CN208534402U - 一种水力振荡器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水力振荡器，包括振荡总成和动力总成，振荡总成连接在动力总成的上端，振荡总成包括花键芯轴组件、活塞芯轴组件和下接头（13）；花键芯轴组件包括花键芯轴（1）、花键外筒（2）、碟簧外筒（3）、隔套（4）、开口挡环（5）、上挡圈（6）、碟簧（7）、下挡圈（8）；活塞芯轴组件包括活塞芯轴（10）、活塞外筒（9）、活塞（11）和轴端螺母（12）；动力总成包括转子‑定子总成（14）及其下端的底部接头（24）；转子‑定子总成是一个1∶2的容积式钻井液马达。本实用新型能够有效降低滑动钻进钻具组合与井壁间的摩擦力并有效改善钻压传递，减小井下扭转，减轻横向振动并提高机械钻速。
Description
技术领域
本实用新型涉及钻井工具领域，尤其涉及一种减摩降扭钻井工具，具体为一种水力振荡器。
背景技术
随着钻井技术的不断发展，大位移井、长水平段水平井的数量越来越多，水平井钻进过程中摩阻大、托压等问题不仅严重影响了水平井的机械钻速，也容易引起压差卡钻等井下故障，尤其是在滑动钻进时无法给钻头施加真实有效的钻压，降低了钻井效率，延长了建井周期，成为钻井工具领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种水力振荡器，能够有效降低滑动钻进钻具组合与井壁间的摩擦力并有效改善钻压传递，减小井下扭转，减轻横向振动并提高机械钻速，使定向钻进效率能够得到大幅度提高。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
一种水力振荡器，包括振荡总成和动力总成，振荡总成通过螺纹连接在动力总成的上端，所述振荡总成包括由上到下依次设置的花键芯轴组件、活塞芯轴组件和下接头；花键芯轴组件包括花键芯轴以及花键芯轴外周上设置的花键外筒、碟簧外筒、隔套、开口挡环、上挡圈、碟簧及下挡圈，花键芯轴外部设置有多个台肩结构及一个环形凹槽，凹槽中设置有开口挡环、开口挡环外部设置隔套，隔套下端由上到下依次设置有上挡圈、碟簧及下挡圈；隔套的上端设置有花键外筒，花键外筒下端与碟簧外筒连接；活塞芯轴组件包括活塞芯轴、活塞外筒、活塞和轴端螺母，碟簧外筒下部连接活塞外筒，花键芯轴下部连接活塞芯轴，活塞芯轴上设置有活塞、轴端螺母；活塞外筒下部连接下接头；所述花键外筒、碟簧外筒、活塞外筒构成了振荡总成的外壁；所述动力总成包括转子-定子总成及其下端连接的底部接头；所述包括转子-定子总成是一个1∶ 2的容积式钻井液马达，转子-定子总成内部：转子下部连接的过流接头、过流接头内部安装有动阀、动阀与定阀接触、定阀下部连接支撑套，定阀与防转键装在锁紧螺母中，锁紧螺母与底部接头连接，护套装在支撑套中。
进一步的，花键芯轴上的碟簧有支撑面。
进一步的，所述花键芯轴下部通过螺纹连接活塞芯轴。
进一步的，所述碟簧外筒下部通过螺纹连接活塞外筒。
进一步的，所述上挡圈、下挡圈带过油槽。
进一步的，所述活塞外圆上焊铜。
进一步的，动阀与定阀材质为硬质合金；护套材质是硬质合金。
进一步的，动阀上加工有偏心孔，定阀上有同心孔。
工作原理：当钻井液经过动力总成时，驱动螺杆旋转，螺杆转子末端安装有偏心孔的动阀，而定阀的过流孔设置在工具的中心，动阀和定阀紧密配合，由于转子旋转，2个阀盘的过流孔发生周期性交错和重合，使工具下端过流面积发生周期性变化，导致工具上部压力产生周期性变化，形成脉冲压力。当压力升高时，钻井液压力推动活塞和心轴压缩碟簧组，心轴伸出；而当压力降低时，心轴回到原位，这样，脉冲压力就引起了工具的轴向振动，由此改变钻柱与井
壁的摩擦条件，由静摩擦变为动摩擦，大大减小管柱的摩擦阻力，达到降低摩阻和提速的目的。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型可有效降低滑动钻进钻具组合与井壁间的摩擦力并有效改善钻压传递，减小井下扭转，减轻横向振动并提高机械钻速，使定向钻进效率能够得到大幅度提高，钻出更平滑的井眼。可用于直井、马达导向钻井、旋转导向钻井、大位移井、页岩气储层钻井等，能够解决托压、卡滑和钻头对工具面控制力差等问题，延长PDC 钻头使命寿命，改善定向钻进工具面的控制，有效提高定向能力。本实用新型具有结构先进，安全可靠，减摩降扭效果显著。
