CN114278229A - 一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具。包括轴向振荡总成、柔性短节、压力脉冲发生总成、扭转冲击总成；压力脉冲发生总成的多级涡轮组在流体作用下驱动主轴旋转，改变节流腔与径向孔间过流面积并产生压力脉冲波，推动轴向振荡总成的活塞、冲管和传动芯轴上下运动产生轴向振荡力，同时连接轴在主轴驱动下，带动动阀板相对于静阀板与摆锤座同步转动，使得扭转冲击总成内的流体通道周期性连通，推动摆锤在摆动腔内往复摆动敲击摆锤座产生扭转冲击力。本发明提供的一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具所有零部件均采用金属材质，并且同时具有轴向往复振荡以及扭转冲击功能，有利于实现高温长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

Description

一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具

技术领域

本发明涉及油气勘探、地质勘探、地热井开发领域，具体为一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具。

背景技术

随着页岩气勘探开发进程的不断加快，分支井、大斜度井、水平井等钻井技术成为了重要的开采手段，但是由于其水平位移大、三维轨迹复杂的特点，岩屑运移困难，而钻柱与井壁由于长时间接触，造成钻柱在井眼内部摩阻扭矩大、底部钻压施加困难、定向仪器工具面不稳定等技术难题，影响了钻井施工进程。为了解决上述问题，科研人员围绕将钻柱与井壁间静摩擦转换成动摩擦的设计思路，开展了各类型减摩阻工具研发，具体分为被动式和主动式两大类。其中，被动式减摩阻工具主要是以岩屑床清除工具为主，该工具通过特殊设计的流道改变井筒环空内的岩屑运移状态，从而起到提高岩屑运移效率、消除岩屑床沉积效果；主动式减摩阻工具主要是以水力振荡器为主，该工具是基于螺杆马达作为动力源进行驱动，并产生轴向振荡作用，从而起到减小钻柱与井壁间摩擦阻力的效果。

但是，被动式减摩阻工具需要使用多套并接在钻柱不同位置，成本偏高、存在井下卡钻风险、长水平段使用效果受限，而主动式减摩阻工具则是由于现有水力振荡器普遍只能实现单一轴向振荡功能，且耐高温耐油基泥浆性能存在不足，因此现有的被动式减摩阻工具和主动式减摩阻工具均无法满足多功能，且能耐高温、耐油基的使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，以解决现有技术中的减摩阻工具功能单一，且不耐高温、耐油基的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，包括：轴向振荡总成、柔性短节、压力脉冲发生总成和扭转冲击总成；

所述轴向振荡总成的下端通过所述柔性短节与所述压力脉冲发生总成的上端相连；

所述压力脉冲发生总成包括：止推轴承组、节流套、衬套、下壳体、主轴、上扶正轴承、多级涡轮组和下扶正轴承；

所述轴向振荡总成的下端面通过所述柔性短节与所述下壳体相连，用于产生轴向往复振荡力；

所述主轴设置于所述下壳体内，所述主轴上端开设有中心进液腔和径向孔，所述主轴可驱动所述扭转冲击总成产生扭转冲击力；

所述止推轴承组、所述节流套、所述衬套、所述上扶正轴承、所述多级涡轮组和所述下扶正轴承从上至下依次套设于所述主轴，所述多级涡轮组可带动所述主轴转动；

所述节流套安装于所述下壳体内壁，所述节流套开设有节流腔，所述节流腔与所述径向孔的过流面积可在所述主轴转动下发生周期性变化。

优选的，所述扭转冲击总成设置于所述压力脉冲发生总成的下端；

所述扭转冲击总成包括：连接轴、摆锤座、动阀板、锁母、下接头、静阀板和摆锤；

所述连接轴依次贯穿所述静阀板、所述摆锤、所述摆锤座和所述动阀板，所述连接轴与所述动阀板传动配合，所述连接轴的底部与所述锁母相连，所述连接轴的上部开设有分流孔，中部开设有第一进液孔和第二进液孔，内部开设有中心排液腔；

所述静阀板与所述摆锤座固定连接，所述静阀板开设有第一过流孔和第二过流孔；

所述摆锤座的上端与所述下壳体的下端相连，下端与所述下接头相连，所述摆锤座内部设有第一导流槽、第二导流槽、第一导流孔、第二导流孔，所述摆锤座内设有用于所述摆锤往复摆动的摆动腔；

