一种水力振荡系统技术方案

本发明专利技术涉及的是一种水力振荡系统，它包括上接筒、活塞、曲轴、连杆、平衡飞轮，下接筒连接上接筒形成内筒，振荡外套环绕在内筒外并自由落在环形台阶上，振荡外套与下接筒形成环形空间；上缸套与下缸套密封连接，活塞沿上缸套内壁滑动，活塞半球形头部与上接筒底部的半球形过流口接触配合，连杆上端连接活塞，连杆下端连接曲轴，曲轴位于下缸套内，曲轴两端固定平衡飞轮，平衡飞轮外均固定外缘轴，外缘轴均伸入下缸套径向孔中且与凸轮轴连接，凸轮轴均从下接筒限位孔穿出并位于环形空间内，凸轮轴安装凸轮，推杆自由落在凸轮上，环壁弹簧自由落在推杆上。本发明专利技术能够产生稳定轴向振动，在提高钻头破岩效率的同时减少振荡对其他部件的破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种水力振荡系统
本专利技术涉及的是应用在石油工程、采矿工程、岩土工程等领域中的钻井装置，具体涉及一种水力振荡系统。
技术介绍
为适应油气勘探工作发展的需要，当代石油钻井工作主要是向深部和复杂区块拓展。随着各大油田开发，大斜度井、水平井和多分支水平井等复杂结构井应用的数量越来越多，井眼越来越不规则，井斜角大，滑动钻进模式的钻柱和井壁之间的摩阻越来越大，导致钻压传递效率低，严重制约了钻进速度和延伸能力。在深井钻井过程中，硬地层钻进难度大、钻进速度慢的问题非常突出。为满足新钻井条件或新型油气资源的需要,对应的新钻井方法和工具也不断发展。因此，提高钻井速度是目前国内外石油行业的关键问题。目前利用水力动力产生径向振动的方法主要有涡轮驱动偏心法和螺杆马达法。公告号为CN106761472B的中国专利技术专利采用的涡轮驱动偏心的方式；公告号为CN201883999U的中国技术专利提供了一种多级涡轮偏心式。公告号为CN105937378B的中国专利技术专利申请采用的是单头螺杆马达的方案；公告号为CN102889067B的中国专利技术专利提出的方案同时采用了偏心轮法和螺杆马达法，只是其多头马达的主要部件名称改为为梅花转子和梅花定子。涡轮驱动偏心法简单易实现，但水力压降偏大，有机械摩擦和涡流损失，转动部件间的间隙易卡堵，振动冲击动量有限，多级组合时无法保证同步；螺杆马达法有效率高、径向冲击动量很大等优点，但加工难度大，所以造价很高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水力振荡系统，这种水力振荡系统用来解决目前利用水力动力产生径向振动的方法存在的振动冲击动量有限或加工难度大、造价高的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种水力振荡系统包括上接筒、活塞、上缸套、下缸套、曲轴、连杆、平衡飞轮、外缘轴、凸轮轴、凸轮、推杆、环壁弹簧、振荡外套、下接筒，下接筒螺纹连接在上接筒下端形成内筒，下接筒下端外部具有环形台阶，振荡外套环绕在内筒外并自由落在环形台阶上，振荡外套与下接筒形成环形空间，振荡外套的上端口位于上接筒外沿下方；上缸套与下缸套密封连接，活塞沿上缸套内壁滑动，活塞半球形头部与上接筒底部的半球形过流口接触配合，连杆上端连接活塞，连杆下端连接曲轴，曲轴位于下缸套内，曲轴两端固定平衡飞轮，平衡飞轮外均固定外缘轴，外缘轴均伸入下缸套径向孔中且与凸轮轴连接，凸轮轴均从下接筒限位孔穿出并位于环形空间内，每个凸轮轴均安装一个凸轮，推杆环绕在下接筒外并自由落在凸轮上，环壁弹簧自由落在推杆上。