压力脉冲实现二次冲击的振荡器的制作方法

本发明涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中具轴向冲击作用的井下工具。

背景技术：

近年来，随着我国社会经济的不断发展，国家对石油、天然气的需求也大幅度增加，所以对石油、天然气的开发也逐渐增多。在钻井过程中，钻柱与井筒之间往往会产生摩擦。特别是在水平井段中，由于水平井段长和井底净化效果差等原因，造成井筒与钻柱之间的摩擦会大大高于垂直井和定向井所产生的摩擦。随着摩擦的增加，使得钻压不能有效地传递到钻头，这会对钻头产生非常大的影响，会导致钻进速度大大下降，还会增加对钻柱和钻头的磨损，严重时甚至会发生卡钻等井下事故，为钻井作业的施工带来极大的安全隐患，导致生产效率降低。

大多数轴向振动工具需要借助外部动力产生周期性压力脉冲，比如井下动力钻具和涡轮钻具。这类井下工具会增加井下作业的费用以及井下操作的复杂性，基于此，本文提出压力脉冲实现二次冲击的振荡器，利用钻井液的压力和弹簧的弹力来产生纵向冲击，实现钻柱的轴向振动，缓解托压效应，以达到减小井下钻具与井筒的摩擦的目的，从而使钻压更为有效地传递到井底，进而延长井下工具的寿命，提高钻井的效率。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决在水平井以及斜井中钻柱与井筒摩擦阻力大，钻压无法有效传递到井底的问题，特提供一种将钻井液压力转化为钻柱轴向冲击作用的井下工具。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的压力脉冲实现二次冲击的振荡器由上接头、定位短节、定位套筒A、阀芯、上阀体弹簧、轨道销钉、上阀座、定位套筒B、阀芯头、上支撑座、下支撑座、壳体、下阀体、下阀体弹簧、弹簧座、下接头等组成。其特征在于上接头、定位短节、壳体和下接头依次通过螺纹连接；定位短节位于上接头和壳体之间，其上端内表面开有花键键槽；定位套筒A上端的外表面和下端的内表面都开有花键键槽，它位于定位短节和阀芯之间，并通过上接头和上阀座进行轴向定位，通过定位短节上的花键进行周向定位；上阀体弹簧位于阀芯和定位套筒A之间；上阀座位于壳体和阀芯之间，通过定位套筒A进行轴向定位，并通过定位套筒A上的花键进行周向定位，上阀座在径向开有三个相互间隔120°均匀分布的圆孔，并在上阀座下端沿轴向方向上设置6个相互间隔60°均匀分布的盲孔，与之对应再沿径向方向上从内向外开6个相互间隔60°均匀分布的通孔，通孔连通主流道和轴向方向上6个相互间隔60°均匀分布的盲孔；阀芯位于本发明工具的最内侧，阀芯上端台阶处开有通流花键；三个轨道销钉从上阀座上三个径向圆孔穿过并与阀芯外表面的滑移键槽配合，实现阀芯的周向定位；阀芯头与阀芯通过螺纹连接；定位套筒B位于阀芯和壳体之间，通过上阀座实现轴向定位；上支撑座和下支撑座通过螺纹连接，并通过定位套筒B和壳体实现轴向定位；下阀体位于下接头内部，通过下阀体弹簧和壳体实现轴向定位，在下阀体下端径向沿轴向方向设置有4个等距离的通孔；弹簧位于下阀体和下接头之间，通过下阀体和弹簧座实现轴向定位；弹簧座位于下阀体和下接头之间，通过下接头实现轴向定位。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：（1）压力脉冲实现二次冲击的振荡器能够提供一个稳定的周期性高频二次轴向冲击力；（2）高频的轴向冲击有效地克服了井下钻具与井筒的摩擦力，实现井口钻压的有效传递，提高机械钻速，同时因为工具本身的振动，防止钻具长时间贴在下井壁上，从而避免了粘卡等井下事故的发生。

附图说明

图1为本发明所述的压力脉冲实现二次冲击的振荡器的结构示意图。

图中：1-上接头、2-定位短节、3-定位套筒A、4-阀芯、5-上阀体弹簧、6-轨道销钉、7-上阀座、8-定位套筒B、9-阀芯头、10-上支撑座、11-下支撑座、12-壳体、13-下阀体、14-下阀体弹簧、15-弹簧座、16-下接头。

