CN204703815U - 一种涡轮驱动双阀水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种涡轮驱动双阀水力振荡器，属石油、天然气开采、钻井工具技术领域。该振荡器由振动短接总成、动力短接总成构成；振动短接总成与动力短接总成之间通过螺纹相互连接；动力短接总成由压紧套、涡轮轴、主机壳体、下接头、分流环和分流套构成；主机壳体的上端螺纹装有压紧套，主机壳体的下端螺纹装有下接头；主机壳体内设置有涡轮轴，涡轮轴上端端头螺纹装有端盖，端盖下方的涡轮轴圆周上装有上扶正轴承和下扶正轴承；下扶正轴承下方的涡轮轴圆周上通过分流套安装有分流环。该振荡器不仅提高了钻井速率，而且与传统技术相比减少了能量消耗、延长了使用寿命，特别适合石油、天然气开采、钻井的施工需要。

Description

一种涡轮驱动双阀水力振荡器

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮驱动双阀水力振荡器，属石油、天然气开采、钻井工具技术领域。

背景技术

随着油田的开发和发展，浅层油田已基本被开发殆尽。大斜度井、水平井及水平分支井等复杂结构井的数量越来越多，其钻井效率也越来越低。在钻井过程中影响钻速的最大阻碍就是钻井过程中产生的摩擦阻力。为降低摩擦阻力和减少滑动钻井过程中出现的托压、粘卡现象。人们经过研究发现，对钻井柱施加适当的周期性轴向振动，使钻具与井壁之间的静摩擦力变为动摩擦力，能够确保钻井过程中摩擦阻力减少，使有效钻压增加，从而达到提高机械钻速的目的。根据这一原理人们相继研发出了冲击器、水利加压器等工具。

    但这些工具技术性能和质量处于较低水平，振荡效果不好，未能根本解决钻进磨阻较大的问题。由本申请人发明的“一种钻井用双脉冲水利振荡器”发明专利（201410552378.2）虽解决了钻进摩阻过大、振荡效果不好的问题。但该振荡器的振动效果不易控制，振动过大造成钻具损坏和振动过小导致减磨效果不明显的现象时有发生。且该振荡器同时还存在能耗较高、寿命较短的问题。因此在一定程度上不能满足石油、天然气开采、钻井的施工需要。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种结构简单；能够提供正常稳定的振荡力度，有效减小钻具在钻进时的摩擦阻力，提高机械钻速；解决现有技术振动效果不易控制、能耗较高、使用寿命较短问题的涡轮驱动双阀水力振荡器。

本实用新型的技术方案是：

   一种涡轮驱动双阀水力振荡器，它由振动短接总成、动力短接总成构成；振动短接总成与动力短接总成之间通过螺纹相互连接；振动短接总成由花键芯轴、振荡壳体、联接套、压力弹簧和压紧螺母构成；振荡壳体上通过联接套安装有花键芯轴，振荡壳体内的花键芯轴下端螺纹安装有压紧螺母；压紧螺母与联接套之间的花键芯轴安装有压力弹簧；所述的动力短接总成由压紧套、涡轮轴、主机壳体、下接头、分流环和分流套构成；主机壳体的上端螺纹装有压紧套，主机壳体的下端螺纹装有下接头；其特征在于；所述的主机壳体内设置有涡轮轴，涡轮轴上端端头螺纹装有端盖，端盖下方的涡轮轴圆周上装有上扶正轴承和下扶正轴承，上扶正轴承和下扶正轴承之间的涡轮轴圆周上由上致下依次装有阀组Ⅰ 、阀组Ⅱ和多级涡轮组；下扶正轴承下方的涡轮轴圆周上通过分流套安装有分流环；分流套下方的涡轮轴圆周上装有推力轴承，推力轴承与下扶正轴承之间的主机壳体上装有套筒。

