一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器，屬石油、天然氣開采、鉆井工具【技術(shù)領(lǐng)域】。它由振動短節(jié)總成、動力短節(jié)總成構(gòu)成；其特點是：振動短節(jié)總成由花鍵芯軸、聯(lián)接套、壓力轉(zhuǎn)換器、振蕩殼體等組成；動力短節(jié)總成包括壓緊套、渦輪軸；花鍵芯軸與聯(lián)接套間安裝有密封件，聯(lián)接套與振蕩殼體連接；振蕩殼體下端與動力短節(jié)總成連接；動力短節(jié)總成上端的壓緊套與振蕩殼體連接，壓緊套下端連接動力殼體，動力殼體的中心安裝有渦輪軸；渦輪軸從上至下依次安裝有扶正軸承、渦輪定子、渦輪轉(zhuǎn)子、兩組動閥及定閥、套筒、分流環(huán)、分流套、推力軸承。無徑向擺動，可在小流量下實現(xiàn)較高頻率的較大軸向振動，摩擦阻力小，增加有效鉆壓，提高了機械鉆速。
【專利說明】一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器，屬石油、天然氣開采、鉆井工具【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在鉆井過程中，影響大位移井和水平井鉆速的重要因素是摩擦阻力?；瑒鱼@井時，鉆具組合與井壁處于靜摩擦狀態(tài)，摩阻較大，容易造成鉆井托壓或卡鉆，嚴重影響鉆進過程，對水平井的影響尤為嚴重。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，大位移水平井和復(fù)雜狀況井逐漸增多，如何降低摩擦阻力減少滑動鉆井托壓現(xiàn)象，增加有效鉆壓、提高常規(guī)鉆井的效率，我國科研人員進行了大量探索和深入的研究。實踐表明，對鉆井柱施加適當?shù)闹芷谛缘妮S向振動，能有效減小鉆進過程中鉆具與井壁之間的摩擦阻力，將靜摩擦力變?yōu)閯幽Σ亮?，增加有效鉆壓，提聞機械鉆速。
[0003]目前國內(nèi)外研發(fā)的相應(yīng)工具包括:沖擊器、垂鉆工具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、水力加壓器、減阻工具及震擊器等，這些工具在一定程度上減小了摩阻，不過，這些工具的功能均比較單一，技術(shù)性能和質(zhì)量還處于較低水平，存在以下缺陷:其一是受結(jié)構(gòu)及材料的限制，未從根本上解決鉆進摩阻過大、振蕩效果不好的問題。其二是沖擊參數(shù)不合理，要求產(chǎn)生較高的沖擊力以及振蕩頻率以滿足鉆井需求，就必須配置更昂貴、更高性能的鉆井工具和鉆頭等設(shè)備。其三是壽命較短，持續(xù)工作能力差，從而增加起下鉆的次數(shù)，嚴重影響機械鉆速。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種可在較小流量下使用普通鉆頭和鉆具組合，產(chǎn)生較高頻率和較大軸向振動，有效減小鉆具組合在鉆井時的摩擦阻力；軸向產(chǎn)生的高頻振動可產(chǎn)生類似于沖擊鉆井的效果，提高機械鉆速；通過壓力柔和變化的周期性破巖，可提高破巖效率；解決現(xiàn)有技術(shù)功能單一，性能和質(zhì)量水平較低，須配置昂貴、高性能鉆頭和鉆具組合才能達到?jīng)_擊參數(shù)標準；受結(jié)構(gòu)和材料限制，使用壽命短，持續(xù)工作能力差，導(dǎo)致起下鉆次數(shù)多，嚴重阻滯機械鉆進，未從根本上解決鉆進摩阻過大、振蕩效果不好問題的鉆井用雙脈沖水力振蕩器。
[0005]本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的
