本發(fā)明屬于石油天然氣鉆探工程領域一種新型井下工具，特別是具有促進排屑功能的新型水力振蕩器。

背景技術：

新型油氣井開采使鉆井工程面臨更復雜的情況，為滿足新鉆井條件（如超深井）或新型油氣資源（如煤層氣、頁巖氣、海洋油氣等）的需要，對應的新鉆井方法與工具也不斷發(fā)展。在這些新鉆井技術發(fā)展過程中，提高機械鉆速、減小井壁摩擦、增大井眼靶徑是需要解決的重要基礎問題。在解決這些問題的方法中，以機械方式工作的井下工具利用鉆井液實現(xiàn)能量轉換，產生一定的預期振動，近幾年發(fā)展迅速。與其他方法相比，井下工具具有能量轉換效率高、經濟效益好、靈活多變的特點，從而獲得了廣泛關注與應用。相關工具類型包括旋沖鉆具、液力沖擊器等具體實現(xiàn)方式有閥板、螺桿、渦輪、離心葉片等，這些新方法與新工具的出現(xiàn)對減摩降阻、提速增效具有重要的應用意義。現(xiàn)有的水力振蕩器會使泵壓升高，對泥漿泵的使用壽命會造成不利影響，并且螺桿產生的軸向力會加強動閥板與靜閥板之間的摩擦力，進而會加速動閥板和靜閥板的磨損，這會大大縮短水力振蕩器的使用壽命。

基于此，本文在現(xiàn)有研究基礎上，提出一種新型的振蕩器，利用鉆井液實現(xiàn)能量轉換，產生以軸向振動為主的復合振動，由于自身的結構特點，使螺桿產生的軸向力不會傳遞給閥芯，并結合機身結構參數與鉆井參數，實現(xiàn)鉆進過程減摩降阻、增大鉆頭有效鉆壓、提高機械鉆速以及延伸鉆柱入井位移等目的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：為克服現(xiàn)有水平井、大位移井鉆進摩阻大，井口鉆壓無法有效傳遞給鉆頭的不足、鉆井液的攜巖能力不高以及現(xiàn)有軸向振動工具使用效果不理想的問題，設計一種新型螺桿式負壓脈沖水力振蕩器。

螺桿式負壓脈沖水力振蕩器，由上接頭、轉子壓緊帽、定子外殼、螺桿轉子、橡膠定子、萬向軸、萬向軸殼體、傳動軸、過流傳動軸、o型密封圈a、止推軸承、o型密封圈b、軸承支撐短節(jié)、凸輪座、定位螺釘、凸輪、滾子、閥芯、噴嘴、o型密封圈c、彈簧座、彈簧、下接頭組成，其特征在于上接頭、定子外殼、萬向軸外殼、軸承支撐短節(jié)、下接頭依次通過螺紋連接；轉子壓緊帽位于定子外殼內部，上接頭和螺桿轉子之間，轉子壓緊帽與定子外殼采用過盈配合，用于限定轉子的軸向運動；橡膠定子澆注在定子外殼內部，表面呈內螺旋形，與螺桿轉子配合，螺桿轉子頭數與橡膠定子頭數之比為3:4；螺桿轉子、萬向軸、傳動軸過流傳動軸和凸輪座依次通過螺紋連接；過流傳動軸與軸承支撐短節(jié)之間采用間隙配合；o型密封圈a和o型密封圈b位于過流轉動軸和軸承支撐短節(jié)之間，用于對軸承的密封；凸輪與凸輪座通過定位螺釘相連接；滾子被安裝在閥芯上端凸起的外側，滾子外圓與凸輪曲面接觸；閥芯中部沿其徑向方向上開有兩個相隔180°的圓孔，閥芯上端設有兩個相隔180°的凸起結構，并在其徑向方向上開有兩個圓孔，圓孔與滾子軸配合，閥芯下端開有滑動鍵槽，并通過滑動鍵槽與下接頭配合，實現(xiàn)其周向定位；下接頭的中部徑向方向上開有了兩個相互間隔180°的通孔，通孔內設有螺紋，下接頭內壁開有與閥芯配合的滑動鍵槽；噴嘴外部設有螺紋，內孔為正六邊形，并通過螺紋與下接頭上的徑向孔配合；彈簧座位于閥芯下端，其上表面與閥芯下端接觸，彈簧座大端下表面與彈簧接觸，被彈簧托起，彈簧座大端開有滑動鍵槽，彈簧座通過鍵槽與下接頭配合，實現(xiàn)其周向定位，彈簧座小端徑向方向上開有6個相互間隔180°的長孔；彈簧位于彈簧座和下接頭之間。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較，其有益效果是：(1)螺桿式負壓脈沖水力振蕩器能提供一個周期性低頻軸向沖擊力；(2)螺桿式負壓脈沖水力振蕩器沿徑向噴出的鉆井液對井壁有沖擊攪動的能力，有助于巖屑在環(huán)空的運移，提高鉆井液攜巖能力；（3）只需要較小的立管壓力就可以產生負向脈沖；（4）常規(guī)水力振蕩器會使泵壓升高，螺桿式負壓脈沖水力振蕩器設有全新的旁通，可以在提高鉆速的同時降低泵壓，提高地面泥漿泵的壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的螺桿式負壓脈沖水力振蕩器的結構示意圖。