所述动阀板设有第一排液孔和第二排液孔；

所述主轴可带动所述连接轴和所述动阀板相对于所述静阀板和所述摆锤座同步转动，流体可推动所述摆锤在所述摆动腔内摆动，并与所述摆锤座发生碰撞并产生顺时针或逆时针扭转冲击力。

优选的，所述第一进液孔与所述第一过流孔连通，且所述第二导流孔与所述第一排液孔连通，流体依次由所述第一进液孔和所述第一过流孔流入所述第一导流槽内，推动所述摆锤沿所述摆动腔逆时针转动，所述摆锤并与所述摆锤座发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力。

优选的，所述第一进液孔与所述第二过流孔连通，且所述第一导流孔与所述第二排液孔连通，流体由所述第一进液孔和所述第二过流孔流入所述第二导流槽内，推动所述摆锤沿摆动腔顺时针转动，所述摆锤并与所述摆锤座发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力。

优选的，所述第二进液孔与所述第一过流孔连通，且所述第二导流孔与所述第二排液孔连通，流体由所述第二进液孔和所述第一过流孔流入所述第一导流槽内，推动所述摆锤沿所述摆动腔逆时针转动，所述摆锤并与所述摆锤座发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力。

优选的，所述第二进液孔与所述第二过流孔连通，且所述第一导流孔与所述第一排液孔连通，流体依次由所述第二进液孔和所述第二过流孔流入所述第二导流槽内，推动所述摆锤沿所述摆动腔顺时针转动，所述摆锤并与摆锤座发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力。

优选的，所述扭转冲击总成设置于所述压力脉冲发生总成与所述柔性短节之间；

所述扭转冲击总成包括：连接轴、摆锤座、动阀板、锁母、下接头、静阀板和摆锤；

所述连接轴依次贯穿所述静阀板、所述摆锤、所述摆锤座和所述动阀板，所述连接轴与所述动阀板传动配合，所述连接轴的底部与所述锁母相连，所述连接轴的上部开设有分流孔，中部开设有第一进液孔和第二进液孔，内部开设有中心排液腔；

所述静阀板与所述摆锤座固定连接，所述静阀板开设有第一过流孔和第二过流孔；

所述摆锤座的上端与所述柔性短节的下端相连，下端与所述下壳体相连，所述摆锤座内部设有第一导流槽、第二导流槽、第一导流孔、第二导流孔，所述摆锤座内设有用于所述摆锤往复摆动的摆动腔；

所述动阀板设有第一排液孔和第二排液孔；

所述主轴可带动所述连接轴和所述动阀板相对于所述静阀板和所述摆锤座同步转动，流体可推动所述摆锤在所述摆动腔内摆动，并与所述摆锤座发生碰撞并产生顺时针或逆时针扭转冲击力。

优选的，所述轴向振荡总成，包括：上接头、传动芯轴、花键套、碟簧组、上壳体、冲管和活塞；

所述上接头、所述花键套和所述碟簧组套设于所述传动芯轴，所述传动芯轴与所述花键套传动配合，所述传动芯轴可沿所述花键套轴向运动，所述传动芯轴的下端与所述冲管相连；

所述冲管的上端与所述碟簧组的下端接触，下端与所述活塞固定，所述冲管的下端与所述上壳体之间设有用于所述活塞上下运动的活塞腔；所述活塞将所述活塞腔分为活塞上腔和活塞下腔。

优选的，还包括设置于所述上壳体的中部的呼吸孔；

所述呼吸孔与所述活塞上腔连通。

优选的，所述柔性短节两端部外径大于中间外径。

由上述内容可知，本发明的一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，包括轴向振荡总成、柔性短节、压力脉冲发生总成、扭转冲击总成；压力脉冲发生总成的多级涡轮组在流体作用下驱动主轴旋转，改变节流腔与径向孔间过流面积并产生压力脉冲波，推动轴向振荡总成的活塞、冲管和传动芯轴上下运动产生轴向振荡力，同时连接轴在主轴驱动下，带动动阀板相对于静阀板与摆锤座同步转动，使得扭转冲击总成内的流体通道周期性连通，推动摆锤在摆动腔内往复摆动敲击摆锤座产生扭转冲击力。本发明提供的一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具所有零部件均采用金属材质，并且同时具有轴向往复振荡以及扭转冲击功能，有利于实现高温长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具结构示意图；