該鉆井用雙脈沖水力振蕩器由振動短節(jié)總成、動力短節(jié)總成構(gòu)成；其特征在于:振動短節(jié)總成與動力短節(jié)總成通過螺紋連接；振動短節(jié)總成由花鍵芯軸、聯(lián)接套、壓力轉(zhuǎn)換器、壓緊螺母、振蕩殼體組成；花鍵芯軸上端通過螺紋與鉆桿連接，花鍵芯軸與聯(lián)接套間安裝有密封件，花鍵芯軸與聯(lián)接套內(nèi)壁滑動連接；聯(lián)接套與振蕩殼體通過螺紋連接；花鍵芯軸下外端與振蕩殼體間安裝有壓力轉(zhuǎn)換器；花鍵芯軸下端安裝有壓緊螺母，壓緊螺母中心開制有流道；振蕩殼體的下端通過螺紋與動力短節(jié)總成連接；
動力短節(jié)總成包括壓緊套、渦輪軸；動力短節(jié)總成上端的壓緊套通過螺紋與振蕩殼體連接，壓緊套的下端通過螺紋連接動力殼體，動力殼體的中心安裝有渦輪軸；渦輪軸從上至下依次安裝有上扶正軸承、渦輪定子、渦輪轉(zhuǎn)子、下扶正軸承、動閥1、動閥I1、定閥1、定閥
I1、套筒、分流環(huán)、分流套、推力軸承；
上扶正軸承與下扶正軸承間安裝有多級渦輪定子和多級渦輪轉(zhuǎn)子；動閥II與推力軸承間安裝有套筒；下扶正軸承的下端安裝有定閥1、定閥II和動閥1、動閥II ;分流環(huán)和分流套下端安裝有推力軸承，動力殼體的上端通過螺紋與壓緊套的下端連接；動力殼體的下端通過螺紋與下部接頭的上端連接；上扶正軸承、下扶正軸承、渦輪軸的中段和下段均開制有流道；動閥1、動閥I1、定閥1、定閥II均開制有相同的通孔；動閥1、動閥I1、定閥1、定閥II的中心均與動力殼體和渦輪軸的中心保持一致。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于
該鉆井用雙脈沖水力振蕩器采用渦輪作為動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)，無需配置價格昂貴的高性能、高質(zhì)量的鉆頭和鉆具組合，由于無徑向擺動，可在較小流量下，實現(xiàn)較高頻率和較大的軸向振動，大大減小鉆具組合在鉆井時的摩擦阻力，使用壽命長。同時，利用兩級動閥與定閥將產(chǎn)生的高頻壓力波傳遞給鉆頭射流，使破巖壓力呈柔性的周期性變化而有效破巖，提高機械鉆速。采用單個閥盤，動閥旋轉(zhuǎn)一周即可實現(xiàn)兩次壓力脈沖；采用兩級閥盤可實現(xiàn)兩次壓力脈沖的疊加，產(chǎn)生高幅值壓力脈沖，增加振蕩力；且可提供較小的軸向振動，在為鉆頭自身提供旋轉(zhuǎn)切削力的同時，還能提供一定強度的沖擊切削力，將靜摩擦力轉(zhuǎn)換為動摩擦力，增加有效鉆壓，有效提高機械鉆速。很好地解決了現(xiàn)有技術(shù)功能單一，性能和質(zhì)量水平較低，須配置昂貴、高性能鉆頭和鉆具組合才能達到?jīng)_擊參數(shù)標準；受結(jié)構(gòu)和材料限制，使用壽命短，持續(xù)工作能力差，導(dǎo)致起下鉆次數(shù)多，嚴重阻滯機械鉆進，未從根本上解決鉆進摩阻過大、振蕩效果不好的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]附圖1為一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器的振動短節(jié)總成的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器的動力短節(jié)總成的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖中:1、花鍵芯軸，2、聯(lián)接套，3、壓力轉(zhuǎn)換器，4、壓緊螺母，5、振蕩殼體，6、上扶正軸承，7、下扶正軸承，8、動閥I，9、動閥II，10、分流環(huán)，11、分流套，12、推力軸承，13、下部接頭，14、動力殼體，15、渦輪軸，16、套筒，17、定閥I，18、定閥II，19、渦輪轉(zhuǎn)子，20、渦輪定子，
21、壓緊套，22、密封件。

【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述:
該鉆井用雙脈沖水力振蕩器由振動短節(jié)總成、動力短節(jié)總成構(gòu)成；振動短節(jié)總成與動力短節(jié)總成通過螺紋連接；振動短節(jié)總成由花鍵芯軸1、聯(lián)接套2、壓力轉(zhuǎn)換器3、壓緊螺母
4、振蕩殼體5組成；花鍵芯軸I上端通過螺紋與鉆桿連接，花鍵芯軸I與聯(lián)接套2間安裝有密封件22，花鍵芯軸I與聯(lián)接套2內(nèi)壁滑動連接；聯(lián)接套2與振蕩殼體5通過螺紋連接；花鍵芯軸I下端與振蕩殼體5間安裝有壓力轉(zhuǎn)換器3 ;即壓力轉(zhuǎn)換器3安裝在花鍵芯軸I下端與振蕩殼體5內(nèi)側(cè)的環(huán)形空間中；花鍵芯軸I下底端安裝有壓緊螺母4，壓緊螺母4中心開制有流道；振蕩殼體5的下端通過螺紋與動力短節(jié)總成連接； 動力短節(jié)總成包括壓緊套21、渦輪軸15 ;動力短節(jié)上端的壓緊套21通過螺紋與振蕩殼體5連接，壓緊套21的下端通過螺紋連接動力殼體14 ;動力殼體14的中心安裝有渦輪軸15，渦輪軸15從上至下依次裝有上扶正軸承6、渦輪定子20、渦輪轉(zhuǎn)子19、下扶正軸承7、動閥I 8、動閥II 9、定閥I 17、定閥II 18、套筒16、分流環(huán)10、分流套11、推力軸承12 ；
上扶正軸承6與下扶正軸承7間安裝有多級渦輪定子20和多級渦輪轉(zhuǎn)子19 ;動閥II 9與推力軸承12間安裝有套筒16 ;下扶正軸承7的下端安裝有定閥I 17、定閥II 18和動閥
I8、動閥II 9 ;動閥I 8、動閥II 9轉(zhuǎn)動改變定閥I 17、定閥II 18與動閥間的過流面積；分流環(huán)10和分流套11下端安裝有推力軸承12，動力殼體14的上端通過螺紋與壓緊套21的下端連接；動力殼體14的下端通過螺紋與下部接頭13的上端連接；上扶正軸承6、下扶正軸承7、及渦輪軸15的中段和下段均開制有流道；大部分流體從渦輪軸15的流道通過，小部分流體沿分流環(huán)10從分流套11與套筒16間的流道通過；動閥I 8、動閥II 9、定閥I 17、定閥II 18均開制有相同的通孔；動閥I 8、動閥II 9、定閥I 17、定閥II 18的中心均與動力殼體14和渦輪軸15的中心保持一致。(參見附圖1?3)
在渦輪軸15的中間裝有兩組相同的定閥I 17、定閥II 18和兩組相同的動閥I 8、動閥
II9 ;兩組動定閥在一個周期內(nèi)產(chǎn)生兩次壓力脈沖，同時兩組動定閥產(chǎn)生的壓力脈沖的初始相位角相同。
[0010]上扶正軸承6與下扶正軸承7間安裝有多級渦輪定子20和渦輪轉(zhuǎn)子19，通過渦輪轉(zhuǎn)子19驅(qū)動渦輪軸15轉(zhuǎn)動，渦輪15軸帶動兩組動閥轉(zhuǎn)動。
[0011]花鍵芯軸I中段的花鍵軸能夠在振蕩殼體5的花鍵槽內(nèi)滑動。
[0012]分流環(huán)10、分流套11與套筒16間的流道能夠通過部分鉆井液，可對推力軸承12起到很好的潤滑作用。
[0013]該鉆井用雙脈沖水力振蕩器的工作過程如下:
由鉆井泵輸出的鉆井液驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子19轉(zhuǎn)動，渦輪轉(zhuǎn)子19帶動渦輪軸15轉(zhuǎn)動，從而使動閥I 8、動閥II 9轉(zhuǎn)動，在動閥I 8和動閥II 9周期性的轉(zhuǎn)動過程中，動閥I 8和動閥II 9與定閥I 18和定閥II 19的過流面積發(fā)生周期性變化，使壓緊螺母4下部的鉆井液的壓力呈周期性的變化，從而調(diào)制出簡諧性壓力波，同時控制兩級動閥定閥的位置和距離，使兩級簡諧性壓力波疊加，產(chǎn)生的疊加簡諧性壓力波向上傳遞給壓力轉(zhuǎn)換器3，最終使振動殼體5在軸向產(chǎn)生持續(xù)的簡諧性振動，這種簡諧性振動沿軸向傳遞到上部鉆桿和下部鉆桿，從而改善鉆柱與井壁間的摩擦阻力。
[0014]采用該鉆井用雙脈沖水力振蕩器，隨著壓緊螺母4下部的液體壓力的周期性變化，通過渦輪軸15、兩級動閥定閥將這種周期性壓力波傳遞給鉆頭射流，使得破巖壓力也呈周期性變化，由此提高了鉆井組合的鉆進速度和破巖的效率。
