘周边加工有螺纹，圆盘中部加工有流道，阀芯采用螺纹连接在传动轴的下端，阀芯为根据钻头体内部水流流道形状加工的扇形刮刀结构，上端加工有内螺纹。
述传动轴总成由扶正轴承座、扶正轴承内圈压紧螺母、扶正轴承、涡轮转子、传动轴、推力轴承、推力轴承座组成，传动轴与涡轮转子为分体式结构或一体式结构。涡轮转子套在传动轴上，传动轴中部装有推力轴承，推力轴承固定在推力轴承座内，传动轴上端装有扶正轴承，扶正轴承外圈固定在扶正轴承座内，扶正轴承内圈由扶正轴承内圈压紧螺母固定在传动轴上；扶正轴承座、推力轴承座为阶梯状中部加工有流道；传动轴中部有台阶，两端加工有外螺纹。
本申请在钻头破碎岩石时，钻井液推动涡轮转子转动，涡轮转子通过传动轴带动阀芯转动，阀芯与钻头体的某一个水眼重合时，钻井液进入水眼受到限制，在该水眼周围产生水力脉冲的低值，因钻井液流量不变在其它水眼周围便产生水力脉冲的峰值。阀芯与钻头体的水眼错开时，便不产生水力脉冲。因为产生脉冲的位置在钻头体内部，与井底非常接近，水力脉冲能量的沿程损失较小。不同的脉冲压力和脉冲频率依靠调整钻井液的排量、涡轮转子和涡轮定子的流道结构、阀芯的数量来获得。
但是上述工具实际应用中，涡轮转子和涡轮定子占据了中心主要流道，影响钻井液的流量，并且不能适用于特殊作业，例如取心作业时投球，打捞回收定向测量仪器时进行钢丝绳打捞作业等。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种偏心振动式水力脉冲发生装置，用于解决现有结构造价昂贵，不能适用于特殊作业的问题，提高水力振荡工具在现场应用的灵活性。
本发明的技术方案是：
一种偏心振动式水力脉冲发生装置，由外筒、内筒以及脉冲振动装置三部分构成，其中：
所述外筒主要由上接头、外筒体、下接头依次连接后组成；
所述内筒包括上分流接头、内筒密封塞、锁紧块、上筒体、下筒体和转子固定环；其中，上分流接头呈上粗下细的中空筒状结构，在细过渡段径向设置有分流孔道，上分流接头上端与上接头连接，上分流接头下端与上筒体连接；上筒体呈中空筒状结构，下端与转子固定环连接，外周边设有固定限位块；下筒体呈上细下粗的中空筒状结构，在细过渡段径向设置有分流孔道，下筒体下端面与下接头上端面构成轴向压紧配合；内筒密封塞呈柱状体，下端与上筒体构成密封插接固定配合；上分流接头、上筒体和下筒体连接后与外筒体之间形成环形空间；
所述脉冲振动装置包括涡轮定子、涡轮转子、偏心轮轴和偏心轮；其中，涡轮定子和涡轮转子被限定在转子固定环外周的环形空间内，偏心轮轴和偏心轮沿中心轴与涡轮转子连接。
上述方案进一步包括：
所述涡轮定子和涡轮转子通过设置在涡轮定子上方的上轴承、涡轮转子下方的下轴承限定在转子固定环外周。
在下轴承下方与下筒体下部的粗径之间设置压紧环。
所属压紧环为薄壁环。
所述的涡轮转子与涡轮定子为单级涡轮组结构，且涡轮定子与涡轮转子相对过流面积具有周期性变化。
所述上筒体上部为内凸环结构，并插入上分流接头内；所述所述内筒密封塞上部设有打捞头，下部与上筒体内凸环结构构成密封插接固定配合。
所述的内筒密封塞外周通过锁紧销与上分流接头固定连接。
上接头、外筒体、下接头依次通过螺纹连接，并在连接处分别设置上密封圈和下密封圈。
上分流接头上端与上接头、上分流接头与上筒体、上筒体与转子固定环分别采用螺纹连接。
上轴承与上筒体的固定限位块、涡轮定子与涡轮转子、涡轮转子与下轴承、下轴承与压紧环、压紧环与下筒体自上而下依次构成压紧配合。
本发明通过在单级涡轮组下部连接一个偏心轮，钻井液通过流过涡轮组使涡轮组产生轴向转动，带动偏心轮产生轴向转动，进而产生周期性振动，达到发生振动的目的；钻井液流过单级涡轮组，由于涡轮定子与涡轮转子的相对过流面积发生周期性变化，因而产生周期性的水力脉冲，提高钻井效果；通过可移除式内筒密封塞来达到特殊作业的要求；结构简单，成本低，稳定可靠，使用灵活性高。
