一种涡轮式发射器的制作方法

本发明涉及一种钻井设备，尤其是涉及一种涡轮式发射器。

背景技术：

随着，石油、页岩油气钻井技术的发展，钻井难度的加大，迫切需要钻井工具的革新，需要即安全又能提高机械钻速、缩短钻井周期的高效率钻井工具的现场生产应用，当前井下动力钻具没有轴向冲击功能，机械钻速不高，工作寿命不长，起下钻时间较长。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供一种轴向可调频率的涡轮式发射器，该涡轮式发射器安装在涡轮钻具的传动轴上，提供轴向冲击力，提高钻井机械钻速，缩短钻井周期，降低油气井生产成本。

本发明采用的技术方案是：一种涡轮式发射器,其特征在于：包括提供旋转动力的动力总成、设置在动力总成上方的过滤总成和设置在动力总成下方的旋冲微地震发射总成，所述过滤总成、动力总成和旋冲微地震发射总成之间通过螺纹连接；所述动力总成包括主轴外壳体、设置在主轴外壳体内的动力主轴，以及设置在主轴外壳体和动力主轴之间的若干组径向轴承组件和定子转子组件，所述定子转子组件设置在相邻组径向轴承组件之间，所述动力主轴上端的径向轴承组件和定子转子组件通过调整外隔套和主轴台肩轴向限位，下端的径向轴承组件和定子转子组件通过调整隔套和锁紧螺母轴向限位并锁紧；

所述旋冲微地震发射总成包括发射壳体和设置在发射壳体内的发射连接杆，以及由下向上依次设置在发射连接杆与发射壳体之间的发射冲击体、下锁紧螺母、发射冲击源、弹簧、过流环、轴承和固定锁紧螺母，所述固定锁紧螺母固定在发射连接杆上部，所述轴承内圈套设在发射连接杆上，外圈与发射壳体接触，所述轴承的上端顶靠在固定锁紧螺母上，下端抵靠在过流环的上端面上；所述过流环通过螺纹固定设置在发射连接杆上，下端面抵靠在弹簧的上端；所述弹簧通过弹簧导向环安装在过流环于发射冲击源之间，所述弹簧导向环通过螺纹固定设置在发射连接杆上，所述弹簧套设在弹簧导向环外圆面上，下端抵靠在弹簧导向环一个端面上，弹簧导向环的另一个端面抵靠在发射冲击源的上端面上；所述发射冲击源套设在发射连接杆上，所述发射冲击源的下端与发射冲击体的上端采用螺纹连接的方式固定在一起，所述发射冲击源的下端面与发射冲击体的凸缘面之间设有下锁紧螺母；所述发射冲击体通过冲击锁紧螺母与发射连接杆的下端固定；所述发射壳体上端通过壳体短节与主轴外壳体下端固定连接，所述发射连接杆上端通过主轴短节与动力主轴下端固定连接。