[0015]綜上所述，該鉆井用雙脈沖水力振蕩器具有以下優(yōu)點:
a采用渦輪作為動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)，無徑向擺動，增加了振蕩器的使用壽命。
[0016]b利用兩級動閥定閥將產(chǎn)生的高頻壓力波傳遞給鉆頭射流，使破巖壓力也呈周期性變化，能有效破巖，提高機械鉆速。
[0017]c采用兩級閥盤，可實現(xiàn)兩次壓力脈沖的疊加，產(chǎn)生高幅值的壓力脈沖，增加振蕩力。
[0018]d在定向作業(yè)過程中，水力振蕩器的振動頻率和MWD系統(tǒng)的頻率不同，不會影響MWD/LWD數(shù)據(jù)的傳輸。
[0019]e由于水力振蕩器可提供較小的軸向振動，既能為鉆頭提供自身的旋轉(zhuǎn)切削力，又能提供一定強度的沖擊切削，有利于提聞機械鉆速。
[0020]f將靜摩擦力變?yōu)閯幽Σ亮?，增加有效鉆壓，提高機械鉆速。
[0021]以上所述只是該發(fā)明的【具體實施方式】，上述舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了本說明書后可以對上述的【具體實施方式】做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆井用雙脈沖水力振蕩器，它由振動短節(jié)總成、動力短節(jié)總成構(gòu)成；其特征在于:振動短節(jié)總成與動力短節(jié)總成通過螺紋連接；振動短節(jié)總成由花鍵芯軸(I)、聯(lián)接套(2)、壓力轉(zhuǎn)換器(3)、壓緊螺母(4)、振蕩殼體(5)組成；花鍵芯軸(I)上端通過螺紋與鉆桿連接，花鍵芯軸(I)與聯(lián)接套(2)間安裝有密封件(22)，花鍵芯軸(I)與聯(lián)接套(2)內(nèi)壁滑動連接；聯(lián)接套(2)與振蕩殼體(5)通過螺紋連接；花鍵芯軸(I)下端與振蕩殼體(5)間安裝有壓力轉(zhuǎn)換器(3);花鍵芯軸(I)下端安裝有壓緊螺母(4)，壓緊螺母(4)中心開制有流道；振蕩殼體(5)的下端通過螺紋與動力短節(jié)總成連接； 動力短節(jié)總成包括壓緊套(21)、渦輪軸(15);動力短節(jié)總成上端的壓緊套(21)通過螺紋與振蕩殼體(5)連接，壓緊套(21)的下端通過螺紋連接動力殼體(14)，動力殼體(14)的中心安裝有渦輪軸(15 );渦輪軸(15 )從上至下依次安裝有上扶正軸承(6 )、渦輪定子(20 )、渦輪轉(zhuǎn)子(19)、下扶正軸承(7)、動閥I (8)、動閥II (9)、定閥I (17)、定閥II (18)、套筒(16)、分流環(huán)(10)、分流套(11)、推力軸承(12)； 上扶正軸承(6)與下扶正軸承(7)間安裝有多級渦輪定子(20)和多級渦輪轉(zhuǎn)子(19);動閥II (9)與推力軸承(12)間安裝有套筒(16);下扶正軸承(7)的下端安裝有定閥I (17)、定閥II (18)和動閥I (8)、動閥II (9);分流環(huán)(10)和分流套(11)下端安裝有推力軸承(12)，動力殼體(14)的上端通過螺紋與壓緊套(21)的下端連接；動力殼體(14)的下端通過螺紋與下部接頭(13)的上端連接；上扶正軸承(6)、下扶正軸承(7)、渦輪軸(15)的中段和下段均開制有流道；動閥I (8)、動閥II (9)、定閥I (17)、定閥II (18)均開制有相同的通孔；動閥I (8)、動閥II (9)、定閥I (17)、定閥II (18)的中心均與動力殼體(14)和渦輪軸(15)的中心保持一致。
【文檔編號】E21B7/24GK104405287SQ201410552378
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月19日
【發(fā)明者】馮定, 孫巧雷, 鄢標, 夏成宇, 施雷 申請人:長江大學(xué)