图2为本发明图1中A-A面的截面图。

图3为本发明图1中B-B面的截面图。

图4为本发明图1中C-C面的截面图。

图5为本发明图1中D-D面的截面图。

图6为本发明图1中E-E面的截面图。

图7为本发明阀芯的三维视图。

图8为本发明上支撑座的三维视图。

图9为本发明阀芯外表面键槽的平面展开图。

具体实施方式

根据附图所示，所述的压力脉冲实现二次冲击的振荡器，由上接头、定位短节、定位套筒A、阀芯、上阀体弹簧、轨道销钉、上阀座、定位套筒B、阀芯头、上支撑座、下支撑座、壳体、下阀体、下阀体弹簧、弹簧座、下接头等组成。其特征在于上接头1、定位短节2、壳体12和下接头16依次通过螺纹连接；定位短节2位于上接头1和壳体12之间，其上端内表面开有花键键槽；定位套筒A3上端的外表面和下端的内表面都开有花键键槽，它位于定位短节2和阀芯4之间，并通过上接头1和上阀座7进行轴向定位，通过定位短节2上的花键进行周向定位；上阀体弹簧5位于阀芯4和定位套筒A3之间；上阀座7位于壳体12和阀芯4之间，通过定位套筒A3进行轴向定位，并通过定位套筒A3上的花键进行周向定位，上阀座7在径向开有三个相互间隔120°均匀分布的圆孔，并在上阀座7下端沿轴向方向上设置6个相互间隔60°均匀分布的盲孔，与之对应再沿径向方向上从内向外开6个相互间隔60°均匀分布的通孔，通孔连通主流道和轴向方向上6个相互间隔60°均匀分布的盲孔；阀芯4位于本发明工具的最内侧，阀芯4上端台阶处开有通流花键；三个轨道销钉6从上阀座7上三个径向圆孔穿过并与阀芯4外表面的滑移键槽配合，实现阀芯4的周向定位；阀芯头9与阀芯4通过螺纹连接；定位套筒B8位于阀芯4和壳体12之间，通过上阀座7实现轴向定位；上支撑座10和下支撑座11通过螺纹连接，并通过定位套筒B8和壳体12实现轴向定位；下阀体13位于下接头16内部，通过下阀体弹簧14和壳体12实现轴向定位，在下阀体13下端径向沿轴向方向设置有4个等距离的通孔；弹簧位于下阀体13和下接头16之间，通过下阀体13和弹簧座15实现轴向定位；弹簧座15位于下阀体13和下接头16之间，通过下接头16实现轴向定位。

压力脉冲实现二次冲击的振荡器要配合减震器一起使用，才会产生有效的冲击震荡作用。工作时，阀芯4被上阀体弹簧5顶起，阀芯4上部的花键台阶与上接头1的下端面接触，阀芯4下部的六个过流孔关闭，阀芯头9与上支撑座10分离。下阀体13被下阀体弹簧14顶起，下支撑座11与下阀体13接触。钻井液从上接头1进入，流经阀芯4和阀芯头9，由于钻井液无法继续向下流动，使阀芯4中的钻井液压力开始升高，当压力升高到对阀芯头9产生的向下的力大于上阀体弹簧5弹力时，阀芯4和阀芯头9开始向下移动，下移一段距离时开始转动，当阀芯4下移至最大位置时阀芯转过30°，阀芯4下移过程中，阀芯头9先与上支撑座10接触，然后阀芯4上的六个过流孔与上阀座7上的六个过流孔连通。从阀芯4流出的钻井液流入定位套筒B8，再依次流过上支撑座10和下支撑座11，在下阀体13上端面处被堵住，然后通过钻井液的高压推动下阀体13向下运动，一直运动到下阀体13与下支撑座11分离，使得阀体上部的高压钻井液与下部的低压钻井液连通，从而使钻井液压力下降。由于弹簧弹力作用，钻井液压力下降后，首先阀芯4被上阀体弹簧5弹起，使阀芯4撞击上接头1并同时回到初始位置，产生第一个轴向冲击；然后下阀体13被下阀体弹簧14弹起，使下阀体13撞击壳体12并同时回到初始位置，产生第二个轴向冲击。钻井液又重复上述第一个过程，如此反复，压力脉冲实现二次冲击的振荡器产生一个稳定的周期性高频轴向冲击力。