CN205422538U - 一种三维振动水力振荡器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三维振动水力振荡器，属石油开采设备技术领域。该振荡器包括中心管、上接头、下接头、涡轮主轴、转子轴和调整接头。中心管的一端装有上接头，中心管的另一端装有下接头；中心管内通过对称设置的扶正轴承A和扶正轴承B安装有涡轮主轴，扶正轴承B一侧的涡轮主轴上装有推力轴承，推力轴承一侧的涡轮主轴上装有分流套和限流套。该振荡器可使管柱产生高频径向与轴向振动，使静摩擦变为动摩擦，有效减小管柱外壁与井壁的摩擦系数，使得钻头处能获得有效钻压，从而避免避免水平井及大斜度井的加压中因重力分力、浮力和摩擦力影响而造成的假加压问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三维振动水力振荡器，属石油开采设备技术领域。
背景技术
随着我国各大油田开发大斜度井、水平井及水平分支井等复杂结构井的数量增加，如何有效地向钻头施加钻压成为人们普遍关注的问题。目前，钻井主要通过复合钻井和井下动力钻具滑动钻进两种方式。由于这些井结构复杂导致沿程水力损失增加，井底钻头可用水马力相当低，一般都是靠钻柱的自身重量向钻头施加钻压破碎岩石。然而，在斜度井、水平井及水平井的钻井施工中，这些传统的加压方式受到一定的限制，其存在的主要问题在于：由于井斜较大，钻柱自身重量在经验方向的分量小或近似为零，很难满足预先设计的钻压；水平井中，由于钻柱自身重量对井壁的正压力大，增加了钻具在井壁上的摩阻，从而制约了向钻头施加有效的钻压；由于施工的水平段越来越长，然而在井斜大的井段施工过程中，往往会出现托压、粘卡等现象；对于复合钻进，尤其是在井下动力钻具滑动钻进过程中，无法保证给钻头施加真实有效的钻压，严重影响全井平均机械钻速以及钻井周期。
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的上述问题，提供一种便于向钻头有效施压，提高钻井效率，并且有效防止钻井过程中脱压，以便提高大斜度井和水平井等复杂结构井的钻井效率的三维振动水力振荡器。
本实用新型的技术方案是：
一种三维振动水力振荡器，包括中心管、上接头、下接头、涡轮主轴、转子轴和调整接头，其特征在于：中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端通过调整接头安装有下接头；中心管内通过对称设置的扶正轴承A和扶正轴承B安装有涡轮主轴，扶正轴承A和扶正轴承B之间的涡轮主轴上装有涡轮组，扶正轴承B一侧的涡轮主轴上通过对称设置的隔环A和隔环B装有推力轴承，推力轴承一侧的涡轮主轴上装有分流套和限流套；下接头内通过扶正轴承C安装有转子轴，转子轴与涡轮主轴螺纹连接；扶正轴承C一侧的转子轴上通过螺母和连接键安装有偏心转子，扶正轴承C另一侧的转子轴上螺纹安装有动阀，动阀一侧的下接头上螺纹安装有定阀。
所述的调整接头分别与中心管和下接头螺纹连接。
所述的涡轮主轴为变径轴，涡轮主轴的中间部位径向均布有通孔。
所述的转子轴上设置有凸台和键槽。
所述的动阀和定阀上分别设置有偏心流道。
本实用新型的优点在于：
1、该三维振动水力振荡器工作时，涡轮主轴在涡轮的驱动下产生转动，从而带动转子轴旋转，转子轴的旋转可以驱动偏心转子转动。偏心转子的转动可以产生离心力使该工具产生径向振动，由于偏心转子有多组，质量大，能产较大的振动能量，从而可以引起与之相连的管柱产生共振。同时，动阀随转子轴转动，由于动阀与动阀的流道是偏心，动阀的转动会使液体的过流面积产生周期性变化，当过流面积达到最低时，此时转子轴内部将会产生憋压，憋压会引起较大轴向冲击力，使管柱产生轴向振动。
2、该三维振动水力振荡器利用限流套改变钻井液的流动方向，使钻井液经涡轮轴的径向通孔流入涡轮轴的与转子轴的流道能减弱钻井液对偏心转子转动的影响，提高偏心转子的振动效率且不会对井壁产生破坏。
3、该三维振动水力振荡器可使管柱产生高频径向与轴向振动，使静摩擦变为动摩擦，有效减小管柱外壁与井壁的摩擦系数，使得钻头处能获得有效钻压，从而避免避免水平井及大斜度井的加压中因重力分力、浮力和摩擦力影响而造成的假加压问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的偏心转子的结构示意图；
图3为图2的A—A向结构示意图；
图4为本实用新型的定阀的结构示意图；
图5为本实用新型的定阀侧视结构示意图；
图6为本实用新型的动阀的结构示意图；
图7为本实用新型的定阀侧视结构示意图；
图8为定阀与动阀的过流面积状态示意图。
图中：1、中心管，2、上接头，3、下接头，4、涡轮主轴，5、转子轴，6、调整接头，7、扶正轴承A，8、扶正轴承B，9、涡轮组，10、隔环A，11、隔环B，12、推力轴承，13、通孔，14、分流套，15、限流套，16、扶正轴承C，17、螺母，18、连接键，19、偏心转子，20、凸台，21、动阀，22、定阀，23、偏心流道，24、一字型槽。
