CN115874944A - 一种激振器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种激振器，包括外筒组件，设置在所述外筒组件内的活塞装置，所述活塞装置在脉冲发生器发出的脉冲压力作用下沿轴向周期性振动；以及套设在所述外筒组件内的振动芯轴，所述振动芯轴的下端连接所述活塞装置，并随所述活塞装置振动而伸缩。本发明通过脉冲发生器发出脉冲压力推动活塞周期性振动，从而带动钻柱周期性移动，使钻柱与井壁之间的静摩擦力转化为动摩擦力，减小整体的阻力。

Description

一种激振器

技术领域

本发明涉及一种激振器，属于油气勘探开发技术领域。

背景技术

随着非常规油气勘探开发的进程的加快，大位移井、水平井技术因其具有巨大经济效益并能够满足特殊作业目的而得以迅速推广应用。长水平段钻进过程中，随着井斜角的增大和裸眼井段长度的增加，钻柱由于重力作用与井壁长距离接触，钻柱与井壁间的摩阻(包括轴向摩擦力和摩擦扭矩)较大，导致滑动钻进时加不上钻压，工具面摆放困难、机械钻速很低。因此随着大位移井、水平井施工数量的增加，如何有效地减小钻柱的摩阻以提高机械钻速、增加井眼延伸能力成为研究和施工的重点之一。

目前，国内外应用于大位移井、水平井钻井的减摩阻方法主要有以下几个方面：钻井液性能的调节；加强井壁稳定性措施；加强固相控制技术；井眼轨迹的优化；优化钻具组合；使用各类减阻工具等。

水力振荡器是一种降摩减阻专用工具，由脉冲发生器、振动发生器两部分组成，现有水力振荡器存在压降高、振动力小的问题，导致超长水平井减阻效果不明显，托压问题依然很严重。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种激振器，通过脉冲发生器发出脉冲压力推动活塞周期性振动，从而带动钻柱周期性移动，使钻柱与井壁之间的静摩擦力转化为动摩擦力，减小整体的阻力。

本发明提出了一种激振器，包括：

外筒组件，

设置在所述外筒组件内的活塞装置，所述活塞装置在脉冲发生器发出的脉冲压力作用下沿轴向周期性振动；以及

套设在所述外筒组件内的振动芯轴，所述振动芯轴的下端连接所述活塞装置，并随所述活塞装置振动而伸缩。

本发明的进一步改进在于，所述活塞装置包括圆柱形的活塞块，所述活塞块的中部设置有中心孔，所述振动芯轴插接在所述中心孔内；所述活塞块的侧面设置有若干销钉孔，所述销钉孔内设置有连接所述振动芯轴的销钉。

本发明的进一步改进在于，所述外筒组件包括设置在下部的外壳体，以及设置在上部的花键外筒；所述活塞装置设置在所述外壳体内，所述振动芯轴与所述花键外筒之间通过花键机构相连。

本发明的进一步改进在于，所述花键外筒的上端在所述外壳体内形成台阶机构，所述台阶结构到所述活塞块下端的环形空间内设置有复位碟簧。

本发明的进一步改进在于，所述复位碟簧的两端分别设置有碟簧挡圈，所述碟簧挡圈上设置有若干通孔，所述通孔与所述花键外筒的上端面错开。

本发明的进一步改进在于，所述外壳体的侧壁上设置有呼吸孔。

本发明的进一步改进在于，所述活塞块的侧面设置有凹圈，所述销钉孔设置在所述凹圈内；并且所述凹圈上设置有圆形的挡圈，所述挡圈当在所述销钉的外侧。

本发明的进一步改进在于，所述花键外筒的外壁上设置有防掉销，所述振动芯轴的外壁上设置有一周限位凹槽，所述振动芯轴随所述活塞装置移动时，所述防掉块始终在所述限位凹槽内移动。

本发明的进一步改进在于，所述活塞块的侧壁上设置有密封件，所述密封件密封所述活塞块与所述外壳体之间的间隙。

本发明的进一步改进在于，所述花键外筒的内壁上设置有滑动密封件，密封所述花键外筒与所述振动芯轴之间的缝隙。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述一种激振器，通过脉冲发生器发出脉冲压力推动活塞周期性振动，从而带动钻柱周期性移动，使钻柱与井壁之间的静摩擦力转化为动摩擦力，减小整体的阻力。

本发明解决长水平段水平井钻进摩阻大、定向托压严重、长水平段轨迹控制困难等难题，提高长水平段机械钻速及钻井效率，提高长水平段水平井延伸能力，降低钻井施工综合成本，以满足页岩气藏高效勘探开发的需求。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的激振器的结构示意图，显示了振动芯轴伸出时的状态；

图2所示为本发明的一个实施例的激振器的结构示意图，显示了振动芯轴收缩时的状态。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：

