一种钻井用水力振荡器的制作方法

本实用新型涉及一种石油钻井器具，特别涉及一种钻井用水力振荡器，属于石油钻井设备技术领域。

背景技术：

随着石油开采力度的增大，高难度定向井、水平井越来越多，在大斜度井段定向施工中，由于钻柱自重的绝大部分压向井壁，管柱和井眼之间会管柱摩阻较大，导致扭矩增大、滑动钻进拖压，使钻压不能真实有效地加到钻头上，易造成工具面不稳定、机械钻速低、损坏钻头螺杆、不及时活动钻具易粘卡、甚至因无法施工而达不到勘探开发目的等。滑动钻进托压，主要原因是螺杆及上部钻具不转，使原本钻具与井壁接触段的滑动摩擦力变成静摩擦力，而静摩擦力通常要比动摩擦力大很多。因此，在滑动钻进时，在钻具适当位置安放振动装置，可减小钻具与井壁之间的摩擦力力。振动对减小摩擦力的作用，主要通过改变摩擦因数和摩擦力方向实现，利用振动可以使滑动钻进时的静摩擦力减小到动摩擦力大小。这样可大大减小管柱的摩擦阻力，达到增加传递到钻头上的有效钻压、提高机械钻速以及延伸管柱入井位移等目的。

近年来，利用振动原理缓解滑动钻进托压的工具发展较快，这类工具结构主要由动力部分、阀门总成及振荡部分组成，动力部分有的螺杆马达式、有的是涡轮式，阀门总成主要是动阀片和定阀片组成，振荡部分主要由碟簧和活塞组成。

以上结构存在如下不足之处：

⑴采用螺杆马达作为动力驱动阀片，因马达定子有橡胶件，存在橡胶老化、脱胶及耐温性能等限制使用寿命。

⑵采用涡轮作为动力驱动阀片，因现有涡轮式水力振荡器普遍采用缩短的涡轮，这类涡轮结构复杂、加工难度大、安装维护不便且工作压降高。

⑶由于水力振荡器工作环境恶劣，经过的流体流速高、阀片转速快，阀门水孔易冲蚀、盘阀易磨损，导致水力振荡器工作受限。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻井用水力振荡器，安全性高，加工难度低，耐冲蚀性能好，使用寿命长，且工具的压力损耗低。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种钻井用水力振荡器，包括上接头、筒体和下接头，所述上接头的下端旋接在所述筒体的上端口中，所述下接头的上端旋接在所述筒体的下端口中，所述筒体的内腔自上而下依次设有上压套、上扶正套、叶轮轴、下扶正套和下压套，所述上压套的上端口抵靠在所述上接头的下端口下方，所述上压套的下端口压在所述上扶正套的上端口上，所述上扶正套的下端支撑在所述筒体的上台阶上，所述叶轮轴的上端插接在所述上扶正套的中心孔中，所述叶轮轴的下端插接在所述下扶正套的中心孔中，所述下扶正套的上端抵靠在所述筒体的下台阶下方，所述下扶正套的下端口压在所述下压套上，所述下压套的底部压在所述定阀盘上，所述定阀盘的下端压在所述下接头的上端口上；所述叶轮轴的外周均匀分布有螺旋叶片，各所述螺旋叶片之间形成多道螺旋槽；所述上扶正套中设有竖向贯通的上扶正套流道，所述下扶正套中设有竖向贯通的下扶正套流道；沿所述叶轮轴的轴线设有叶轮轴中心孔道，且所述叶轮轴的下端头封闭，所述叶轮轴的下端连接有与叶轮轴共轴线的动阀盘驱动轴，所述动阀盘驱动轴的下端固定连接有动阀盘，所述动阀盘的下端面贴合在所述定阀盘上；所述定阀盘上偏心设置有至少一个定阀盘水孔，所述动阀盘上偏心设置有至少一个动阀盘水孔，所述动阀盘水孔与所述定阀盘水孔的孔径相同且与定阀盘水孔位于同一个圆周上。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：叶轮轴的上下两端分别支撑在上扶正套和下扶正套的中心孔中，螺旋叶片的顶部与筒体的内壁间隙配合，钻井液从上压套的中心孔流出后，通过上扶正套流道进入叶轮轴的螺旋槽中，再从下扶正套的下扶正套流道流出，再经动阀盘水孔和定阀盘水孔向下进入下接头的中心孔。在螺旋叶片的驱动下，叶轮轴高速旋转，通过动阀盘驱动轴带动动阀盘转动，动阀盘水孔与定阀盘水孔产生周期性的交错或重合，使得钻井液过流面积会发生周期性的高频变化，进而产生压力脉动，通过压力脉冲驱动连接在其上部的振动发生工具产生轴向周期性温和振动，使得钻具组合产生轴向蠕动，将静摩擦转变为动摩擦，减少滑动钻进和旋转钻进时井壁与钻杆之间的摩擦，改善钻压传递，提高机械钻速及大位移井、水平井延伸能力。该工具具有使用安全、工作寿命长、不会对钻头或其它钻具产生破坏等特点。可以通过改变螺旋叶片的数量和螺旋升角来调整叶轮轴的转速。