具体实施方式
该三维振动水力振荡器包括中心管1、上接头2、下接头3、涡轮主轴4、转子轴5和调整接头6。中心管1的一端螺纹安装有上接头2，中心管1的另一端通过调整接头6安装有下接头3；调整接头6分别与中心管1和下接头3螺纹连接。
中心管1内通过对称设置的且可允许钻井液通过的扶正轴承A7和扶正轴承B8安装有涡轮主轴4，涡轮主轴4为变径轴，涡轮主轴4的上端面设置有一字型槽24，涡轮主轴4的中间部位径向均布有通孔13。扶正轴承A7和扶正轴承B8之间的涡轮主轴4上装有涡轮组9；涡轮组9的定子和转子分别与中心管1和涡轮主轴4通过过度配合进行连接与固定。扶正轴承B8一侧的涡轮主轴4上通过对称设置的隔环A10和隔环B11装有推力轴承12，推力轴承12一侧的涡轮主轴4上装有分流套14和限流套15。限流套15与通孔13对应，限流套15与涡轮主轴4、分流套14之间皆留有供流体通过的间隙。
下接头3内通过扶正轴承C16安装有转子轴5，转子轴5与涡轮主轴4螺纹连接；扶正轴承C16一侧的转子轴5上通过键槽装有连接键18，转子轴5上通过螺母17和连接键18安装有偏心转子19，偏心转子19一侧的转子轴5上设置有凸台20。扶正轴承C16另一侧的转子轴5上螺纹安装有动阀21，动阀21一侧的下接头3上螺纹安装有定阀22；动阀21和定阀22上分别设置有偏心流道23；动阀21和定阀22的端面之间相互接触但是不影响相对滑动。
该三维振动水力振荡器在扶正轴承A7、扶正轴承B8、扶正轴承C16和推力轴承12共同作用下可以保证涡轮主轴4和转子轴5自由转动，并且不产生轴向和径向位移。涡轮主轴4在涡轮组9的驱动下产生转动，从而带动转子轴5旋转，转子轴5的旋转可以驱动偏心转子19转动。偏心转子19转动时可以产生较大的径向离心力使其产生径向振动，由于偏心转子19有多组，质量大，高速转动时能产较大的振动能量，从而可以引起与之相连的管柱产生共震。
由于该三维振动水力振荡器动阀21和定阀22的流道为偏心流道23且偏心距一样；当动阀21转动时，动阀21的偏心流道23与定阀22的偏心流道23周期性重合与分离，即液体的过流面积周期性变化，（如图8所示，图中虚线圆为定阀12流道，实现圆为动阀13的流道，阴影为两流道的重叠部分，即过流面积。）当定阀22的偏心流道23与动阀21的偏心流道23相位相差180度时，过流面积最小，此时转子轴5内流道将产生憋压，于是产生轴向冲击力使管柱的轴向振动。
该三维振动水力振荡器工作时，通过上接头2和下接头3分别与钻井管柱或钻具螺纹连接，工作过程中钻井液经过上接头2的流道进入涡轮组9并驱动其旋转从而带动涡轮主轴4旋转，这一过程中，流出涡轮组9的钻井液在限流套15和通孔13的作用下流进涡轮主轴4内部的流道，但是仍有少部分钻井液经限流套15与分流套14之间的间隙流道进入推力轴承12，以润滑轴承。
转子轴5在涡轮主轴4的作用下高速转动从而带动偏心转子19转动，由于偏心转子19组的质量大，转速高，于是产生较大的径向离心力。该离心力将引起高频的径向振动，并引起上下管柱或钻具组合的径向振动。与此同时，由于动阀21随转子轴5转动，且动阀21与定阀22的流道是偏心，动阀21的转动会使液体的过流面积产生周期性变化，当过流面积达到最低时，此时转子轴4内部将会产生憋压引起的较大轴向冲击力，从而使管柱产生轴向振动。在径向振动和轴向振动的作用下，管柱与井壁的接触情况发生改变，由静摩擦转变为动摩擦，从而有效减小管柱外壁与井壁的摩擦系数，使得钻头处能获得有效钻压，进而避免避免水平井及大斜度井的加压中因重力分力、浮力和摩擦力影响而造成的假加压问题。
该三维振动水力振荡器工作中如遇钻井管柱过长时，可增加其安装数量，安装多个三维振动水力振荡器时，各振荡器之间间隔一定距离即可。
Claims (1)
1.一种三维振动水力振荡器，包括中心管（1）、上接头（2）、下接头（3）、涡轮主轴（4）、转子轴（5）和调整接头（6），其特征在于：中心管（1）的一端螺纹安装有上接头（2），中心管（1）的另一端通过调整接头（6）安装有下接头（3）；中心管（1）内通过对称设置的扶正轴承A（7）和扶正轴承B（8）安装有涡轮主轴（4），扶正轴承A（7）和扶正轴承B（8）之间的涡轮主轴（4）上装有涡轮组（9），扶正轴承B（8）一侧的涡轮主轴（4）上通过对称设置的隔环A（10）和隔环B（11）装有推力轴承（12），推力轴承（12）一侧的涡轮主轴（4）上装有分流套（14）和限流套（15）；下接头（3）内通过扶正轴承C（16）安装有转子轴（5），转子轴（5）与涡轮主轴（4）螺纹连接；扶正轴承C（16）一侧的转子轴（5）上通过螺母（17）和连接键（18）安装有偏心转子（19），扶正轴承C（16）另一侧的转子轴（5）上螺纹安装有动阀（21），动阀（21）一侧的下接头（3）上螺纹安装有定阀（22）。
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