图2为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的A-A向剖视图；

图3为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的B-B向剖视图；

图4为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的C-C向剖视图；

图5为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的D-D向剖视图；

图6为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的E-E向剖视图；

图7为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的F-F向剖视图；

图8为本发明实施例提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的G-G向剖视图；

图9为本发明实施例提供的连接轴的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具结构示意图。

其中，上接头1，传动芯轴2，花键套3，碟簧组4，上壳体5，冲管6，活塞7，柔性短节8，止推轴承组9，节流套10，衬套11，下壳体12，连接轴13，摆锤座14，动阀板15，锁母16，下接头17，主轴18，上扶正轴承19，涡轮定子20，涡轮转子21，下扶正轴承22，静阀板23，摆锤24，呼吸孔25，活塞上腔26，活塞下腔27，花键28，中心进液腔29，径向孔30，节流腔31，中心排液腔32，第一进液孔33，第二进液孔34，第一过流孔35，第二过流孔36，第一导流槽37，第二导流槽38，摆动腔39，第一导流孔40，第二导流孔41，第一排液孔42，第二排液孔43，分流孔44，六方面45。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，参见图1至图10，图1为涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具的结构示意图，所述涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具包括：轴向振荡总成、柔性短节8、压力脉冲发生总成和扭转冲击总成；

所述轴向振荡总成的下端通过所述柔性短节8与所述压力脉冲发生总成的上端相连，所述压力脉冲发生总成的下端与所述扭转冲击总成相连；

所述压力脉冲发生总成包括：止推轴承组9、节流套10、衬套11、下壳体12、主轴18、上扶正轴承19、多级涡轮组和下扶正轴承22；

所述轴向振荡总成的下端面通过所述柔性短节8与所述下壳体12相连，用于产生轴向往复振荡力；

所述主轴18设置于所述下壳体12内，所述主轴18上端开设有中心进液腔29和径向孔30，所述主轴18可驱动所述扭转冲击总成产生扭转冲击力；

所述止推轴承组9、所述节流套10、所述衬套11、所述上扶正轴承19、所述多级涡轮组和所述下扶正轴承22从上至下依次套设于所述主轴18，所述多级涡轮组可带动所述主轴18转动；

所述节流套10安装于所述下壳体12内壁，所述节流套10开设有节流腔31，所述节流腔31与所述径向孔30的过流面积可在所述主轴18转动下发生周期性变化。

需要说明的是，基于上述公开的技术方案，流体经所述轴向振荡总成进入所述中心进液腔29，并经所述径向孔30和所述节流腔31流入所述多级涡轮组，并带动所述多级涡轮组转动，进而带动所述主轴18转动，所述主轴18转动可使所述节流腔31与所述径向孔30之间过流面积发生周期性变化从而产生压力脉冲波，所述压力脉冲波向上传递至所述轴向振荡总成，所述轴向振荡总成产生轴向振荡力，同时在主轴18的驱动下，扭转冲击总成能够产生扭转冲击力。

本申请实施例提供了一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，由于本发明提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具中的所有零部件均为金属材质，本申请相较于现有技术的主动式减摩阻工具，本发明的振荡冲击双作用减阻工具具有耐高温、耐油基能力，且还能实现扭转冲击功能。

进一步，所述扭转冲击总成设置于所述压力脉冲发生总成的下端；

所述扭转冲击总成包括：连接轴13、摆锤座14、动阀板15、锁母16、下接头17、静阀板23和摆锤24；

所述连接轴13依次贯穿所述静阀板23、所述摆锤24、所述摆锤座14和所述动阀板15，所述连接轴13与所述动阀板15传动配合，所述连接轴13的底部与所述锁母16相连，所述连接轴13的上部开设有分流孔44，中部开设有第一进液孔33和第二进液孔34，内部开设有中心排液腔32；

所述静阀板23与所述摆锤座14固定连接，所述静阀板23开设有第一过流孔35和第二过流孔36；

所述摆锤座14的上端与所述下壳体12的下端相连，下端与所述下接头17相连，所述摆锤座14内部设有第一导流槽37、第二导流槽38、第一导流孔40、第二导流孔41，所述摆锤座14内设有用于所述摆锤24往复摆动的摆动腔39；

所述动阀板15设有第一排液孔42和第二排液孔43；

所述主轴18可带动所述连接轴13和所述动阀板15相对于所述静阀板23和所述摆锤座14同步转动，流体可推动所述摆锤24在所述摆动腔39内摆动，并与所述摆锤座14发生碰撞并产生顺时针或逆时针扭转冲击力。

