一种三维水力振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三维水力振荡器，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，摩阻是影响钻速的重要因素。常规钻井时，钻具组合与井壁之间处于静摩擦状态。无论是直井、定向井还是水平井，钻进过程中钻柱与井壁之间的摩阻都是影响钻速的重要因素，由钻具组合与井壁摩擦所造成的额外扭矩与摩阻导致机械钻速低，工具面控制困难，单趟钻进尺很少，异常严重的钻柱和钻头磨损等，当累积摩擦力超过所施加钻压时，就会出现托压现象，迫使管柱发生正旋弯曲或螺旋屈曲。特别在水平井钻井过程中，钻具在井眼曲率较大的井段，或在过长水平段会产生较大摩阻、托压现象，无法有效施加钻压。摩阻大、托压问题不仅严重影响水平井的机械钻速，同时也容易引起粘卡等井下复杂事故的发生。为解决上述水平井钻进摩阻大的问题，相关领域学者进行了大量研究，添加润滑剂、管柱上安装滚子、使用稳定器和液力加压器等。实践表明，利用水力国内外专家研制了产生轴向振动的水力振荡器用于降低摩阻，具有较好效果。但水力振荡器仅仅产生轴向振动，降磨减阻效果有限。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于:提供一种钻井过程中可实现径向以及轴向振动，将钻进过程中的静摩擦变为动摩擦，可有效降低摩阻，提高机械钻进的三维水力振荡器。
[0004]本发明的技术方案是:
一种三维水力振荡器，包括振荡短节和动力短节，振荡短节和动力短节相互之间螺纹连接，其特征在于:所述的振荡短节由花键轴、连接套、振荡短节外套和蝶形弹簧构成，花键轴上套装有连接套，连接套一侧的花键轴上装有振荡短节外套，振荡短节外套与连接套之间螺纹连接；振荡短节外套内的花键轴上安装有蝶形弹簧；
所述的动力短节由主轴、主轴壳体、涡轮转子和涡轮定子构成；主轴上设置有主轴壳体，主轴壳体的一端通过螺栓安装有上端盖，主轴壳体的另一端螺纹安装有下端盖，上端盖和下端盖内侧的主主轴上分别通过密封底座和密封圈安装有密封挡圈；上端盖与密封底座之间的主轴上通过压紧套装有压紧环，主轴壳体的外表面对称设置有外凸台，主轴壳体内表面的中间部位设置有内凸台，内凸台一侧的主轴上通过调整套A安装有限流环，限流环一侧的主轴上通过调整套B安装有止推轴承A ;内凸台另一侧的主轴上设置有调整套C，调整套C一侧的主轴上通过挡圈装有止推轴承B，调整套C另一侧的主轴上对称安装有扶正轴承，扶正轴承之间的主轴上通过调整套D安装有涡轮转子和涡轮定子。
[0005]所述的花键轴的端头圆周上设置有外螺纹，振荡短节外套一端的内壁上设置有内螺纹。
[0006]所述的连接套与花键轴之间设置有密封圈。
[0007]所述的主轴一端的端头上设置有外螺纹。
[0008]本发明的有益效果是:
该三维水力振荡器，结构简单紧凑，在钻进过程中可实现径向振动以及轴向振动，以及实现三维层次的降磨减阻，可有效提高机械钻速。并且该三维水力振荡器没有传统振荡器的定阀与动阀阀片，通过流道口与外壳内凸台的相对运动产生动阀与定阀效果，进而产生压力脉冲实现轴向振动，还可以降低磨损效，可有效提高机械钻速，达到较好的减阻效果。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的动力短节的结构示意图；
图3为本发明的振荡短节的结构示意图；
图4为图1A — A向的结构示意图。
[0010]图中:1、花键轴，2、连接套，3、振荡短节外套，4、蝶形弹簧，5、主轴，6、主轴壳体，7、止推轴承A，8、涡轮转子，9、涡轮定子，10、上端盖，11、下端盖，12、密封底座，13、密封挡圈，14、压紧套，15、压紧环，16、外凸台，17、内凸台，18、调整套A，19、限流环，20、调整套B，21、调整套C，22、挡圈，23、止推轴承B，24、扶正轴承，25、调整套D。
【具体实施方式】
[0011]该三维水力振荡器包括振荡短节和动力短节。振荡短节由花键轴1、连接套2、振荡短节外套3和蝶形弹簧4构成，花键轴1上套装有连接套2，连接套2 —侧的花键轴1上装有振荡短节外套3，振荡短节外套3与连接套2之间螺纹连接；振荡短节外套3内的花键轴1上安装有蝶形弹簧4 ;连接套2与花键轴1之间设置有密封圈。花键轴1与连接套2为滑动连接，花键轴1用于传递扭矩。
[0012]动力短节由主轴5、主轴壳体6、涡轮转子8和涡轮定子9构成；主轴5上设置有主轴壳体6，主轴壳体6的一端通过螺栓安装有上端盖10，主轴壳体6的另一端螺纹安装有下端盖11，上端盖10和下端盖11内侧的主轴5上分别通过密封底座12和密封圈安装有密封挡圈13 ;上端盖10与密封底座13之间的主轴5上通过压紧套14装有压紧环15。
[0013]主轴壳体6的外表面对称设置有外凸台16，主轴壳体6内表面的中间部位设置有内凸台17。内凸台16 —侧的主轴2上通过调整套A18安装有限流环19，限流环19 一侧的主轴5上通过调整套B20安装有止推轴承A7 ;内凸台17另一侧的主轴5上设置有调整套C21。调整套C21 —侧的主轴5上通过挡圈22装有止推轴承B23。调整套C21另一侧的主轴2上对称安装有扶正轴承24。扶正轴承24之间的主轴5上通过调整套D25安装有涡轮转子8和涡轮定子9。