圖中：1-上接頭、2-轉子壓緊帽、3-定子外殼、4-螺桿轉子、5-橡膠定子、6-萬向軸、7-萬向軸殼體、8-傳動軸、9-過流傳動軸、10-o型密封圈a、11-止推軸承、12-o型密封圈b、13-軸承支撐短節(jié)、14-凸輪座、15-定位螺釘、16-凸輪、17-滾子、18-閥芯、19-噴嘴、20-o型密封圈c、21-彈簧座、22-彈簧、23-下接頭。

圖2為本發(fā)明所述的螺桿式負壓脈沖水力振蕩器的閥門開啟結構示意圖。

圖3為本發(fā)明圖1中a區(qū)域的局部放大圖。

圖4為本發(fā)明圖2中b區(qū)域的局部放大圖。

圖5為本發(fā)明圖1中a-a面的截面圖。

圖6為本發(fā)明圖2中b-b面的截面圖。

圖7為本發(fā)明凸輪的三維示意圖。

圖8為本發(fā)明閥芯的三維示意圖。

圖9為本發(fā)明彈簧座的三維示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：根據附圖所示，所述螺桿式負壓脈沖水力振蕩器，主要由動力總成、傳動總成和閥門總成三部分組成，動力總成由上接頭1、轉子壓緊帽2、定子外殼3螺桿轉子4、橡膠定子5組成；傳動總成由萬向軸6、傳動軸8和過流傳動軸組成；閥門總成由凸輪座14、凸輪16、滾子17、閥芯18、噴嘴19、彈簧座21、彈簧22、下接頭23等組成；上接頭1、定子外殼3、萬向軸外殼7、軸承支撐短節(jié)13、下接頭23依次通過螺紋連接；轉子壓緊帽2位于定子外殼7內部，上接頭1和螺桿轉子4之間，轉子壓緊帽2與定子外殼3采用過盈配合，用于限定轉子的軸向運動；橡膠定子5澆注在定子外殼內部，表面呈內螺旋形，與螺桿轉子配合；螺桿轉子4、萬向軸6、傳動軸8過流傳動軸9和凸輪座14依次通過螺紋連接；過流傳動軸9與軸承支撐短節(jié)13之間采用間隙配合；o型密封圈a10和o型密封圈b12位于過流轉動軸9和軸承支撐短節(jié)13之間，用于對軸承的密封；凸輪16與凸輪座14通過定位螺釘相連接15；滾子17被安裝在閥芯18上端凸起的外側，滾子17外圓與凸輪16曲面接觸；閥芯18中部沿其徑向方向上開有兩個相隔180°的圓孔，閥芯18上端設有兩個相隔180°的凸起結構，并在其徑向方向上開有兩個圓孔，圓孔與滾子17軸配合，閥芯18下端開有滑動鍵槽，并通過滑動鍵槽與下接頭23配合，實現(xiàn)其周向定位；下接頭23的中部徑向方向上開有了兩個相互間隔180°的通孔，通孔內設有螺紋，下接頭23內壁開有與閥芯18配合的滑動鍵槽；噴嘴19外部設有螺紋，內孔為正六邊形，并通過螺紋與下接頭23上的徑向孔配合；彈簧座21位于閥芯18下端，其上表面與閥芯18下端接觸，彈簧座21大端下表面與彈簧22接觸，被彈簧22托起，彈簧座21大端開有滑動鍵槽，彈簧座21通過鍵槽與下接頭配合，實現(xiàn)其周向定位，彈簧座21小端徑向方向上開有6個相互間隔180°的長孔；彈簧22位于彈簧座21和下接頭23之間。

工作過程中，螺桿式負壓脈沖水力振蕩器上部接減振器配合使用，從減震器流出的鉆井液直接從上接頭1流入本工具，再從轉子壓緊帽2穿過，驅動轉子轉動，鉆井液從螺桿轉子4與橡膠定子5之間的空隙流出后，經過萬向軸外殼7內部的環(huán)空，從傳動軸8徑向的通孔流入傳動軸8內部的流道，此時，若閥芯18上的通孔與下接頭23上的通孔連通，則一部分鉆井液從通孔流出，一部分則依次流經閥芯18、彈簧座21，再從下接頭23下端流出，流入下部鉆具組合。由動力總成產生的旋轉運動通過萬向軸6、傳動軸8、過流傳動軸9傳遞給凸輪組合，凸輪組合將動力總成產生旋轉運動轉化為閥芯18的軸向往復運動。如圖1所示，當滾子17處于凸輪16低位時，閥芯18和彈簧座21受彈簧22彈力作用，被頂起，此時閥芯18上的徑向通孔與下接頭23上的通孔錯開，此時管內鉆井液壓力最大值；當滾子17從凸輪16低位運動到凸輪16高位時，如圖2所示，彈簧22被壓縮，閥芯18和彈簧座21向下移動，下移過程中閥芯18上的徑向通孔慢慢與噴嘴19重合，一部分鉆井液從噴嘴19流出，由于工具內外鉆井液的壓力差，導致工具內部鉆井液壓力降低，流出的鉆井液可以沖刷井壁；當滾子17從凸輪16高位運動到凸輪16低位時，閥芯18、彈簧座21和彈簧22又回到初始位置，凸輪16轉動一周閥芯18往復運動兩次，工具內鉆井液壓力也隨之波動兩次，如此反復，便會使立管壓力產生一個周期性波動，利用鉆井液實現(xiàn)能量轉換，產生以軸向振動為主的復合振動。