需要说明的是，通过上述公开的技术方案，通过改变节流腔31与径向孔30之间的过流面积并产生压力脉冲波，能够推动轴向振荡总成产生轴向振荡力，同时连接轴13在主轴18驱动下，带动动阀板15相对于静阀板23与摆锤座14同步转动，使得扭转冲击总成内的流体通道周期性连通，推动摆锤24在摆动腔39内往复摆动，并敲击摆锤座14产生扭转冲击力。使得摆锤24能够在流体持续流入情况下，能够持续的敲击摆锤座14产生扭转冲击力，进而实现了长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

由于动阀板15相对于静阀板23与摆锤座14同步转动，可使扭转冲击总成内的流体通道周期性连通，进而推动摆锤24在摆动腔39内往复摆动，并敲击摆锤座14产生扭转冲击力，下面对扭转冲击总成内的流体通道的连通情况做进一步介绍：

进一步，所述第一进液孔33与所述第一过流孔35连通，且所述第二导流孔41与所述第一排液孔42连通，流体依次由所述第一进液孔33和所述第一过流孔35流入所述第一导流槽37内，推动所述摆锤24沿所述摆动腔39逆时针转动，所述摆锤24并与所述摆锤座14发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力。

进一步，所述第一进液孔33与所述第二过流孔36连通，且所述第一导流孔40与所述第二排液孔43连通，流体由所述第一进液孔33和所述第二过流孔36流入所述第二导流槽38内，推动所述摆锤24沿摆动腔39顺时针转动，所述摆锤24并与所述摆锤座14发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力。

进一步，所述第二进液孔34与所述第一过流孔35连通，且所述第二导流孔41与所述第二排液孔43连通，流体由所述第二进液孔34和所述第一过流孔35流入所述第一导流槽37内，推动所述摆锤24沿所述摆动腔39逆时针转动，所述摆锤24并与所述摆锤座14发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力。

进一步，所述第二进液孔34与所述第二过流孔36连通，且所述第一导流孔40与所述第一排液孔42连通，流体依次由所述第二进液孔34和所述第二过流孔36流入所述第二导流槽38内，推动所述摆锤24沿所述摆动腔39顺时针转动，所述摆锤24并与摆锤座14发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力。

通过上述公开的4中不同通道连通方案，可以推动所述摆锤24沿所述摆动腔39顺时针转动与逆时针来回摆动，使得摆锤24并与摆锤座14发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力或逆时针扭转冲击力，使得摆锤24能够在流体持续流入情况下，能够持续的敲击摆锤座14产生扭转冲击力，进而实现了长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

进一步，所述扭转冲击总成设置于所述压力脉冲发生总成与所述柔性短节之间；

所述扭转冲击总成包括：连接轴13、摆锤座14、动阀板15、锁母16、下接头17、静阀板23和摆锤24；

所述连接轴13依次贯穿所述静阀板23、所述摆锤24、所述摆锤座14和所述动阀板15，所述连接轴13与所述动阀板15传动配合，所述连接轴13的底部与所述锁母16相连，所述连接轴13的上部开设有分流孔44，中部开设有第一进液孔33和第二进液孔34，内部开设有中心排液腔32；

所述静阀板23与所述摆锤座14固定连接，所述静阀板23开设有第一过流孔35和第二过流孔36；

所述摆锤座14的上端与所述柔性短节8的下端相连，下端与所述下壳体12相连，所述摆锤座14内部设有第一导流槽37、第二导流槽38、第一导流孔40、第二导流孔41，所述摆锤座14内设有用于所述摆锤24往复摆动的摆动腔39；

所述动阀板15设有第一排液孔42和第二排液孔43；

所述主轴18可带动所述连接轴13和所述动阀板15相对于所述静阀板23和所述摆锤座14同步转动，流体可推动所述摆锤24在所述摆动腔39内摆动，并与所述摆锤座14发生碰撞并产生顺时针或逆时针扭转冲击力。

需要说明的是，通过上述公开的技术方案，通过改变节流腔31与径向孔30之间的过流面积并产生压力脉冲波，能够推动轴向振荡总成产生轴向振荡力，同时连接轴13在主轴18驱动下，带动动阀板15相对于静阀板23与摆锤座14同步转动，使得扭转冲击总成内的流体通道周期性连通，推动摆锤24在摆动腔39内往复摆动，并敲击摆锤座14产生扭转冲击力，摆锤24能够在流体持续流入情况下，能够持续的敲击摆锤座14产生扭转冲击力，进而实现了长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

具体的，所述轴向振荡总成，包括：上接头1、传动芯轴2、花键套3、碟簧组4、上壳体5、冲管6和活塞7；

所述上接头1、所述花键套3和所述碟簧组4套设于所述传动芯轴2，所述传动芯轴2与所述花键套3传动配合，所述传动芯轴2可沿所述花键套3轴向运动，所述传动芯轴2的下端与所述冲管6相连；