附图说明
图1为偏心振动式水力脉冲发生装置结构图；
图2为偏心轮结构图。
图中：1上接头，2外筒体，3上密封圈，4上分流接头，5内筒密封塞，6锁紧销，7上筒体，8上轴承，9涡轮定子，10涡轮转子，11下轴承，12压紧环，13下筒体，14下密封圈，15下接头，16转子固定环，17偏心轮轴，18偏心轮。
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
一种偏心振动式水力脉冲发生装置，由外筒、内筒以及脉冲振动装置三部分构成，其中：
所述外筒主要由上接头1、外筒体2、下接头15依次连接后组成；
所述内筒包括上分流接头4、内筒密封塞5、锁紧销6、上筒体7、下筒体13和转子固定环16；其中，上分流接头4呈上粗下细的中空筒状结构，在细过渡段径向设置有分流孔道，上分流接头4上端与上接头1连接，上分流接头4下端与上筒体7连接；上筒体7呈中空筒状结构，下端与转子固定环16连接，外周边设有固定限位块；下筒体13呈上细下粗的中空筒状结构，在细过渡段径向设置有分流孔道，下筒体13下端面与下接头上端面构成轴向压紧配合；内筒密封塞5呈柱状体，下端与上筒体7构成密封插接固定配合；上分流接头4、上筒体7和下筒体13连接后与外筒体2之间形成环形空间；
所述脉冲振动装置包括涡轮定子9、涡轮转子10、偏心轮轴17和偏心轮18；其中，涡轮定子9和涡轮转子10被限定在转子固定环16外周的环形空间内，偏心轮轴17和偏心轮18沿中心轴与涡轮转子10连接。
实施例
在实施例1的基础上进一步包括：
所述涡轮定子9和涡轮转子10通过设置在涡轮定子9上方的上轴承8、涡轮转子10下方的下轴承11限定在固定环16外周。
在下轴承11下方与下筒体13下部的粗径之间设置压紧环12。
所属压紧环12为薄壁环。
所述的涡轮转子10与涡轮定子9为单级涡轮组结构，且涡轮定子9与涡轮转子10相对过流面积具有周期性变化。
所述上筒体7上部为内凸环结构，并插入上分流接头4内；所述所述内筒密封塞5上部设有打捞头，下部与上筒体7内凸环结构构成密封插接固定配合。
所述的内筒密封塞5外周通过锁紧销6与上分流接头4固定连接。
具体实施例
参见图1、2，一种偏心振动式水力脉冲发生装置由外筒、内筒以及脉冲振动装置三部分构成。外筒包括上接头1、外筒体2、密封圈3、下接头15；内筒包括上分流接头4、内筒密封塞5、锁紧销6、上筒体7、上轴承8、下轴承11、压紧环12、下筒体13、密封圈14、转子固定环16；脉冲振动装置包括涡轮定子9、涡轮转子10、偏心轮轴17和偏心轮18。见图1。
其中：上接头1与外筒体2通过上密封圈3和螺纹连接，外筒体2与下接头15通过下密封圈14螺纹连接，外筒体2内部设置上分流接头4、内筒密封塞5、锁紧销6、上筒体7、上轴承8、下轴承11、压紧环12、下筒体13、下密封圈14、转子固定环16、涡轮定子9、涡轮转子10、偏心轮轴17和偏心轮18。上接头1与上分流接头4通过螺纹相连，上分流接头4与上筒体7通过螺纹连接，上筒体7与转子固定环16通过螺纹连接。下筒体13下端压紧下接头15的上端面，压紧环12下端面压紧下筒体13，压紧环12上端面被下轴承11压紧，下轴承11上端面被涡轮转子10压紧，涡轮转子10上面是涡轮定子9，涡轮定子9上端面被上轴承8压紧，上轴承8上端面被上筒体7下端面压紧。内筒密封塞5下端插入上筒体7内腔，上端插入上分流接头4内腔，并通过锁紧销6固定在上分流接头4上。偏心轮18与偏心轮轴17连接在一起，两者固定，不会产生相对移动，偏心轮轴17上端与转子10连接在一起，两者固定，不会产生相对移动。涡轮转子10与涡轮定子9组成的转子结构为单级涡轮组。偏心轮18与偏心轮轴17位于下筒体13的腔体内。流道与外筒体2以及下筒体13是同心的。下筒体13具有导流孔使钻井液从下筒体13与外筒体2中间通道回到下筒体13中心流道。内筒密封塞5上端设有打捞颈，挂住打捞颈并且上提内筒密封塞5可以将内筒密封塞5移除，可以提供更大的内部通径。