上述方案中下接筒与上接筒通过螺纹连接，形成内部封闭的系统，上接筒底部为圆锥形，圆锥形的腰部有均匀对称的两个限流槽口，圆锥形的尖部形成由外向内的半球形过流口，半球形过流口与活塞半球形头部接触配合，改变过流面积形成稳定的周期性连续射流。上述方案中活塞由半球形头部和圆柱结构构成，圆柱结构上端设计有两个密封槽，活塞与连杆上部小头通过活塞销连接，连杆下部大头与曲轴通过曲轴销连接；平衡飞轮为仿扇形，扇形弧较长部分质量集中，用以储能。上述方案中凸轮轴与所述外缘轴通过以螺纹连接，凸轮轴与凸轮螺纹连接。上述方案中推杆为‘L’形，便于底部与凸轮的配合从而实现运动的传递。上述方案中环壁弹簧顶部与振荡外套内壁固结，独立于内部密封系统之外，实现能量传递的高效性并保护弹簧的使用寿命。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术适用于超低压流体驱动场合的高效率新型水力振荡系统，以活塞、平衡飞轮组合的往复运动，能够产生稳定轴向振动，振荡频率高，振动幅度小，在提高钻头破岩效率的同时减少振荡对其他部件的破坏。2、本专利技术工具结构简单，液流在腔内畅通性好，流体液能利用率高；工作性能稳定，是一种新型、稳定、可靠、安全的振荡系统，易于在油田的使用与推广。3、本专利技术通过活塞与曲轴连杆机构的配合，加上平衡飞轮的支持，保证活塞稳定的上下往复运动，提供了稳定的周期性过流面积改变，故发生故障的机率自然降低。4、本专利技术如下接钻头，产生的高频轴向振动和稳定的脉冲射流可以提高钻头牙齿吃入岩石的深度、加快岩屑脱离井底的速度，提高机械钻速，能够有效降低钻井成本。5、本专利技术无电子元件与易损工件，极大减少起下钻次数，提高钻井效率。6、本专利技术振荡频率可由平衡飞轮的设计根据钻井需要来更改，适用范围广，灵活性比较强，对钻压要求低。7、本专利技术采用凸轮传动，更好的实现高速化，来配合高频的振荡。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术中上接筒主视图。图3是本专利技术中上接筒立体图。图4是本专利技术中上接筒仰视图。图5是本专利技术中活塞的示意图。图6是本专利技术中连杆的立体图。图7是本专利技术中连杆的主视图。图8是本专利技术的平衡飞轮、曲轴、外缘轴组合关系的立体图。图9是本专利技术的平衡飞轮、曲轴、外缘轴组合关系的主视图。图10是本专利技术中凸轮的主视图。图11是本专利技术中凸轮的立体图。图12是本专利技术中下接筒的示意图章。图中：1上接筒；2活塞；3上缸套；4连杆；5曲轴；6平衡飞轮；7下缸套；8环壁弹簧；9推杆；10外缘轴；11凸轮轴；12凸轮；13振荡外套；14下接筒，15限位孔，16限流槽口，17半球形过流口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：如图1所示，这种水力振荡系统包括上接筒1、活塞2、上缸套3、下缸套7、曲轴5、连杆4、平衡飞轮6、外缘轴10、凸轮轴11、凸轮12、推杆9、环壁弹簧8、振荡外套13、下接筒14，下接筒14螺纹连接在上接筒1下端形成内筒，下接筒14下端外部具有环形台阶，振荡外套13环绕在内筒外并自由落在环形台阶上，振荡外套13套接整个内部系统；振荡外套13通过其上部设置的内台阶与下接筒14形成环形空间，振荡外套13的上端口位于上接筒1外沿下方，振荡外套13环绕在上接筒1外壁，可以沿上接筒1上下滑动，上接筒1外沿可以限制振荡外套13的上行位置。