所述冲管6的上端与所述碟簧组4的下端接触，下端与所述活塞7固定，所述冲管6的下端与所述上壳体5之间设有用于所述活塞7上下运动的活塞腔；所述活塞7将所述活塞腔分为活塞上腔26和活塞下腔27。

需要说明的是，通过上述公开的技术方案，通过改变节流腔31与径向孔30之间的过流面积并产生压力脉冲波，能够推动活塞7、冲管6和传动芯轴2上下运动产生轴向振荡力，同时连接轴13在主轴18驱动下，带动动阀板15相对于静阀板23与摆锤座14同步转动，使得扭转冲击总成内的流体通道周期性连通，推动摆锤24在摆动腔39内往复摆动，并敲击摆锤座14产生扭转冲击力。

本发明主要是通过传动芯轴2进行传动，并在碟簧组4的预紧力作用下，冲管6和活塞7上下运动产生轴向振荡力，使得本申请能够在流体流入情况下，能够持续的产生轴向振荡力，进而实现高温长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

进一步，所述涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，还包括设置于所述上壳体5的中部的呼吸孔25；

所述呼吸孔25与所述活塞上腔26连通。

需要说明的是，通过在上壳体5的中部开设呼吸孔25，所述呼吸孔25与所述活塞上腔26连通，当流体进入活塞上腔26后，部分流体可以从呼吸孔25流出，避免活塞上腔26内压力过大导致活塞7无法带动冲管6和传动芯轴2克服碟簧组4的预紧力向上产生向上振荡力。

具体的，所述柔性短节8两端部外径大于中间外径。

需要说明的是，将所述柔性短节8两端部外径设置为大于中间外径的这种结构，可以起到减小全金属三维振荡减阻工具的连接强度、提升弹性变形空间的作用，还能有效提高轴向振荡力和径向冲击力的能量传递效率，确保长水平段钻进过程中保持减摩阻效果的稳定性。

优选的，所述多级涡轮组，包括：涡轮定子20和涡轮转子21；

所述涡轮定子20固定于所述下壳体12内壁，所述涡轮转子21与所述主轴18相连。

需要说明的是，将轮定子20固定于所述下壳体12内壁，所述涡轮转子21与所述主轴18相连，可以在流体进入径向孔30和节流腔31向下流后，流过涡轮转子21时，能够带动涡轮转子21转动，进而能够带动主轴18转动。

为了便于理解上述方案，基于图1至图10，下面对本方案作进一步介绍。

实施例一：

一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，包括：轴向振荡总成、柔性短节8、压力脉冲发生总成、扭转冲击总成；

轴向振荡总成包括：上接头1、传动芯轴2、花键套3、碟簧组4、上壳体5、冲管6和活塞7；

压力脉冲发生总成包括：止推轴承组9、节流套10、衬套11、下壳体12、主轴18、上扶正轴承19、多级涡轮组和下扶正轴承22，多级涡轮组由涡轮定子20和涡轮转子21构成；

扭转冲击总成包括：连接轴13、摆锤座14、动阀板15、锁母16、下接头17、静阀板23和摆锤24。

轴向振荡总成的传动芯轴2依次穿过上接头1、花键套3和碟簧组4，传动芯轴2中部外侧通过花键28与花键套3配合，且传动芯轴2可以沿着花键28在花键套3内上下运动，传动芯轴2下端与冲管6连接。

上壳体5上下两端分别与花键套3和柔性短节8连接，上壳体5中部壁面上设有呼吸孔25，上壳体5内部装有碟簧组4、冲管6、活塞7。

冲管6上端与碟簧组4接触，冲管6下端与活塞7连接，活塞7能够沿上壳体5内壁上下运动，活塞7上端面与上壳体5内壁之间设有活塞上腔26，活塞7下端面与上壳体5内壁之间设有活塞下腔27，活塞上腔26与呼吸孔25连通，确保活塞上腔26内压力稳定。

柔性短节8两端外径大、中间外径小，柔性短节8下端与压力脉冲发生总成的下壳体12连接。

下壳体12内放置有主轴18，下壳体12下端与扭转冲击总成的摆锤座14连接。

主轴18上端设置有中心进液腔29和径向孔30，主轴18圆周上由上至下依次装有止推轴承组9、节流套10、衬套11、上扶正轴承19、多级涡轮组和下扶正轴承22，主轴18下端与扭转冲击总成的连接轴13连接。

