CN216341910U - 一种三维振动振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钻井技术领域。基于现有的振荡器振荡效果不佳的问题，本实用新型公开了一种三维振动振荡器，包括振动总成，螺杆马达总成，万向轴总成和射流总成，此四者依次连接；其中，振动总成具有上壳体；芯轴，内部中空；芯轴的部分外壁和上壳体的内壁之间形成一轴向环空；重载弹簧，竖直安装在所述轴向环空内；射流总成包括下壳体，侧壁上设有喷嘴；喷嘴托，其上设置有固定喷射口；喷射阀，和万向轴总成连接；喷射阀的底端设有第一出口，可周期性和固定喷射口连通；喷射阀的侧壁设有第二出口，可周期性和下壳体侧壁上的喷嘴连通。该振荡器可产生三维振荡效果。

Description

一种三维振动振荡器

技术领域

本实用新型属于钻井技术领域，特别涉及一种三维振动振荡器。

背景技术

油田在大位移井开发过程中，钻进管柱在钻进时会与井壁接触产生较大的摩擦阻力，导致管柱出现正弦弯曲或者螺旋屈曲，使钻压无法传递到钻头上，出现定向和钻进困难的情况，甚至造成粘滞卡钻、井壁垮塌等钻井风险，严重影响钻井的工作效率。

为了减少钻进过程中的脱压现象，需要采用振荡器来降低管柱与井壁之间的摩擦，其原理为：振荡器给管柱提供轴向力或径向力，形成振荡效果，从而将管柱与井壁之间的摩擦由静摩擦力转换为动摩擦力，达到降低摩擦的目的。

但传统的振荡器受自身的结构限制，振荡模式比较单一，往往只能提供单独的轴向振荡，导致降低摩擦的效果较差，难以满足使用需求，此外，传统的振荡器往往利用单头螺杆作为振荡动力源，很容易出现卡顿事故。

实用新型内容

基于上述现有振荡器振荡模式单一，降低摩擦的效果差的问题，本实用新型旨在提供一种三维振动振荡器，该振荡器可同时提供轴向振荡和径向振荡，有利于减小管柱和井壁之间的摩擦。

为实现上述目的，本实用新型采用下列技术方案：

一种三维振动振荡器，包括振动总成，螺杆马达总成，万向轴总成和射流总成，此四者依次连接。

其中，所述射流总成包括下壳体，和所述螺杆马达总成的外壳连接；所述下壳体的侧壁上设有喷嘴；喷嘴托，和所述下壳体的内壁连接固定，位于所述下壳体的底部，其上设置有固定喷射口；喷射阀，安装在所述下壳体内，位于所述喷嘴托和所述万向轴总成之间，并和所述万向轴总成连接；其中，所述喷射阀的底端设有第一出口，可周期性和所述固定喷射口连通；所述喷射阀的底部侧壁设有第二出口，可周期性和所述下壳体侧壁上的喷嘴连通。当所述第一出口和固定喷射口连通时，所述第二出口关闭；当所述第一出口关闭时，所述第二出口和所述喷嘴连通。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述振动总成具有上壳体，具有一贯通腔；芯轴，内部中空，活动安装在所述贯通腔中，一端和所述螺杆马达总成连通；所述芯轴的部分外壁和所述上壳体的内壁之间形成一轴向环空；重载弹簧，竖直安装在所述轴向环空内。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述振动总成还包括多个环形密封圈，多个环形密封圈分别设置在所述轴向环空的上下两侧，以密封所述轴向环空。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述上壳体上还设有注油孔，和所述轴向环空连通。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述芯轴包括第一轴体和第二轴体；

所述第二轴体的外壁和所述上壳体的内壁形成轴向环空；

所述第一轴体和所述第二轴体的交界处形成一环形台阶，以封闭所述轴向环空的下端。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述振动总成还包括：

活塞，和所述芯轴连通，位于所述芯轴的上端部；所述活塞的部分延伸至所述轴向环空内，以封闭所述轴向环空的上端。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述重载弹簧套设在所述芯轴外壁。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述重载弹簧为蝶簧。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述螺杆马达总成的马达为多头马达。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述螺杆马达总成的定子由橡胶或金属制成。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述振动总成、螺杆马达总成、万向轴总成和射流总成之间均通过螺纹连接。

通过以上说明可知，与现有技术相比，本实用新型提供的三维振动振荡器的有益效果是：

1.喷射阀随万向轴总成转动，使第一出口和第二出口分别与固定喷射口以及喷嘴周期性连通，从而实现喷射阀的高频开关。当第一出口关闭时，喷射阀内部憋压形成正高压，使重载弹簧压缩，当第一出口和固定喷射口连通时，喷射阀泄压，重载弹簧拉伸恢复，从而使管柱发生轴向振动；同理，第二出口和喷嘴发生周期性连通，在憋压和泄压的过程中，形成脉冲射流，从而使管柱实现径向振动。同时，周期性的轴向振动和径向振动发生共振，从而产生了三维振荡效果，有利于减小管柱和井壁之间的摩擦。