1、外筒组件，2、活塞装置，3、振动芯轴，11、活塞块，12、防脱扣销钉，13、挡圈，14、密封件，15、复位碟簧，16、碟簧挡圈，21、外壳体，22、花键外筒，23、花键，24、防掉销，25、呼吸孔，31、限位凹槽。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一种激振器，包括外筒组件1，外筒组件1为圆筒形的结构，包括若干段不同功能的筒状组件组合而成(如外壳体21和花键外筒22)。所述外筒组件1连接在钻杆中，其下游连接脉冲发生器，上端连接钻杆。在外筒组件1内设置有活塞装置2，所述活塞装置2在脉冲发生器发出的脉冲压力作用下而沿轴向周期性振动。所述外筒组件1内还设置有振动芯轴3，振动芯轴3的一端连接钻杆，另一端连接活塞装置2，在活塞装置2发生周期性振动时，振动芯轴3也随活塞沿轴向发生周期性振动。

在根据本实施例所述的激振器中，脉冲发生器发出的脉冲压力推动活塞装置2向上移动，由于脉冲压力是周期性变化的，其带动振动芯轴3呈周期性振动，使钻杆也发生周期性振动，将钻杆与井壁之间的静摩擦转换为动摩擦力，减小阻力。

在一个实施例中，所述活塞装置2包括圆柱形的活塞块11，所述活塞块11的中部设置有中心孔，所述振动芯轴3插接在所述中心孔内；所述活塞块11的侧面设置有若干销钉孔，所述销钉孔内设置有连接所述振动芯轴3的防脱扣销钉12。

在本实施例中，所述振动芯轴3为阶梯状的圆管，其上端粗，向下依次变细，下端插接在活塞块11的中心孔内，外壁与中心孔的内壁相匹配。在振动芯轴3的上部的侧面可以设置有孔或环形槽，用于与防脱扣销钉12配合，也可以通过防脱扣销钉12的端部的摩擦力保证芯轴不动。

在本实施例中，振动芯轴3与活塞块11之间通过螺纹相连，防脱扣销钉12可以防止振动芯轴3与活塞块11之间脱扣。

在一个优选的实施例中，所述外筒组件1包括设置在下部的外壳体21，以及设置在上部的花键外筒22。所述活塞装置2设置在所述外壳体21内，在活塞装置2移动的过程中，始终在所述外壳体21内的空间内移动。所述振动芯轴3与所述花键外筒22之间通过花键机构相连。其中，振动芯轴3的下部的外侧壁上设置有外花键，花键外筒22的内侧壁上设置有内花键，所述外花键和所述内花键相配合。

在根据本实施例所述的激振器中，所述花键可以是直花键，也可以是螺旋型花键，如果是螺旋型花键则振动芯轴3的上部的侧面设置的是环形槽，其与防脱扣销钉12滑动相连，在沿螺旋型花键转动时，环形槽与防脱扣销钉12相对移动。通过设置螺旋型花键使钻杆与井壁之间不仅有轴向的移动，还有沿周向的转动，进一步使静摩擦转换为动摩擦力，减小阻力。

如果采用螺旋型花键，则螺旋方向与振动芯轴3和活塞块11之间的螺纹的螺旋方向相反，避免脱扣。

在一个实施例中，所述花键外筒22的上端套接在外壳体21的下端，花键外筒22的上端面在外壳体21内形成台阶结构，所述台阶结构到所述活塞块11下端的环形空间内设置有复位碟簧15。

复位弹簧的下端位于所述台阶结构上，上端位于所述活塞块11的下端面上，当脉冲压力增大时，活塞装置2受到脉冲压力推动而向上移动，复位弹簧被压缩，振动芯轴3向上伸出；当脉冲压力减小后，复位弹簧的弹力推动活塞装置2向下移动，振动芯轴3向下收缩。

在一个实施例中，所述复位碟簧15的两端分别设置有碟簧挡圈16，所述碟簧挡圈16上设置有若干通孔，所述通孔与所述花键外筒22的上端面错开。在本实施例中，通孔设置在偏内的位置，其与台阶结构相互错开，避免台阶结构挡住通孔。通孔能够导通振动芯轴3的阶梯状的肩台与复位碟簧15所在的环形空间，平衡两者的压力，使振动芯轴3顺利地移动。

在一个优选的实施例中，所述外壳体21的侧壁上设置有呼吸孔25。呼吸孔25在外壳体21上沿径向设置，其能导通外壳体21的内部和外部。在活塞移动时，复位碟簧15所在的环形空间会增大或减小，呼吸孔25能够平衡内外的压力，保证活塞顺利移动。

在一个实施例中，所述活塞块11的侧面设置有凹圈，所述销钉孔设置在所述凹圈内；并且所述凹圈上设置有圆形的挡圈13，所述挡圈13当在所述防脱扣销钉12的外侧。通过设置挡圈13能够挡住防脱扣销钉12，避免防脱扣销钉12滑出。