止推轴承组9用于承受多级涡轮组产生的轴向力，上扶正轴承19和下扶正轴承22用于保证多级涡轮组和主轴18的同轴度，且上扶正轴承19和下扶正轴承22均开设有流体过流通道。

节流套10固定安装在下壳体12内壁上，节流套10上设有节流腔31，节流套10与主轴18之间发生相对转动可以周期性改变节流腔31与径向孔30之间过流面积，从而产生压力脉冲波。

多级涡轮组中的涡轮定子20固定安装在下壳体12内壁上，涡轮转子21与主轴18固定连接。

下壳体12上端与所述柔性短节8连接，所述下壳体12内放置有所述主轴18，所述下壳体12下端与所述摆锤座14连接。

连接轴13上部开设有分流孔44，连接轴13中部设置有第一进液孔33和第二进液孔34，连接轴13下部设置有六方面45，连接轴13内部设有中心排液腔32，连接轴13由上至下依次插入静阀板23、摆锤24、摆锤座14、动阀板15，并通过六方面45与动阀板15配合实现同步传动，连接轴13下端与锁母16连接。

静阀板23设置有第一过流孔35和第二过流孔36，静阀板23外侧与摆锤座14连接固定。

摆锤座14内部设有第一导流槽37、第二导流槽38、第一导流孔40、第二导流孔41，摆锤座14内部放置摆锤24，并与摆锤24之间形成摆动腔39，摆锤24可以在摆动腔39内往复摆动，摆锤座14下端与下接头17连接。

动阀板15设有第一排液孔42和第二排液孔43。

所述连接轴13与所述动阀板15均相对于所述静阀板23与所述摆锤座14同步转动，造成所述连接轴13、所述静阀板23、所述摆锤座14和所述动阀板15上的流体通道周期性连通，使得所述摆锤24在流体作用下在所述摆动腔39内往复摆动敲击所述摆锤座14产生扭转冲击力。

工作过程：流体经过传动芯轴2通孔向下依次流入活塞下腔27和主轴18内的中心进液腔29，然后再通过径向孔30和节流腔31向下流入多级涡轮组，并带动多级涡轮组中的涡轮转子21转动，进而带动主轴18转动。从多级涡轮组流出的一部分流体依次从分流孔44和中心排液腔32排出，另一部分流体从第一进液孔33或第二进液孔34向下流动。

主轴18的转动使得节流腔31与径向孔30之间过流面积发生周期性变化并产生压力脉冲波，压力脉冲波向上传至活塞下腔27，推动活塞7带动冲管6和传动芯轴2一起克服碟簧组4的预紧力上下运动，从而产生轴向往复振荡力。

与此同时，在主轴18的带动下，连接轴13与动阀板15均相对于静阀板23与摆锤座14同步转动，当第一进液孔33与第一过流孔35连通且第二导流孔41与第一排液孔42连通时，流体依次由第一进液孔33和第一过流孔35流入第一导流槽37内，推动摆锤24沿摆动腔39逆时针转动并与摆锤座14发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力，摆锤24转动时将摆动腔39内流体压入第二导流槽38，流体再由第二导流槽38流入第二导流孔41，最后从第一排液孔42排出；

当第一进液孔33与第二过流孔36连通且第一导流孔40与第二排液孔43连通时，流体依次由第一进液孔33和第二过流孔36流入第二导流槽38内，推动摆锤24沿摆动腔39顺时针转动并与摆锤座14发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力，摆锤24转动时将摆动腔39内流体压入第一导流槽37，流体再由第一导流槽37流入第一导流孔40，最后从第二排液孔43排出；

当第二进液孔34与第一过流孔35连通且第二导流孔41与第二排液孔43连通时，流体依次由第二进液孔34和第一过流孔35流入第一导流槽37内，推动摆锤24沿摆动腔39逆时针转动并与摆锤座14发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力，摆锤24转动时将摆动腔39内流体压入第二导流槽38，流体再由第二导流槽38流入第二导流孔41，最后从第二排液孔43排出；

当第二进液孔34与第二过流孔36连通且第一导流孔40与第一排液孔42连通时，流体依次由第二进液孔34和第二过流孔36流入第二导流槽38内，推动摆锤24沿摆动腔39顺时针转动并与摆锤座14发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力，摆锤24转动时将摆动腔39内流体压入第一导流槽37，流体再由第一导流槽37流入第一导流孔40，最后从第一排液孔42排出；

