三维水力振荡器的制作方法

本发明涉及石油工业机械，具体地涉及一种用于井下钻井工具的三维水力振荡器。

背景技术：

1、目前，国内外对于石油天然气的需求越来越大，许多开采难度较大的储藏油气逐渐进入开发阶段，以提高石油天然气产量，从而满足人们日益增长的能源需求。同时，石油钻井技术不断发展，大量的新型井下工具不断被研发使用，使得非常规结构井的钻探成为可能。尤其是大位移井、多分支水平井、大斜度井等复杂结构井的出现，使得以前不具备开采条件的油气逐渐被开发，并且复杂结构井的数量也逐渐增多。

2、在这种情况下，如何实现快速钻进和提高水平段长度成为关注的焦点。然而，由于井斜角较大造成钻柱和井壁之间的摩阻较大，钻压传递效率低，严重限制了钻进速度，也容易引起压差卡钻等井下故障。尤其是在滑动钻进时，无法给钻头施加真实有效的钻压，这就降低了钻井效率，并且延长了钻井周期。

3、为了解决上述问题，国内外许多公司相继研发了各自的水力振荡器，用于提高钻井效率。水力振荡器主要应用于石油天然气钻井工程，用于使钻具在轴向上产生振动，将静摩擦力转变成动摩擦力，降低钻具钻钻进过程中与井壁之间的摩阻，实现钻头的高效破岩。

4、然而，目前的水力振荡器均存在一些问题，无法有效地产生振动而静摩擦力转变成动摩擦力。因此，需要研发一种新型的水力振荡器。

技术实现思路

1、针对如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种用于井下钻井工具的三维水力振荡器。

2、根据本发明，提供了一种用于井下钻井工具的水力振荡器，包括上游端用于与上部钻具连接的外壳组件、设置在所述外壳组件的作用力发生机构；设置在所述作用力发生机构的下游的振荡机构；以及芯轴。其中，作用力发生机构包括：同心布置在所述外壳组件内的中空的传动轴；布置在所述传动轴上的阀盘机构，其中，所述阀机构包括定阀盘和动阀盘，所述动阀盘设置成能由所述传动轴驱动旋转，从而使所述阀盘机构的过流面积呈周期性变化；以及形成于所述外壳组件和传动轴之间的钻井液分流单元，其包括安装在所述外壳组件内的连接头、安装在所述连接头内部的分流件、套设在所述外壳组件内的传力套筒，以及设置在所述连接头的下游并处于所述传力套筒内的涡轮节，其中，所述分流件构造成允许一部分钻井液直接流入所述传动轴内的中心通道而另一部分钻井液经所述涡轮节流入所述中心通道，所述传力套筒的两端分别与所述连接头和定阀盘固定连接，所述涡轮节构造成能够在钻井液的作用下带动所述传动轴旋转。振荡机构包括：与所述定阀盘固定连接的内套；以及安装在所述内套和所述外壳组件之间的弹性件，所述弹性件的两端分别与所述定阀盘和所述外壳组件抵接。芯轴的上游端与所述内套固定连接，下游端延伸到所述外壳组件之外，用于与下部钻具相连。所述芯轴的外表面通过螺旋花键配合与外壳组件的内表面连接。

3、在一个实施例中，所述外壳组件包括沿轴向方向从上游端向下游端依次设置且固定在一起的缸筒、中接头和外筒。所述外筒的内表面设有第一螺旋花键，所述芯轴的外表面设有与所述第一螺旋花键相配合的第二螺旋花键。

4、在一个实施例中，所述弹性件包括多组串联在一起的碟簧，并在轴向上位于形成在所述定阀盘和所述中接头之间的间隙内。

5、在一个实施例中，在所述内套上设有连通所述间隙和中心通道的平衡孔。

6、在一个实施例中，在所述中接头的径向内侧安装有内套外环，所述内套外环的内表面分别与所述内套和所述芯轴固定连接。

7、在一个实施例中，在所述弹性件的两端与所述定阀盘的下游端和所述中接头的上游端之间分别设有垫片。

8、在一个实施例中，所述分流件构造成套筒件，在所述套筒件的周向壁上设有若干缝隙，从而允许一部分钻井液流入所述涡轮节。所述分流件固定在所述传动轴的上游端，并且在所述传动轴内邻近所述分流件处安装有喷嘴。