 所述的振荡壳体与联接套之间螺纹连接，联接套与花键芯轴之间滑动连接。

    所述的阀组Ⅰ、阀组Ⅱ分别由动阀和定阀构成，动阀通过销键与涡轮轴固定连接；定阀固定安装在主机壳体内壁上。

   所述的多级涡轮组由涡轮转子和涡轮定子构成，涡轮转子通过销键与涡轮轴固定连接；涡轮定子固定安装在主机壳体内壁上。

   所述的上扶正轴承、下扶正轴承、涡轮轴的中段和下段均开制有流道。

    所述的阀组Ⅰ与阀组Ⅱ之间的初始角度相互错开10°～90°。

本实用新型的优点在于：

该涡轮驱动双阀水力振荡器采用双级阀组安装在涡轮上部的设计。当阀组中的动阀、定阀之间的过流面积发生交错，向上产生压力脉冲时，压力脉冲直接向上传递能量，避免了压力脉冲经过涡轮组时所带来的能量损失，进而保持压力脉冲的幅值，使该振荡器的振荡效果得以充分的发挥。同时该振荡器还采用了双阀组之间的初始角度错开一定角度的设计，如此便避免了阀组Ⅰ与阀组Ⅱ产生的压力脉冲最高压力幅值的叠加，同时又保证了叠加的压力脉冲具有较高的幅值。进而在保证了钻具安全的情况下，使该振荡器产生正常、稳定、较高的振荡力。为钻头提供一定强度的冲击切削力，将钻具与井壁之间的静摩擦力转换为动摩擦力，使钻井过程中的摩擦阻力减少，有效钻压增加，从而达到提高机械钻速的目的。

附图说明

附图1为一种涡轮驱动双阀水力振荡器的整体结构示意图；

附图2为一种涡轮驱动双阀水力振荡器振动短接总成的结构示意图；

附图3为一种涡轮驱动双阀水力振荡器动力短接总成的结构示意图。

图中：1、花键芯轴，2、振荡壳体，3、联接套，4、压力弹簧，5、压紧螺母，6、压紧套，7、涡轮轴，8、主机壳体，9、下接头，10、分流环，11、分流套，12、端盖，13、上扶正轴承，14、下扶正轴承，15、阀组Ⅰ，16、阀组Ⅱ，17、多级涡轮组，18、推力轴承，19、套筒。

具体实施方式

该涡轮驱动双阀水力振荡器由振动短接总成、动力短接总成构成；振动短接总成与动力短接总成之间通过螺纹相互连接；振动短接总成由花键芯轴1、振荡壳体2、联接套3、压力弹簧4和压紧螺母5构成；振荡壳体2上通过联接套3安装有花键芯轴1；振荡壳体2与联接套3之间螺纹连接，联接套3与花键芯轴1之间滑动连接。振荡壳体2内的花键芯轴1下端螺纹安装有压紧螺母5；压紧螺母5与联接套3之间的花键芯轴1安装有压力弹簧4。

所述的动力短接总成由压紧套6、涡轮轴7、主机壳体8、下接头9、分流环10和分流套11构成；主机壳体8的上端螺纹装有压紧套6，主机壳体8的下端螺纹装有下接头9；主机壳体8内设置有涡轮轴7，涡轮轴7上端端头螺纹装有端盖12，端盖12下方的涡轮轴7圆周上装有上扶正轴承13和下扶正轴承14，上扶正轴承13和下扶正轴承14之间的涡轮轴7圆周上由上致下依次装有阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16和多级涡轮组17；阀组Ⅰ15、阀组Ⅱ16分别由动阀和定阀构成，动阀通过销键与涡轮轴7固定连接；定阀固定安装在主机壳体8内壁上。

   多级涡轮组17由涡轮转子和涡轮定子构成，涡轮转子通过销键与涡轮轴7固定连接；涡轮定子固定安装在主机壳体8内壁上。多级涡轮组17可带动涡轮轴7转动，涡轮轴7可带动阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16中的动阀转动。阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16中的动阀的转动将周期性改变与定阀间的过流面积。过流面积的周期性变化将使该振荡器的内的钻井液压力呈周期性变化从而产生压力脉冲。

阀组Ⅰ15与阀组Ⅱ16之间的初始角度相互错开10°～90°。避免了阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16产生的压力脉冲最高压力幅值的叠加，造成振动过大损坏钻具的现象。同时又确保了叠加的压力脉冲具有较高的幅值，使该振荡器产生正常稳定较高的振荡力。

    下扶正轴承14下方的涡轮轴7圆周上通过分流套11安装有分流环10；分流套11下方的涡轮轴7圆周上装有推力轴承18，推力轴承18与下扶正轴承14之间的主机壳体8上装有套筒19。  所述的上扶正轴承13、下扶正轴承14、涡轮轴7的中段和下段均开制有流道。大部分的流体将从涡轮轴7的流道通过，小部分流体沿分流环10从分流套11与套筒19间的流道通过。