如此循环，转动轴13每旋转一周，摆锤24在摆动腔39内往复摆动四次，产生四次扭转冲击力。

本发明提供的一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具同时具备轴向振荡和扭转冲击两种功能，有利于将井下钻柱与井壁间的静摩擦状态转换为动摩擦状态，达到减小摩擦阻力的效果。与此同时，柔性短节8接在轴向振荡总成和压力脉冲发生总成之间，并且采用两端外径大、中间外径小的结构形式，适当减小工具刚性连接强度，提升弹性变形空间，有效提高轴向振荡力和扭转冲击力的能量传递效率，确保长水平段钻进过程中保持减摩阻效果的稳定性。

实施例二：

参考图1至图10，实施例二与实施例一的区别在于，扭转冲击总成接在压力脉冲发生总成上端，并与柔性短节连接。

本发明提供的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，内部各零件均采用金属材质，耐高温、耐油基，并且可以实现轴向振荡功能，还可以实现顺时针和逆时针扭转冲击功能，有利于提高高温长水平段钻进过程中减摩阻和缓解托压效果。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明同时具备轴向振荡和扭转冲击两种功能，有利于将井下钻柱与井壁间的静摩擦状态转换为动摩擦状态，达到减小摩阻、缓解托压的效果；

2、本发明轴向振荡总成与扭转冲击总成相互独立、互补干涉，使得工具的轴向振荡和扭转冲击效果分别得以充分发挥；

3、本发明内部所有零部件均采用金属材料，无橡胶材质，具有良好的耐高温性能，使用寿命长；

4、本发明柔性短节可以有效提高轴向振荡力和扭转冲击力的能量传递效率，最大限度发挥减阻效果。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，包括：轴向振荡总成、柔性短节(8)、压力脉冲发生总成和扭转冲击总成；

所述轴向振荡总成的下端通过所述柔性短节(8)与所述压力脉冲发生总成的上端相连；

所述压力脉冲发生总成包括：止推轴承组(9)、节流套(10)、衬套(11)、下壳体(12)、主轴(18)、上扶正轴承(19)、多级涡轮组和下扶正轴承(22)；

所述轴向振荡总成的下端面通过所述柔性短节(8)与所述下壳体(12)相连，用于产生轴向往复振荡力；

所述主轴(18)设置于所述下壳体(12)内，所述主轴(18)上端开设有中心进液腔(29)和径向孔(30)，所述主轴(18)可驱动所述扭转冲击总成产生扭转冲击力；

所述止推轴承组(9)、所述节流套(10)、所述衬套(11)、所述上扶正轴承(19)、所述多级涡轮组和所述下扶正轴承(22)从上至下依次套设于所述主轴(18)，所述多级涡轮组可带动所述主轴(18)转动；

所述节流套(10)安装于所述下壳体(12)内壁，所述节流套(10)开设有节流腔(31)，所述节流腔(31)与所述径向孔(30)的过流面积可在所述主轴(18)转动下发生周期性变化。

2.根据权利要求1所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述扭转冲击总成设置于所述压力脉冲发生总成的下端；

所述扭转冲击总成包括：连接轴(13)、摆锤座(14)、动阀板(15)、锁母(16)、下接头(17)、静阀板(23)和摆锤(24)；

所述连接轴(13)依次贯穿所述静阀板(23)、所述摆锤(24)、所述摆锤座(14)和所述动阀板(15)，所述连接轴(13)与所述动阀板(15)传动配合，所述连接轴(13)的底部与所述锁母(16)相连，所述连接轴(13)的上部开设有分流孔(44)，中部开设有第一进液孔(33)和第二进液孔(34)，内部开设有中心排液腔(32)；

所述静阀板(23)与所述摆锤座(14)固定连接，所述静阀板(23)开设有第一过流孔(35)和第二过流孔(36)；

所述摆锤座(14)的上端与所述下壳体(12)的下端相连，下端与所述下接头(17)相连，所述摆锤座(14)内部设有第一导流槽(37)、第二导流槽(38)、第一导流孔(40)、第二导流孔(41)，所述摆锤座(14)内设有用于所述摆锤(24)往复摆动的摆动腔(39)；

所述动阀板(15)设有第一排液孔(42)和第二排液孔(43)；

所述主轴(18)可带动所述连接轴(13)和所述动阀板(15)相对于所述静阀板(23)和所述摆锤座(14)同步转动，流体可推动所述摆锤(24)在所述摆动腔(39)内摆动，并与所述摆锤座(14)发生碰撞并产生顺时针或逆时针扭转冲击力。