上缸套3与下缸套7密封连接，活塞2沿上缸套3内壁滑动，活塞半球形头部与上接筒1底部的半球形过流口17接触配合，连杆4上端连接活塞2，连杆4下端连接曲轴5，曲轴5位于下缸套7内，曲轴5两端固定平衡飞轮6，平衡飞轮6外均固定外缘轴10，外缘轴10均伸入下缸套径向孔中且与凸轮轴11连接，凸轮轴11均从下接筒限位孔15穿出并位于环形空间内，每个凸轮轴11均安装一个凸轮12，推杆9环绕在下接筒14外并自由落在凸轮12，环壁弹簧8自由落在推杆9上，环壁弹簧8顶端与振荡外套13固结，独立于内部密封系统之外，实现能量传递的高效性并保护弹簧的使用寿命；振荡外套13中下部为半空心，为凸轮12、推杆9、环壁弹簧8提供工作空间并保护零件。上接筒1下端的内螺纹与下接筒14上端的外螺纹相匹配进行连接。上接筒1与下接筒14均设有限位面，保证振荡外套13的上下振荡运动。下接筒外壁设置环槽，限位孔15设置在环槽处，下缸套7位于下接筒14内，高度与环槽相适应，限位孔15与下缸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水力振荡系统，其特征在于：这种水力振荡系统包括上接筒（1）、活塞（2）、上缸套（3）、下缸套（7）、曲轴（5）、连杆（4）、平衡飞轮（6）、外缘轴（10）、凸轮轴（11）、凸轮（12）、推杆（9）、环壁弹簧（8）、振荡外套（13）、下接筒（14），下接筒（14）螺纹连接在上接筒（1）下端形成内筒，下接筒（14）下端外部具有环形台阶，振荡外套（13）环绕在内筒外并自由落在环形台阶上，振荡外套（13）与下接筒（14）形成环形空间，振荡外套（13）的上端口位于上接筒（1）外沿下方；上缸套（3）与下缸套（7）密封连接，活塞（2）沿上缸套（3）内壁滑动，活塞半球形头部与上接筒底部的半球形过流口（17）接触配合，连杆（4）上端连接活塞（2），连杆（4）下端连接曲轴（5），曲轴（5）位于下缸套（7）内，曲轴（5）两端固定平衡飞轮（6），平衡飞轮（6）外均固定外缘轴（10），外缘轴（10）均伸入下缸套径向孔中且与凸轮轴（11）连接，凸轮轴（11）均从下接筒限位孔（15）穿出并位于环形空间内，每个凸轮轴（11）均安装一个凸轮（12），推杆（9）环绕在下接筒（14）外并自由落在凸轮（12）上，环壁弹簧（8）自由落在推杆（9）上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种水力振荡系统，其特征在于：这种水力振荡系统包括上接筒（1）、活塞（2）、上缸套（3）、下缸套（7）、曲轴（5）、连杆（4）、平衡飞轮（6）、外缘轴（10）、凸轮轴（11）、凸轮（12）、推杆（9）、环壁弹簧（8）、振荡外套（13）、下接筒（14），下接筒（14）螺纹连接在上接筒（1）下端形成内筒，下接筒（14）下端外部具有环形台阶，振荡外套（13）环绕在内筒外并自由落在环形台阶上，振荡外套（13）与下接筒（14）形成环形空间，振荡外套（13）的上端口位于上接筒（1）外沿下方；上缸套（3）与下缸套（7）密封连接，活塞（2）沿上缸套（3）内壁滑动，活塞半球形头部与上接筒底部的半球形过流口（17）接触配合，连杆（4）上端连接活塞（2），连杆（4）下端连接曲轴（5），曲轴（5）位于下缸套（7）内，曲轴（5）两端固定平衡飞轮（6），平衡飞轮（6）外均固定外缘轴（10），外缘轴（10）均伸入下缸套径向孔中且与凸轮轴（11）连接，凸轮轴（11）均从下接筒限位孔（15）穿出并位于环形空间内，每个凸轮轴（11）均安装一个凸轮（12），推杆（9）环绕在下接筒（14）外并自由落在凸轮（12）上，环壁弹簧（8）自由落在推杆（9）上。

【专利技术属性】
技术研发人员：李思琪，田胜雷，凌鑫，李玮，李卓伦，李梅，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23