钻井液通过上接头1，通过上分流接头4上的分流孔进入上分流接头4与外筒体2之间的空腔，进而流过涡轮定子9与涡轮转子10，使涡轮转子10产生转动，进而带动偏心轮18产生转动，由于偏心轮18的偏心性质，转动后会产生周期性振动，达到发生振动的目的。钻井液流过涡轮定子9与涡轮转子10，由于涡轮定子9与涡轮转子10的相对过流面积发生周期性变化，因而产生周期性的水力脉冲。移除内筒密封塞3时可导通内通径，可以在钻具中带有井下偏心振动工具时进行特殊作业，例如取心作业时投球，打捞回收定向测量仪器时进行钢丝绳打捞作业等。
Claims (5)
1.一种偏心振动式水力脉冲发生装置，由外筒、内筒以及脉冲振动装置三部分构成，其特征在于：所述外筒主要由上接头（1）、外筒体（2）、下接头（15）依次连接后组成；所述内筒包括上分流接头（4）、内筒密封塞（5）、锁紧销（6）、上筒体（7）、下筒体（13）和转子固定环（16）；其中，上分流接头（4）呈上粗下细的中空筒状结构，在细过渡段径向设置有分流孔道，上分流接头（4）上端与上接头（1）连接，上分流接头（4）下端与上筒体（7）连接；上筒体（7）呈中空筒状结构，下端与转子固定环（16）连接，外周边设有固定限位块；下筒体（13）呈上细下粗的中空筒状结构，在细过渡段径向设置有分流孔道，下筒体（13）下端面与下接头上端面构成轴向压紧配合；内筒密封塞（5）呈柱状体，下端与上筒体（7）构成密封插接固定配合；上分流接头（4）、上筒体（7）和下筒体（13）连接后与外筒体（2）之间形成环形空间；所述脉冲振动装置包括涡轮定子（9）、涡轮转子（10）、偏心轮轴（17）和偏心轮（18）；其中，涡轮定子（9）和涡轮转子（10）被限定在转子固定环（16）外周的环形空间内，偏心轮轴（17）和偏心轮（18）沿中心轴与涡轮转子（10）连接；所述涡轮定子（9）和涡轮转子（10）通过设置在涡轮定子（9）上方的上轴承（8）、涡轮转子（10）下方的下轴承（11）限定在转子固定环（16）外周；在下轴承（11）下方与下筒体（13）下部的粗径之间设置压紧环（12）；所述压紧环（12）为薄壁环；所述的内筒密封塞（5）外周通过锁紧销（6）与上分流接头（4）固定连接；所述上筒体（7）上部为内凸环结构，并插入上分流接头（4）内；所述内筒密封塞（5）上部设有打捞头，下部与上筒体（7）内凸环结构构成密封插接固定配合。
2.根据权利要求1所述的偏心振动式水力脉冲发生装置，其特征在于：所述的涡轮转子（10）与涡轮定子（9）为单级涡轮组结构，且涡轮定子（9）与涡轮转子（10）相对过流面积具有周期性变化。
3.根据权利要求2所述的偏心振动式水力脉冲发生装置，其特征在于：上接头（1）、外筒体（2）、下接头（15）依次通过螺纹连接，并在连接处分别设置上密封圈（3）和下密封圈（14）。
4.根据权利要求3所述的偏心振动式水力脉冲发生装置，其特征在于：上分流接头（4）上端与上接头（1）、上分流接头（4）与上筒体（7）、上筒体（7）与转子固定环（16）分别采用螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的偏心振动式水力脉冲发生装置，其特征在于：上轴承（8）与上筒体（7）的固定限位块、涡轮定子（9）与涡轮转子（10）、涡轮转子（10）与下轴承（11）、下轴承（11）与压紧环（12）、压紧环（12）与下筒体（13）自上而下依次构成压紧配合。
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