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
图1为振荡总成结构示意图；
图2为动力总成结构示意图。
1.花键芯轴；2.花键外筒；3. 碟簧外筒；4.隔套；5.开口挡环；6.上挡圈；7.碟簧；8.下挡圈；9.活塞外筒；10.活塞芯轴；11.活塞；12.轴端螺母；13.下接头；14. 转子-定子总成；15.筛板；16.转子；17.过流接头；18.动阀；19.定阀；20.锁紧螺母；21.防转键；22.护套；23.支撑套；24.底部接头。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种水力振荡器，包括振荡总成和动力总成，振荡总成通过螺纹连接在动力总成的上端，所述振荡总成包括由上到下依次设置的花键芯轴组件、活塞芯轴组件和下接头13（具有外螺纹）；花键芯轴组件包括花键芯轴1以及花键芯轴1外周上设置的花键外筒2、碟簧外筒3、隔套4、开口挡环5、上挡圈6、碟簧7及下挡圈8，花键芯轴1外部设置有多个台肩结构及一个环形凹槽，凹槽中设置有开口挡环5、开口挡环5外部设置隔套4，隔套4下端由上到下依次设置有上挡圈6、碟簧7及下挡圈8；隔套4的上端设置有花键外筒2，花键外筒2下端与碟簧外筒3连接；活塞芯轴组件包括活塞芯轴10、活塞外筒9、活塞11和轴端螺母12，碟簧外筒3下部连接活塞外筒9，花键芯轴1下部连接活塞芯轴10，活塞芯轴10上设置有活塞11、轴端螺母12；活塞外筒9下部连接下接头13；所述花键外筒2、碟簧外筒3、活塞外筒9构成了振荡总成的外壁；所述动力总成包括转子-定子总成14（具有内螺纹）及其下端连接的底部接头24；所述包括转子-定子总成14是一个1∶ 2的容积式钻井液马达，转子-定子总成14内部：转子16下部连接的过流接头17、过流接头17内部安装有动阀18、动阀18与定阀19接触、定阀19下部连接支撑套23，定阀19与防转键21装在锁紧螺母20中，锁紧螺母20与底部接头24连接，护套22装在支撑套23中。
本实施例中具体安装方式为：
花键芯轴1外部有花键外筒2，花键外筒2下部连接碟簧外筒3，碟簧外筒3下部连接活塞外筒9，花键芯轴1下部连接活塞芯轴10，活塞芯轴10上有活塞11、轴端螺母12，活塞外筒9下部连接下接头13，所述转子-定子总成14，是一个1∶ 2的容积式钻井液马达，转子16下部连接过流接头17，过流接头17内部装有动阀18，动阀18与定阀19紧密接触，定阀19下部与支撑套23端面贴紧，定阀19与防转键21装在锁紧螺母20中，锁紧螺母20与下接头24连接，护套22装在支撑套23中，定子总成14下部与下接头24连接。
花键芯轴1材料是4330V。花键芯轴1上的碟簧有支撑面。花键芯轴1下部连接活塞芯轴10。花键芯轴1下部连接活塞芯轴10，连接螺纹是TZ特直螺纹。上挡圈6、下挡圈8带过油槽。所述转子-定子总成14是一个1∶ 2的容积式钻井液马达。所述花键外筒2下部连接碟簧外筒3，碟簧外筒3下部连接活塞外筒9，螺纹是TZ特锥螺纹。活塞11外圆上焊铜。动阀18与定阀19材质为硬质合金。动阀18上加工有偏心孔，定阀19上有同心孔。防转键21装在锁紧螺母20中，防止定阀19与支撑套23旋转。护套22材质是硬质合金。
本实用新型中水力振荡器主要由轴向振动总成、动力总成。
动力总成主要包括一个1∶ 2的容积式钻井液马达，当钻井液通过动力总成时便会驱动转子旋转，动阀接在转子的底端，动阀和与其配合的定阀称为盘阀总成。对于动力总成没有扭矩要求，其作用就是驱动振荡阀总成中的动阀运动，改变过流面积，产生压力脉冲。
盘阀总成主要由定阀和动阀构成，振荡盘阀总成的动阀底端面上有一个水眼，其与位于下边的定阀上的水眼形成一对水眼组合，转子在定子橡胶空间内往复摆动，带动与转子连接的动阀在平面做来回运动，与定阀的中心孔时而重合，时而分开，引起过流面积的变化，从而产生压力脉冲。当钻井液受到周期性的限制( 绝对不能完全阻断液流) 时，就会产生沿钻柱上传的压力脉冲，这些压力脉冲反馈作用到振荡总成的活塞面上使花键心轴产生轴向振荡。动阀与转子同轴，其轴心随转子围绕定子中心做行星运动，动阀口又与其轴线偏心近似转子偏心e配置，其耦合起来的运动是动阀口在本身自转的情况沿定子截面中轴线做直线往复运动。