作为优选，所述过滤总成包括过滤壳体和设置在过滤壳体内的过滤装置，所述过滤壳体通过转换接头与主轴外壳体上端固定连接。

作为优选，所述动力主轴两端均设有双母短节，双母短节一端与动力主轴螺纹连接，另一端通过花键与主轴短节连接。

作为优选，所述动力主轴的台肩部和动力主轴上的径向轴承组件的内外圈之间均设有分压泄流通道。

作为优选，所述发射冲击源包括沿圆周分布的环形冲击轨道和设置在环形冲击轨道内的滚珠，所述环形冲击轨道呈高低起伏形状，且高低面之间平滑衔接。

作为优选，所述下锁紧螺母内套设有径向承载轴承，所述径向承载轴承设置在发射冲击源的下端面与发射冲击体的凸缘面之间，所述径向承载轴承内圈与发射连接杆接触。

本发明取得的有益效果是：过滤总成、动力总成和旋冲微地震发射总成之间通过自锁螺纹连接，拆卸安装方便且连接可靠性好，防止工况复杂造成脱扣现象；过滤总成设置在动力总成上方，过滤总成与钻杆连接的同时，将钻井液中的固体颗粒过滤，钻井液中固体颗粒对动力总成中的定子转子组以及旋冲微地震总成中的发射冲击源造成损害；双母短节一端通过螺纹与动力主轴连接，另一端通过花键与主轴短节连接，可以使动力总成上的定子转子组件数量增加两到三节，增大动力输出扭矩；发射冲击源产生轴向冲击，通过弹簧的反作用力施加于发射冲击体，进一步使发射冲击体产生轴向冲击作用；同时径向承载轴承外圈与下锁紧螺母内圈相互配合，且配合面均采用烧结碳化钨特殊处理，防止摩擦并承受径向载荷，增加了使用寿命；发射冲击源的冲击频率与发射连接杆的转速成1:3至1：5的关系，可以通过调整发射连接杆的转速来改变冲击频率，可与不同转速的马达相配合使用；采用此结构的冲击方式，产生较大的冲击力，并对钻头无损伤；综上所述，本发明结构简单，使用方便；产生较大的轴向冲击力，井下运转稳定，安全可靠，与井下动力马达配合，更能提高机械钻速，使用寿命长，主要应用于硬地层中冲击破碎岩石，并在钻井过程中产生微地震与地面设备配合使用对油藏进行评价。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为发射冲击源环形冲击轨道结构示意图；

图3为发射冲击源环形冲击轨道展开示意图；

图4为旋冲微地震总成结构示意图；

图5为发射冲击源结构示意图；

图6为发射冲击源展开图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种涡轮式发射器，一种涡轮式发射器,包括动力总成2、过滤总成1和旋冲微地震发射总成3，过滤总成1、动力总成2和旋冲微地震发射总成3之间通过自锁螺纹连接，安装拆卸方便，连接牢靠，防止工况复杂造成脱扣现象；动力总成2是该发射器产生源动力的组成部分，通过钻井液的作用，驱动定子转子组件24(涡轮节)的叶片相对转动，从而带动动力主轴21产生旋转，从而产生旋转的源动力。

如图3所示，动力总成2包括主轴外壳体22、动力主轴21、若干组径向轴承组件23和定子转子组件24，动力主轴21作为动力总成2中各部件的承载体将各部件连接起来，且安装在主轴外壳体22内；若干组径向轴承组件23和定子转子组件24均安装在动力主轴21上，处于主轴外壳体22和动力主轴21之间，相邻组径向轴承组件23之间均设有定子转子组件24；在动力主轴21上端的径向轴承组件23和定子转子组件24通过调整外隔套25和主轴台肩211进行轴向限位，在动力主轴21下端的径向轴承组件23和定子转子组件24通过调整隔套26和锁紧螺母27轴向限位并锁紧，通过调整外隔套25、主轴台肩211、调整隔套26和锁紧螺母27的共同作用，将径向轴承组件23和定子转子组件24轴向限位并锁紧在动力主轴21上，当钻井液作用于定子转子组件24时，驱动动力主轴21转动，作为发射器的源动力，图3中共设有四组定子转子组件24，每组定子转子组件24设定为80～120级涡轮组，保证动力主轴21旋转力的大小，在每组径向轴承组件23的内外圈之间和动力主轴21的台肩部211上均设有分压泄流通道231，可以有效降低钻井过程中钻井液的压力损耗。动力主轴21两端均设有双母短节28，双母短节28一端与动力主轴21螺纹连接，另一端通过花键与主轴短节29连接，可以根据钻井施工的需要方便增加径向轴承组件23和定子转子组件24的数量，且方便安装与拆卸方便。

如图1所示，过滤总成1包括过滤壳体11和过滤装置12，过滤装置12设置在过滤壳体11内，过滤壳体11通过转换接头6与主轴外壳体22上端固定连接，过滤总成1与钻杆连接，同时将钻井液中的固体颗粒过滤，避免发射器工作时，钻井液中固体颗粒对动力总成2中的定子转子组件24以及旋冲微地震总成3中的发射冲击源38造成损害。