2.进一步地，采用螺杆马达总成和万向轴总成，通过钻井液的推动带动螺杆马达总成的转子转动，万向轴总成将转子的偏心旋转转为定心传递给喷射阀，以此取代单头螺杆作为振荡动力源，解决了振荡器安全性差的问题。

3.最后，振动总成、螺杆马达总成、万向轴总成和射流总成之间均通过螺纹连接，方便拆卸检修。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型剖面示意图。

图2为本实用新型的振动总成的剖面结构示意图。

图3为本实用新型螺杆总成和万向轴总成的剖面结构示意图。

图4为本实用新型射流总成的剖面结构示意图。

附图标记：

1-振动总成；11-上壳体；12-芯轴；121-第一轴体；122-第二轴体；13-重载弹簧；14-活塞；15-环形密封圈；16-轴向环空；17-注油孔；

2-螺杆马达总成；21-马达外壳；22-定子；23-转子；

3-万向轴总成；

4-射流总成；41-下壳体；411-喷嘴；42-喷射阀；421-第一出口；422-第二出口；43-喷嘴托；431-固定喷射口；

5-转换接头。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

基于现有的振荡器随着振荡模式比较单一，往往只能提供单独的轴向振荡或径向振荡，导致降低摩擦的效果较差，难以满足使用需求的问题，本实用新型实施例公开了一种三维振动振荡器，其结构如附图1-4所示，包括振动总成1，螺杆马达总成2，万向轴总成3和射流总成4，此四者依次连接。该振荡器可同时提供轴向振荡和径向振荡。

具体地，如附图2所示，振动总成1包括上壳体11，芯轴12，重载弹簧13，活塞14和环形密封圈15。

其中，上壳体11具有一贯通腔。芯轴12的内部中空形成钻井液的流道，并活动安装在上壳体11的贯通腔中。

在本实施例中，芯轴12具有第一轴体121和第二轴体122。

第二轴体122的外壁和上壳体11的内壁形成一轴向环空16。第一轴体121和第二轴体122连接，且第一轴体121的直径大于第二轴体122，即第一轴体121和第二轴体122的交界处形成一环形台阶，以封闭轴向环空16的下端，且第一轴体121背离第二轴体122向外延伸出上壳体11和螺杆马达总成2连通。

重载弹簧13套设在芯轴12上，位于轴向环空16内。在本实施例中，重载弹簧13为蝶簧。采用上述结构，芯轴12和上壳体11之间在外力的作用下发生相对运动，从而使重载弹簧13压缩和恢复。

活塞14安装载在芯轴12的上端，以封闭轴向环空16的上端，且活塞14中心区域具有一通孔，和芯轴12的内腔连通。

螺杆马达总成2的转子23在钻井液的驱动下发生旋转，此为现有技术，这里就不再具体赘述。值得一提的是，螺杆马达总成2的马达为多头马达。螺杆马达总成2的定子22由橡胶材质或金属材质制成。螺杆马达总成2和振动总成1通过转换接头5连接。其中，振动总成1的芯轴12的下端和转换接头5通过螺纹连接。螺杆马达总成2的马达壳体21和转换接头5也通过螺纹连接。

万向轴总成3的一端和螺杆马达总成2的转子23通过螺纹连接，用于将螺杆马达总成2的偏心旋转的扭转转为定心，此为现有技术。

射流总成4和万向轴总成3的另一端连接，如附图4所示，包括下壳体41，喷射阀42和喷嘴托43。

其中，下壳体41和马达壳体21为螺纹连接。

喷射阀42和万向轴总成3的另一端通过螺纹连接。喷射阀42的底端设有第一出口421，底部侧壁设有第二出口422。相应地，下壳体41的侧壁上设有喷嘴411，和下壳体41的内部及钻井环空连通。

喷嘴托43设置在下壳体41内，和下壳体41的内壁连接固定，并位于喷射阀42的下方。喷嘴托43上设有固定喷射口431。

当第一出口421和固定喷射口431连通时，第二出口422处于关闭状态。

射流组件4采用上述结构，喷射阀42随万向轴总成3转动，使第一出口421和第二出口422分别与固定喷射口431以及喷嘴411周期性连通，从而实现喷射阀42的高频开关。当第一出口421关闭时，喷射阀42内部憋压形成正高压，使重载弹簧13压缩，当第一出口421和固定喷射口431连通时，喷射阀42泄压，重载弹簧13拉伸恢复，从而使管柱发生轴向振动。同理，第二出口422和喷嘴411发生周期性连通，在憋压和泄压的过程中，形成脉冲射流，从而使管柱实现径向振动。周期性的轴向振动和径向振动发生共振，从而产生了三维振荡效果。