该涡轮驱动双阀水力振荡器工作时，首先将阀组Ⅰ15与阀组Ⅱ16之间的初始角度相互错开10°～90°。然后将该振荡器与钻井泵连接，

    由钻井泵输出的钻井液将流经振动短接总成、上扶正轴承13、阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16、多级涡轮组17 和下扶正轴承14后大部分的流体将从涡轮轴7的流道流出，小部分流体沿分流环10从分流套11与套筒19间的流道流出。

在这一过程中，流动的钻井液将带动多级涡轮组17中的涡轮转子转动。从而带动涡轮轴7转动，涡轮轴7将带动阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16中的动阀转动。在阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16中的动阀周期性转动过程中，阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16中的过流面积将发生周期性变化，致使压紧螺母5下部的钻井液压力呈周期性变化，从而调制出简谐性压力波。阀组Ⅰ15 、阀组Ⅱ16调制出简谐性压力波经叠加后向上传递给压力弹簧4，压力弹簧4将通过联接套3带动振荡壳体2做持续的简谐性振动。这种简谐性振动沿轴向传递到上部钻杆和下部钻杆上，从而为钻头提供一定强度的冲击切削力，使钻柱与管壁之间的静摩擦力转换为动摩擦力，有效提高机械钻速。该振荡器不仅提高了钻井速率而且与传统技术相比减少了能量消耗、延长了使用寿命特别适合石油、天然气开采、钻井的施工需要。

Claims (6)

1.一种涡轮驱动双阀水力振荡器，它由振动短接总成、动力短接总成构成；振动短接总成与动力短接总成之间通过螺纹相互连接；振动短接总成由花键芯轴（1）、振荡壳体（2）、联接套（3）、压力弹簧（4）和压紧螺母（5）构成；振荡壳体（2）上通过联接套（3）安装有花键芯轴（1），振荡壳体（2）内的花键芯轴（1）下端螺纹安装有压紧螺母（5）；压紧螺母（5）与联接套（3）之间的花键芯轴（1）安装有压力弹簧（4）；所述的动力短接总成由压紧套（6）、涡轮轴（7）、主机壳体（8）、下接头（9）、分流环（10）和分流套（11）构成；主机壳体（8）的上端螺纹装有压紧套（6），主机壳体（8）的下端螺纹装有下接头（9）；其特征在于：主机壳体（8）内设置有涡轮轴（7），涡轮轴（7）上端端头螺纹装有端盖（12），端盖（12）下方的涡轮轴（7）圆周上装有上扶正轴承（13）和下扶正轴承（14），上扶正轴承（13）和下扶正轴承（14）之间的涡轮轴（7）圆周上由上致下依次装有阀组Ⅰ（15） 、阀组Ⅱ（16）和多级涡轮组（17）；下扶正轴承（14）下方的涡轮轴（7）圆周上通过分流套（11）安装有分流环（10）；分流套（11）下方的涡轮轴（7）圆周上装有推力轴承（18），推力轴承（18）与下扶正轴承（14）之间的主机壳体（8）上装有套筒（19）。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮驱动双阀水力振荡器其特征在于：所述的振荡壳体（2）与联接套（3）之间螺纹连接，联接套（3）与花键芯轴（1）之间滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮驱动双阀水力振荡器其特征在于：所述的阀组Ⅰ（15）、阀组Ⅱ（16）分别由动阀和定阀构成，动阀通过销键与涡轮轴（7）固定连接；定阀固定安装在主机壳体（8）内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮驱动双阀水力振荡器其特征在于：所述的多级涡轮组（17）由涡轮转子和涡轮定子构成，涡轮转子通过销键与涡轮轴（7）固定连接；涡轮定子固定安装在主机壳体（8）内壁上。

5.根据权利要求1所述的一种涡轮驱动双阀水力振荡器其特征在于：所述的上扶正轴承（13）、下扶正轴承（14）、涡轮轴（7）的中段和下段均开制有流道。

6.根据权利要求1所述的一种涡轮驱动双阀水力振荡器其特征在于：所述的阀组Ⅰ（15）与阀组Ⅱ（16）之间的初始角度相互错开10°～90°。