3.根据权利要求2所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述第一进液孔(33)与所述第一过流孔(35)连通，且所述第二导流孔(41)与所述第一排液孔(42)连通，流体依次由所述第一进液孔(33)和所述第一过流孔(35)流入所述第一导流槽(37)内，推动所述摆锤(24)沿所述摆动腔(39)逆时针转动，所述摆锤(24)并与所述摆锤座(14)发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力。

4.根据权利要求2所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述第一进液孔(33)与所述第二过流孔(36)连通，且所述第一导流孔(40)与所述第二排液孔(43)连通，流体由所述第一进液孔(33)和所述第二过流孔(36)流入所述第二导流槽(38)内，推动所述摆锤(24)沿摆动腔(39)顺时针转动，所述摆锤(24)并与所述摆锤座(14)发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力。

5.根据权利要求2所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述第二进液孔(34)与所述第一过流孔(35)连通，且所述第二导流孔(41)与所述第二排液孔(43)连通，流体由所述第二进液孔(34)和所述第一过流孔(35)流入所述第一导流槽(37)内，推动所述摆锤(24)沿所述摆动腔(39)逆时针转动，所述摆锤(24)并与所述摆锤座(14)发生碰撞并产生逆时针扭转冲击力。

6.根据权利要求2所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述第二进液孔(34)与所述第二过流孔(36)连通，且所述第一导流孔(40)与所述第一排液孔(42)连通，流体依次由所述第二进液孔(34)和所述第二过流孔(36)流入所述第二导流槽(38)内，推动所述摆锤(24)沿所述摆动腔(39)顺时针转动，所述摆锤(24)并与摆锤座(14)发生碰撞并产生顺时针扭转冲击力。

7.根据权利要求1所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述扭转冲击总成设置于所述压力脉冲发生总成与所述柔性短节之间；

所述扭转冲击总成包括：连接轴(13)、摆锤座(14)、动阀板(15)、锁母(16)、下接头(17)、静阀板(23)和摆锤(24)；

所述连接轴(13)依次贯穿所述静阀板(23)、所述摆锤(24)、所述摆锤座(14)和所述动阀板(15)，所述连接轴(13)与所述动阀板(15)传动配合，所述连接轴(13)的底部与所述锁母(16)相连，所述连接轴(13)的上部开设有分流孔(44)，中部开设有第一进液孔(33)和第二进液孔(34)，内部开设有中心排液腔(32)；

所述静阀板(23)与所述摆锤座(14)固定连接，所述静阀板(23)开设有第一过流孔(35)和第二过流孔(36)；

所述摆锤座(14)的上端与所述柔性短节(8)的下端相连，下端与所述下壳体(12)相连，所述摆锤座(14)内部设有第一导流槽(37)、第二导流槽(38)、第一导流孔(40)、第二导流孔(41)，所述摆锤座(14)内设有用于所述摆锤(24)往复摆动的摆动腔(39)；

所述动阀板(15)设有第一排液孔(42)和第二排液孔(43)；

所述主轴(18)可带动所述连接轴(13)和所述动阀板(15)相对于所述静阀板(23)和所述摆锤座(14)同步转动，流体可推动所述摆锤(24)在所述摆动腔(39)内摆动，并与所述摆锤座(14)发生碰撞并产生顺时针或逆时针扭转冲击力。

8.根据权利要求1所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述轴向振荡总成，包括：上接头(1)、传动芯轴(2)、花键套(3)、碟簧组(4)、上壳体(5)、冲管(6)和活塞(7)；

所述上接头(1)、所述花键套(3)和所述碟簧组(4)套设于所述传动芯轴(2)，所述传动芯轴(2)与所述花键套(3)传动配合，所述传动芯轴(2)可沿所述花键套(3)轴向运动，所述传动芯轴(2)的下端与所述冲管(6)相连；

所述冲管(6)的上端与所述碟簧组(4)的下端接触，下端与所述活塞(7)固定，所述冲管(6)的下端与所述上壳体(5)之间设有用于所述活塞(7)上下运动的活塞腔；所述活塞(7)将所述活塞腔分为活塞上腔(26)和活塞下腔(27)。

9.根据权利要求8所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，还包括设置于所述上壳体(5)的中部的呼吸孔(25)；

所述呼吸孔(25)与所述活塞上腔(26)连通。

10.根据权利要求1所述的涡轮驱动的振荡冲击双作用减阻工具，其特征在于，所述柔性短节(8)两端部外径大于中间外径。

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