作为本实施例的优化方案，上壳体11上开设有注油孔111，和轴向环空16连通；通过注油孔111向轴向环空16内注入润滑油形成润滑油腔，可避免弹簧卡死。在本实施例中，注油孔111有两个，分别位于轴向环空16的上下两侧。

作为上述实施例的优化方案，上壳体11和芯轴12之间还设有两组环形密封圈15，分别位于轴向环空16的上下两侧，用于密封轴向环空16，阻止钻井液流入轴向环空16内。

本实用新型实施例的工作原理是：

将振动总成1和上部钻具连接，射流总成4和下部钻具连接，钻井液通过活塞14的中心孔进入芯轴12内部，再流入螺杆马达总成2中，螺杆马达总成2在钻井液的推动作用下旋转，带动万向轴总成3转动，万向轴总成3将螺杆马达总成2的偏心旋转的扭矩转为定心传递给喷射阀42，从而使第一出口421和第二出口422与喷嘴411以及固定喷射口431周期性连通，使管柱产生三维振荡效果。

通过以上说明可知，本实用新型实施例的有益效果是：

喷射阀随万向轴总成转动，使第一出口和第二出口分别与固定喷射口以及喷嘴周期性连通，从而实现喷射阀的高频开关。当第一出口关闭时，喷射阀内部憋压形成正高压，使重载弹簧压缩，当第一出口和固定喷射口连通时，喷射阀泄压，重载弹簧拉伸恢复，从而使管柱发生轴向振动。同理，第二出口和喷嘴发生周期性连通，在憋压和泄压的过程中，形成脉冲射流，从而使管柱实现径向振动；同时，周期性的轴向振动和径向振动使管柱发生共振，从而产生了三维振荡效果；进一步地，采用螺杆马达总成和万向轴总成，通过钻井液的推动带动螺杆马达总成的转子转动，万向轴总成将转子的偏心旋转转为定心传递给喷射阀，以此取代单头螺杆作为振荡动力源，解决了振荡器安全性差的问题；最后，振动总成、螺杆马达总成、万向轴总成和射流总成之间均通过螺纹连接，方便拆卸检修。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维振动振荡器，其特征在于，包括：

振动总成，螺杆马达总成，万向轴总成和射流总成，此四者依次连接；

所述射流总成具有：

下壳体，和所述螺杆马达总成的外壳连接；所述下壳体的侧壁上设有喷嘴；

喷嘴托，和所述下壳体的内壁连接固定，位于所述下壳体的底部，其上设置有固定喷射口；

喷射阀，安装在所述下壳体内，位于所述喷嘴托和所述万向轴总成之间，并和所述万向轴总成连接；

其中，所述喷射阀的底端设有第一出口，可周期性和所述固定喷射口连通；

所述喷射阀的底部侧壁设有第二出口，可周期性和所述下壳体侧壁上的喷嘴连通；

当所述第一出口和固定喷射口连通时，所述第二出口关闭；

当所述第一出口关闭时，所述第二出口和所述喷嘴连通。

2.根据权利要求1所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述振动总成包括：

上壳体，具有一贯通腔；

芯轴，内部中空，活动安装在所述贯通腔中，且所述芯轴和所述螺杆马达总成连通；所述芯轴的部分外壁和所述上壳体的内壁之间形成一轴向环空；

重载弹簧，竖直安装在所述轴向环空内。

3.根据权利要求2所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述振动总成还包括多个环形密封圈，多个所述环形密封圈分别设置在所述轴向环空的上下两侧，以密封所述轴向环空。

4.根据权利要求2所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述上壳体上还设有注油孔，所述注油孔和所述轴向环空连通。

5.根据权利要求2所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述芯轴包括第一轴体和第二轴体；

所述第二轴体的外壁和所述上壳体的内壁形成轴向环空；

所述第一轴体和所述第二轴体的交界处形成一环形台阶，以封闭所述轴向环空的下端。

6.根据权利要求2所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述振动总成还包括：

活塞，和所述芯轴连通，位于所述芯轴的上端部；所述活塞的部分延伸至所述轴向环空内，以封闭所述轴向环空的上端。

7.根据权利要求2所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述重载弹簧为蝶簧。

8.根据权利要求1所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述螺杆马达总成的马达为多头马达。

9.根据权利要求1所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述螺杆马达总成的定子由橡胶或金属制成。

10.根据权利要求1所述的三维振动振荡器，其特征在于，所述振动总成、螺杆马达总成、万向轴总成和射流总成之间均通过螺纹连接。

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