9、在一个实施例中，所述涡轮节包括定子和转子，所述转子构造成能在钻井液的作用下转动，从而带动所述传动轴旋转。

10、在一个实施例中，在所述传力套筒内的所述涡轮节的下游处设有调整环，在所述传动轴的对应于所述调整环的区域内设有通槽，用于将流经所述涡轮节的钻井液引导到所述中心通道。所述动阀盘通过涡轮座与所述传动轴固定在一起，并通过轴承安装在所述定阀盘上。

11、在一个实施例中，所述下部钻具为钻杆或钻铤。

12、根据本发明的水力振荡器包括振荡机构，其能够使钻具在轴向和周向上均产生振动，从而高效地将静摩擦力转变成动摩擦力，降低钻具在水平钻进过程中与井壁之间的摩阻，实现钻头的高效破岩。

技术特征：

1.一种用于井下钻井工具的水力振荡器，包括：

2.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述外壳组件(2)包括沿轴向方向从上游端向下游端依次设置且固定在一起的缸筒(10)、中接头(50)和外筒(60)，

3.根据权利要求2所述的水力振荡器，其特征在于，所述弹性件包括多组串联在一起的碟簧(45)，并在轴向上位于形成在所述定阀盘(32)和所述中接头(50)之间的间隙(46)内。

4.根据权利要求3所述的水力振荡器，其特征在于，在所述内套(44)上设有连通所述间隙(46)和中心通道(11)的平衡孔(43)。

5.根据权利要求4所述的水力振荡器，其特征在于，在所述中接头(50)的径向内侧安装有内套外环(47)，所述内套外环(47)的内表面分别与所述内套(44)和所述芯轴(70)固定连接。

6.根据权利要求5所述的水力振荡器，其特征在于，在所述弹性件的两端与所述定阀盘(32)的下游端和所述中接头(50)的上游端之间分别设有垫片(42)。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的水力振荡器，其特征在于，所述分流件(13)构造成套筒件，在所述套筒件的周向壁上设有若干缝隙(6)，从而允许一部分钻井液流入所述涡轮节(12)，

8.根据权利要求7所述的水力振荡器，其特征在于，所述涡轮节(28)包括定子和转子，所述转子构造成能在钻井液的作用下转动，从而带动所述传动轴(12)旋转。

9.根据权利要求8所述的水力振荡器，其特征在于，在所述传力套筒(25)内的所述涡轮节(28)的下游处设有调整环(27)，在所述传动轴(12)的对应于所述调整环(27)的区域内设有通槽(29)，用于将流经所述涡轮节(28)的钻井液引导到所述中心通道(11)，以及

10.根据权利要求1到6中任一项所述的水力振荡器，其特征在于，所述下部钻具为钻杆或钻铤。

技术总结
本发明提供了一种三维水力振荡器，其用于井下钻井工具，并包括外壳组件、作用力发生机构、振荡机构和芯轴。作用力发生机构包括：布置在外壳组件内的传动轴；布置在传动轴上的阀盘机构，其包括定阀盘和动阀盘，动阀盘设置成能由传动轴驱动旋转，从而使阀盘机构的过流面积呈周期性变化；以及形成于外壳组件和传动轴之间的钻井液分流单元。振荡机构包括：与定阀盘固定连接的内套；以及安装在内套和外壳组件之间的弹性件，其两端分别与所述定阀盘和所述外壳组件抵接。芯轴的上游端与内套固定连接，下游端延伸到外壳组件之外，用于与下部钻具相连。芯轴外表面通过螺旋花键配合与外壳组件的内表面连接。

技术研发人员：赵晨熙,崔晓杰,赵建军,马兰荣,陈武君,臧艳彬,阮臣良,张东清,程光明,张文平
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12