如图4所示,旋冲微地震总成3包括发射壳体31、发射连接杆32、固定锁紧螺母33、轴承34、过流环35、弹簧36、弹簧导向环37、发射冲击源38、o型密封圈9、下锁紧螺母39、径向承载轴承40、发射冲击体42和冲击锁紧螺母41，发射连接杆32设置在发射壳体31内，固定锁紧螺母33、轴承34、过流环35、弹簧36、弹簧导向环37、发射冲击源38、下锁紧螺母39和发射冲击体42由上至下依次设置在发射连接杆32上。

发射连接杆32作为其它零部件的载体，传递上方动力主轴21旋转产生的动力；发射连接杆32上端通过主轴短节29与动力主轴21下端固定连接，发射壳体31上端通过壳体短节5与主轴外壳体22下端固定连接；固定锁紧螺母33通过螺纹的方式固定在发射连接杆32上部；轴承34内圈套设在发射连接杆32上，外圈与发射壳体31接触，轴承34的上端顶靠在固定锁紧螺母33上，下端抵靠在过流环35的上端面上，过流环35通过螺纹固定设置在发射连接杆32上，下端面抵靠在弹簧36的上端，过流环35对轴承34的下部起到一定的固定作用，对弹簧36的上部起到固定作用；弹簧36通过弹簧导向环37安装在过流环35于发射冲击源38之间，弹簧导向环37通过螺纹固定设置在发射连接杆32上，弹簧36套设在弹簧导向环37外圆面上，弹簧36下端抵靠在弹簧导向环37下部凸起的一个端面上，弹簧导向环37下部凸起的另一个端面上抵靠在发射冲击源38的上端面上，弹簧导向环37起到弹簧36变形导向的作用，确保弹簧36压缩时只有轴向受力，弹簧36通过过流环35起一定的预紧力，对发射冲击源38起一定力的反作用；发射冲击源38套设在发射连接杆32上，发射冲击源38的下端与发射冲击体42的上端采用螺纹连接的方式固定在一起，发射冲击源38的下端面与发射冲击体42的凸缘面之间设有下锁紧螺母39，下锁紧螺母39和固定锁紧螺母33共同作用限制轴承34、过流环35、弹簧36、弹簧导向环37和发射冲击源38在发射连接杆32上的轴向窜动；发射冲击体42通过冲击锁紧螺母41与发射连接杆32的下端固定。

下锁紧螺母39内圈套设有径向承载轴承40，径向承载轴承40设置在发射冲击源38的下端面与发射冲击体42的凸缘面之间，径向承载轴承40内圈与发射连接杆32接触，下锁紧螺母39与径向承载轴承40配合承受工作时所受的径向载荷，其中下锁紧螺母39的内圈表面与径向承载轴承40的外圈表面采用烧结的碳化钨特殊处理，增加耐磨性和承受径向载荷的能力。

为了防止钻井液进入发射冲击体42下端的钻头中，在下锁紧螺母39与发射壳体31之间设有o型密封圈。

如图5-6所示，发射冲击源38包括沿圆周分布的环形冲击轨道381和设置在环形冲击轨道内的若干滚珠382，环形冲击轨道381呈高低起伏形状，且高低面之间平滑衔接，当发射连接杆32带动发射冲击源38旋转时，若干滚珠382在环形冲击轨道381内轴向运动，由于环形冲击轨道381高低不平，滚珠382对环形冲击轨道381产生轴向冲击力，轴向冲击的频率与发射连接杆32的转速及环形冲击轨道381的形状有关，根据实际冲击源的需要冲击频率一周可以产生3～5次，冲击频率与发射连接杆32的转速一般成1:3～5的关系，轴向冲击力进一步通过发射冲击体42传导到钻头上，提供钻井效率。

钻井过程中发射冲击源38产生的具有一定频率的轴向冲击力微地震还可以与地面设备配合使用对油藏进行评价。