作为本实用新型的改进，所述叶轮轴中心孔道的底部通过所述叶轮轴圆周壁上的叶轮轴侧流道与叶轮轴的外部空间相通，所述叶轮轴侧流道在所述叶轮轴的圆周壁上均匀分布有多个。进入叶轮轴中心孔道的钻井液从叶轮轴侧流道排出，与叶轮轴外周的钻井液汇流，可以通过改变叶轮轴中心孔道及叶轮轴侧流道与螺旋槽的过流面积比来改变驱动叶轮轴的钻井液流量以调整叶轮轴转速。

作为本实用新型的进一步改进，所述叶轮轴侧流道的内端头向下倾斜。有利于减小叶轮轴外侧钻井液的流动阻力。

作为本实用新型的进一步改进，所述上扶正套流道和所述下扶正套流道的过流面积均与所述螺旋槽的过流面积相等。避免流经叶轮轴外周的钻井液产生阻滞，导致不必要的压降。

作为本实用新型的进一步改进，所述螺旋叶片的横截面形状为矩形或梯形。螺旋叶片可以是圆柱螺旋叶片或者是圆锥螺旋叶片。

作为本实用新型的进一步改进，所述叶轮轴的螺旋叶片表面设有渗氮处理层或硬质合金喷涂层。可以提高螺旋叶片的耐冲蚀性能，延长叶轮轴的使用寿命。

作为本实用新型的进一步改进，所述动阀盘水孔与所述定阀盘水孔的上端入口处分别镶嵌有硬质合金喷嘴。因压力脉冲易导致水击冲蚀破坏，在最容易破坏的部位设置硬质合金喷嘴，可以提高工具的工作寿命。

作为本实用新型的进一步改进，所述定阀盘水孔在定阀盘的圆周上均匀分布有五只，所述动阀盘水孔在所述动阀盘的圆周上均匀分布有三只。采用上三孔与下五孔的搭配，当某个动阀盘水孔与某个定阀盘水孔完全重合时，另两个动阀盘水孔分别与其它的定阀盘水孔交叉，此时达到最大的过流面积，实现最大的钻井液流量，动阀盘每转动24°即会依次在各水孔中形成一个脉冲；同时保证整个振荡器维持一定的过流面积，保证钻井液的流量。

附图说明

图1为本实用新型钻井用水力振荡器的主视图。

图2为图1中叶轮轴的立体图。

图3为图1中动阀盘的俯视图。

图4为图1中定阀盘的俯视图。

图5为动阀盘与定阀盘的配合关系图。

图中：1.上接头；2.筒体；3.上压套；4.上扶正套；4a.上扶正套流道；5.叶轮轴；5a.螺旋叶片；5b.螺旋槽；5c.叶轮轴中心孔道；5d.叶轮轴侧流道；6.下扶正套；6a.下扶正套流道；7.下压套；8.动阀盘；8a.动阀盘水孔；9.定阀盘；9a.定阀盘水孔；10.下接头。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型的钻井用水力振荡器包括上接头1、筒体2和下接头10，上接头1的下端旋接在筒体2的上端口中，下接头10的上端旋接在筒体2的下端口中，筒体2的内腔自上而下依次设有上压套3、上扶正套4、叶轮轴5、下扶正套6和下压套7，上压套3的上端口抵靠在上接头1的下端口下方，上压套3的下端口压在上扶正套4的上端口上，上扶正套4的下端支撑在筒体2的上台阶上，叶轮轴5的上端插接在上扶正套4的中心孔中，叶轮轴5的下端插接在下扶正套6的中心孔中，下扶正套6的上端抵靠在筒体2的下台阶下方，下扶正套6的下端口压在下压套7上，下压套7的底部压在定阀盘9上，定阀盘9的下端压在下接头10的上端口上。