振荡总成主要由活塞、花键心轴和碟簧、外筒等构成。水力振荡器工作时，水力脉冲转化为机械能，钻柱的振荡通过振荡总成来实现。振荡总成连接在动力总成上部，通过内部的碟形弹簧吸收及释放冲击能量来实现轴向振荡。振荡总成将水力脉冲能量转换为轴向振动形式的机械能，当每个脉冲通过振荡总成后，其恢复到原来的状态。每次脉冲会产生2～ 9 mm 振幅和一定的轴向力，足以将静摩擦转化为动摩擦，因为产生的轴向力和轴向移动距离都不大，水力振荡器在工作期间不会对其他井下工具产生不利影响。
本实施方式中：花键芯轴材料是4330V，强度与抗疲劳性能大大提高；碟簧设计有支撑面，使碟簧承载面积加大，从而减少导向件与碟簧之间的摩擦；
上挡圈、下挡圈带过油槽，增加了过油量，改善了内腔中的零件润滑，减少零件的磨损；花键芯轴下部连接活塞芯轴，连接螺纹是TZ特直螺纹，螺纹强度增加，不易粘扣，上扣效率增加；转子、定子总成，是一个1∶ 2的容积式钻井液马达，转子的运动轨迹是直线运动，使振荡器工作更稳定可靠；花键外筒下部连接碟簧外筒，碟簧外筒下部连接活塞外筒，连接螺纹是TZ特锥螺纹，使整个工具结构设计更加合理，性能更加可靠；活塞外圆上焊铜，改善了与活塞外筒的配合，减少磨损，延长使用寿命；动阀与定阀材质为硬质合金，大大增加了阀的耐磨性；防转键装在锁紧螺母中，防止定阀与支撑套旋转，这种结构增加了此部分机构的柔性，更有利于两阀之间的密封。
Claims (8)
1.一种水力振荡器，包括振荡总成和动力总成，振荡总成通过螺纹连接在动力总成的上端，其特征在于：
所述振荡总成包括由上到下依次设置的花键芯轴组件、活塞芯轴组件和下接头（13）；花键芯轴组件包括花键芯轴（1）以及花键芯轴（1）外周上设置的花键外筒（2）、碟簧外筒（3）、隔套（4）、开口挡环（5）、上挡圈（6）、碟簧（7）及下挡圈（8），花键芯轴（1）外部设置有多个台肩结构及一个环形凹槽，凹槽中设置有开口挡环（5）、开口挡环（5）外部设置隔套（4），隔套（4）下端由上到下依次设置有上挡圈（6）、碟簧（7）及下挡圈（8）；隔套（4）的上端设置有花键外筒（2），花键外筒（2）下端与碟簧外筒（3）连接；活塞芯轴组件包括活塞芯轴（10）、活塞外筒（9）、活塞（11）和轴端螺母（12），碟簧外筒（3）下部连接活塞外筒（9），花键芯轴（1）下部连接活塞芯轴（10），活塞芯轴（10）上设置有活塞（11）、轴端螺母（12）；活塞外筒（9）下部连接下接头（13）；
所述动力总成包括转子-定子总成（14）及其下端连接的底部接头（24）；所述包括转子-定子总成（14）是一个1∶ 2的容积式钻井液马达，转子-定子总成（14）内部：转子（16）下部连接的过流接头（17）、过流接头（17）内部安装有动阀（18）、动阀（18）与定阀（19）接触、定阀（19）下部连接支撑套（23），定阀（19）与防转键（21）装在锁紧螺母（20）中，锁紧螺母（20）与底部接头（24）连接，护套（22）装在支撑套（23）中。
2.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：花键芯轴（1）上的碟簧（7）有支撑面。
3.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：所述花键芯轴（1）下部通过螺纹连接活塞芯轴（10）。
4.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：所述碟簧外筒（3）下部通过螺纹连接活塞外筒（9）。
5.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：所述上挡圈（6）、下挡圈（8）带过油槽。
6.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：所述活塞（11）外圆上焊铜。
7.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：动阀（18）与定阀（19）材质为硬质合金；护套（22）材质是硬质合金。
8.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于：动阀（18）上加工有偏心孔，定阀（19）上有同心孔。
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