在一个优选的实施例中，所述花键外筒22的外壁上设置有防掉销24，防掉销24的端部伸入到花键外筒22的内部一段距离，所述振动芯轴3的外壁上设置有一周限位凹槽31，所述振动芯轴3随所述活塞装置2移动时，所述防掉块始终在所述限位凹槽31内移动。

当活塞带动振动芯轴3移动时，限位凹槽31也随之移动。在振动芯轴3向下移动时，限位凹槽31也向下移动，直到移动到限位凹槽31的上端面与防掉销24相接触时，由于防掉销24的阻挡，振动芯轴3无法再向下移动；在振动芯轴3向上移动时，限位凹槽31也向上移动，直到移动到限位凹槽31的下端面与防掉销24相接触时，由于防掉销24的阻挡，振动芯轴3无法再向上移动。通过防掉销24和限位凹槽31能够限定振动芯轴3的移动范围。

在一个实施例中，所述活塞块11的侧壁上设置有密封件14，所述密封件14密封所述活塞块11与所述外壳体21之间的间隙。

所述花键外筒22的内壁上设置有滑动密封件14，密封所述花键外筒22与所述振动芯轴3之间的缝隙。

在根据本实施例所的激振器工作时，当脉冲发生器发出的脉冲压力作用到活塞装置2上时，脉冲压力呈周期性变化，在脉冲压力增大的过程中，脉冲压力推动活塞向上移动，压缩复位碟簧15并带动振动芯轴3向上移动。当移动到限位凹槽31的下端面与防掉销24接触时停止(如图1所示)。

在脉冲压力减小的过程中，复位碟簧15的弹力大于脉冲压力，从而推动活塞向下移动，带动振动芯轴3向下移动，当移动到限位凹槽31的上端面与防掉销24接触时停止(如图2所示)。这样在一个脉冲周期内完成一次伸缩的循环。

振动芯轴3呈周期性振动的过程中，带动钻杆也发生周期性振动，将钻杆与井壁之间的静摩擦转换为动摩擦力，减小阻力。

在本发明中，方位用语“上”、“下”均以激振器的实际工作方位为参照。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激振器，其特征在于，包括：

外筒组件(1)，

设置在所述外筒组件(1)内的活塞装置(2)，所述活塞装置(2)在脉冲发生器发出的脉冲压力作用下沿轴向周期性振动；以及

套设在所述外筒组件(1)内的振动芯轴(3)，所述振动芯轴(3)的下端连接所述活塞装置(2)，并随所述活塞装置(2)振动而伸缩。

2.根据权利要求1所述的激振器，其特征在于，所述活塞装置(2)包括圆柱形的活塞块(11)，所述活塞块(11)的中部设置有中心孔，所述振动芯轴(3)插接在所述中心孔内；所述活塞块(11)的侧面设置有若干销钉孔，所述销钉孔内设置有连接所述振动芯轴(3)的防脱扣销钉(12)。

3.根据权利要求2所述的激振器，其特征在于，所述外筒组件(1)包括设置在下部的外壳体(21)，以及设置在上部的花键外筒(22)；所述活塞装置(2)设置在所述外壳体(21)内，所述振动芯轴(3)与所述花键外筒(22)之间通过花键机构相连。

4.根据权利要求3所述的激振器，其特征在于，所述花键外筒(22)的上端在所述外壳体(21)内形成台阶机构，所述台阶结构到所述活塞块(11)下端的环形空间内设置有复位碟簧(15)。

5.根据权利要求4所述的激振器，其特征在于，所述复位碟簧(15)的两端分别设置有碟簧挡圈(16)，所述碟簧挡圈(16)上设置有若干通孔，所述通孔与所述花键外筒(22)的上端面错开。

6.根据权利要求5所述的激振器，其特征在于，所述外壳体(21)的侧壁上设置有呼吸孔(25)。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的激振器，其特征在于，所述活塞块(11)的侧面设置有凹圈，所述销钉孔设置在所述凹圈内；并且所述凹圈上设置有圆形的挡圈(13)，所述挡圈(13)当在所述防脱扣销钉(12)的外侧。

8.根据权利要求7所述的激振器，其特征在于，所述花键外筒(22)的外壁上设置有防掉销(24)，所述振动芯轴(3)的外壁上设置有一周限位凹槽(31)，所述振动芯轴(3)随所述活塞装置(2)移动时，所述防掉块始终在所述限位凹槽(31)内移动。

9.根据权利要求8所述的激振器，其特征在于，所述活塞块(11)的侧壁上设置有密封件(14)，所述密封件(14)密封所述活塞块(11)与所述外壳体(21)之间的间隙。

10.根据权利要求9所述的激振器，其特征在于，所述花键外筒(22)的内壁上设置有滑动密封件(14)，密封所述花键外筒(22)与所述振动芯轴(3)之间的缝隙。

Images