叶轮轴5的外周均匀分布有螺旋叶片5a，各螺旋叶片5a之间形成多道螺旋槽5b；上扶正套4中设有竖向贯通的上扶正套流道4a，下扶正套6中设有竖向贯通的下扶正套流道6a；沿叶轮轴5的轴线设有叶轮轴中心孔道5c，且叶轮轴5的下端头封闭，叶轮轴5的下端连接有与叶轮轴共轴线的动阀盘驱动轴，动阀盘驱动轴的下端固定连接有动阀盘8，动阀盘8的下端面贴合在定阀盘9上；定阀盘9上偏心设置有至少一个定阀盘水孔9a，动阀盘8上偏心设置有至少一个动阀盘水孔8a，动阀盘水孔8a与定阀盘水孔9a的孔径相同且与定阀盘水孔9a位于同一个圆周上。

叶轮轴中心孔道5c的底部通过叶轮轴圆周壁上的叶轮轴侧流道5d与叶轮轴5的外部空间相通，叶轮轴侧流道5d在叶轮轴5的圆周壁上均匀分布有多个。进入叶轮轴中心孔道5c的钻井液从叶轮轴侧流道5d排出，与叶轮轴5外周的钻井液汇流，可以通过改变叶轮轴中心孔道5c及叶轮轴侧流道5d与螺旋槽5b的过流面积比来改变驱动叶轮轴5的钻井液流量以调整叶轮轴5转速。

叶轮轴侧流道5d的内端头向下倾斜，有利于减小叶轮轴外侧钻井液的流动阻力。

上扶正套流道4a和下扶正套流道6a的过流面积均与螺旋槽5b的过流面积相等，避免流经叶轮轴5外周的钻井液产生阻滞，导致不必要的压降。

螺旋叶片5a的横截面形状为矩形或梯形，螺旋叶片5a可以是圆柱螺旋叶片或者是圆锥螺旋叶片。

叶轮轴5的螺旋叶片5a表面设有渗氮处理层或硬质合金喷涂层，可以提高螺旋叶片5a的耐冲蚀性能，延长叶轮轴5的使用寿命。

动阀盘水孔8a与定阀盘水孔9a的上端入口处分别镶嵌有硬质合金喷嘴，因压力脉冲易导致水击冲蚀破坏，在最容易破坏的部位设置硬质合金喷嘴，可以提高工具的工作寿命。

叶轮轴5的上下两端分别支撑在上扶正套4和下扶正套6的中心孔中，螺旋叶片5a的顶部与筒体2的内壁间隙配合，钻井液从上压套3的中心孔流出后，通过上扶正套流道4a进入叶轮轴5的螺旋槽5b中，再从下扶正套6的下扶正套流道6a流出，再经动阀盘水孔8a和定阀盘水孔9a向下进入下接头10的中心孔。在螺旋叶片5a的驱动下，叶轮轴5高速旋转，通过动阀盘驱动轴带动动阀盘8转动，动阀盘水孔8a与定阀盘水孔9a产生周期性的交错或重合，使得钻井液过流面积会发生周期性的高频变化，进而产生压力脉动，通过压力脉冲驱动连接在其上部的振动发生工具产生轴向周期性温和振动，使得钻具组合产生轴向蠕动，将静摩擦转变为动摩擦，减少滑动钻进和旋转钻进时井壁与钻杆之间的摩擦，改善钻压传递，提高机械钻速及大位移井、水平井延伸能力。该工具具有使用安全、工作寿命长、不会对钻头或其它钻具产生破坏等特点。可以通过改变螺旋叶片5a的数量和螺旋升角来调整叶轮轴5的转速。

定阀盘水孔9a在定阀盘9的圆周上均匀分布有五只，动阀盘水孔8a在动阀盘8的圆周上均匀分布有三只。采用上三孔与下五孔的搭配，当某个动阀盘水孔8a与某个定阀盘水孔9a完全重合时，另两个动阀盘水孔8a分别与其它的定阀盘水孔9a交叉，此时达到最大的过流面积，实现最大的钻井液流量，动阀盘8每转动24°即会依次在各水孔中形成一个脉冲；同时保证整个振荡器维持一定的过流面积，保证钻井液的流量。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。