[0014]该三维水力振荡器的花键轴1的端头圆周上设置有外螺纹，振荡短节外套3 —端的内壁上设置有内螺纹。主轴2—端的端头上设置有外螺纹。振荡短节和动力短节之间通过振荡短节外套3的内螺纹与主轴2端头的外螺纹相互配合螺纹连接。
[0015]该三维水力振荡器工作时，由于蝶形弹簧4安装在花键轴1与振荡短节外套3形成的环形空间内，简谐压力波传递到蝶形弹簧4，带动振荡短节外套3在轴向产生简谐振动。
[0016]钻井液进入主轴5从流道进入涡轮部分，带动涡轮转子8旋转，涡轮转子8带动主轴壳体6 —起旋转，主轴壳体6外表面对称设置的外凸台16呈180°分布，当主轴壳体6旋转时，外凸台16与井壁接触时，钻具其他部分脱离井壁。主轴壳体6周期旋转，即可实现径向振动。
[0017]主轴壳体6内表面的内凸台17与钻井液出口流道形成动阀与定阀，内凸台17呈120°分布，且3个内凸台17对应3个流道口，内凸台17宽度略小于流道口宽度。当钻井液带动涡轮转子8与主轴壳体6 —起旋转时，内凸台17与流道口之间实现周期性的开合，即可产生周期性的压力脉冲，产生轴向振动。
[0018]主轴5上的止推轴承A7与限流环19允许有少量泥浆液进入止推轴承部分，可起到润滑作用。止推轴承A7用于承受轴向力。止推球轴B23承用于承受另一侧轴向力。
[0019]密封底座12、密封挡圈13与密封圈构成密封装置实现密封功能。压紧套14与压紧环15通过螺钉连接，从而将压紧套14压紧在主轴5上，用于前段的轴向定位。
[0020]该三维水力振荡器为防止主轴壳体6轴向串动，调整套A18与内凸台17接触，产生的轴向力可通过限流环19传递到止推轴承A7。另一侧，调整套C21设计有一个台肩，与主轴壳体6内肩相接触，将轴向力传递给止推轴承B23。
[0021]该三维水力振荡器，结构简单紧凑，可有效降低磨损，提高机械钻速，达到较好的减阻效果。
【主权项】
1.一种三维水力振荡器，包括振荡短节和动力短节，振荡短节和动力短节相互之间螺纹连接，其特征在于:所述的振荡短节由花键轴(1)、连接套(2)、振荡短节外套(3)和蝶形弹簧(4)构成，花键轴(1)上套装有连接套(2 )，连接套(2 ) 一侧的花键轴(1)上装有振荡短节外套(3)，振荡短节外套(3)与连接套(2)之间螺纹连接；振荡短节外套(3)内的花键轴(1)上安装有蝶形弹簧(4); 所述的动力短节由主轴(5)、主轴壳体(6)、涡轮转子(8)和涡轮定子(9)构成；主轴(5 )上设置有主轴壳体(6 )，主轴壳体(6 )的一端通过螺栓安装有上端盖(10 )，主轴壳体(6 )的另一端螺纹安装有下端盖(11)，上端盖(10)和下端盖(11)内侧的主轴(5)上分别通过密封底座(12)和密封圈安装有密封挡圈(13);上端盖(10)与密封底座(12)之间的主轴(5)上通过压紧套(14)装有压紧环(15)，主轴壳体(6)的外表面对称设置有外凸台(16)，主轴壳体(6 )内表面的中间部位设置有内凸台(17 )，内凸台(17 ) —侧的主轴(5 )上通过调整套A (18)安装有限流环(19)，限流环(19) 一侧的主轴(5)上通过调整套B (20)安装有止推轴承A (7);内凸台(17)另一侧的主轴(5)上设置有调整套C (21)，调整套C (21)—侧的主轴(5)上通过挡圈(22)装有止推轴承B (23)，调整套C (21)另一侧的主轴(5)上对称安装有扶正轴承(24)，扶正轴承(24)之间的主轴(5)上通过调整套D (25)安装有涡轮转子(8)和涡轮定子(9)。2.根据权利要求1所述的一种三维水力振荡器，其特征在于:所述的花键轴(1)的端头圆周上设置有外螺纹，振荡短节外套(3) —端的内壁上设置有内螺纹。3.根据权利要求1所述的一种三维水力振荡器，其特征在于:所述的连接套(2)与花键轴(1)之间设置有密封圈。4.根据权利要求1所述的一种三维水力振荡器，其特征在于:所述的主轴(5)—端的端头上设置有外螺纹。
【专利摘要】本发明涉及一种三维水力振荡器，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。该振荡器包括振荡短节和动力短节，振荡短节和动力短节相互之间螺纹连接，所述的振荡短节由花键轴、连接套、振荡短节外套和蝶形弹簧构成，花键轴上套装有连接套，连接套一侧的花键轴上装有振荡短节外套，振荡短节外套与连接套之间螺纹连接；振荡短节外套内的花键轴上安装有蝶形弹簧；该振荡器，结构简单紧凑，在钻进过程中可实现径向振动以及轴向振动，以及实现三维层次的降磨减阻，可有效提高机械钻速。并且该三维水力振荡器没有传统振荡器的定阀与动阀阀片，通过流道口与内凸台的相对运动产生动阀与定阀效果，进而产生压力脉冲实现轴向振动，还可以降低磨损效，可有效提高机械钻速，达到较好的减阻效果。
【IPC分类】E21B7/24, E21B28/00
【公开号】CN105332655
【申请号】CN201510838286
【发明人】夏成宇, 吕加华, 王杰, 冯定
【申请人】长江大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月26日