钻井用涡轮式水力振荡器制造技术

本发明专利技术为一种钻井用涡轮式水力振荡器，包括振动短节总成和动力短节总成，动力短节总成内设置静阀和动阀，动阀上设置动阀流道，静阀上设置静阀流道；动阀流道与静阀流道连通的过流面积呈周期性变化，以使流入的钻井液产生轴向的简谐性压力波；动力短节总成内设置涡轮轴和涡轮旋转驱动结构，涡轮轴的顶部连接调节喷嘴，调节喷嘴用于调节流经涡轮旋转驱动结构的钻井液流量以调节简谐性压力波的频率；简谐性压力波能传递至振动短节总成，振动短节总成能在其作用下发生持续的轴向上的简谐性振动。本发明专利技术解决深井油基泥浆钻进过程中的托压、粘卡现象，克服现有水力振荡器的不足，将静摩擦力转换为动摩擦力，降低摩阻，增加有效钻压，有效提高机械钻速。

【技术实现步骤摘要】
钻井用涡轮式水力振荡器
本专利技术涉及石油、天然气钻井
，尤其涉及一种钻井用涡轮式水力振荡器。
技术介绍
随着石油勘探开发技术开展,为提升开采收率、增加油气田产量，水平井、侧向井、大位移井所占比例越来越大，但此类井由于井眼轨迹复杂、钻柱与井壁岩石间摩擦力较大，使得钻井过程中钻柱出现托压、粘卡现象，尤其在滑动钻进过程中，在一定时间内钻柱与井壁岩石处于相对静止状态，由于静摩擦力远大于摩擦力，这增加了钻柱下放阻力，使得通过钻柱施加到钻头上的钻压减少，从而导致机械钻速较低、钻井周期变长、钻井成本增加，严重制约了水平井、侧向井、大位移井的发展，为此急需研发一种新型井下工具，用于降低钻井过程中钻柱与井壁岩石间过大的摩擦阻力。为解决因钻柱与井壁摩擦力过大带来的诸多问题，国内外对钻柱振动减阻技术进行了大量研究，研制出了水力振荡器。水力振荡器主要由振荡短节总成和动力短节总成组成。水力振荡器利用钻井液液压能作为动力源，通过动力短节总成内部调节喷嘴结构改变钻井液流道面积，使钻井液产生周期性压力脉冲，压力脉冲作用于振荡短节总成，通过振荡短节总成的轴向振动带动钻柱周期性轴向振动，从而改变钻柱与井壁岩石间接触方式，将钻柱与井壁岩石间静摩擦状态转变为动摩擦状态，降低钻柱与井壁岩石间摩擦阻力，解决钻井过程中因摩擦阻力过大出现的托压、粘卡现象，大幅降低摩阻、扭矩，避免钻头承受过大的冲击作用，从而达到提高机械钻速、降低钻井成本效果。目前，现有水力振荡器从工具的驱动动力部分来区分，可以将其分为螺杆驱动式和涡轮驱动式，即工具的动力短节结构不同，而工具的振荡短节的结构基本类似。两类不同的水力振荡器都已经在现场得到了应用，并取得了一定的使用效果。其中，螺杆驱动式的水力振荡器由于其转速较为恒定且转速较低，使得其振动幅值较大，频率较低。但是螺杆驱动式的水力振荡器的压降较大，同时由于其内部包含有橡胶材料的定子，使得其不能在油基泥浆中使用且不能耐高温，这些不足的地方限制了该类水力振荡器的应用范围。而另一类的水力振荡器为涡轮驱动式水力振荡器，该类工具能很好的弥补螺杆驱动式的水力振荡器的不足，但是该类工具也存在一定的问题，如涡轮的转速较高，使得其频率过高，幅值较低，即振荡力相对较小，现场应用效果较差。由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钻井用涡轮式水力振荡器，以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钻井用涡轮式水力振荡器，解决深井油基泥浆钻进过程中的托压、粘卡现象，并且克服现有水力振荡器的不足，将静摩擦力转换为动摩擦力，降低摩阻，增加有效钻压，有效提高机械钻速。本专利技术的目的是这样实现的，一种钻井用涡轮式水力振荡器，包括顺序连接的振动短节总成和动力短节总成，所述振动短节总成和所述动力短节总成内分别设置轴向贯通的第一轴向流道和第二轴向流道；所述动力短节总成内设置固定的静阀和能转动的动阀，所述动阀上轴向贯通设置动阀流道，所述静阀上贯通设置与所述动阀流道连通的静阀流道；所述动阀流道与所述静阀流道连通的过流面积随动阀的转动呈周期性变化，以使流入所述动力短节总成内的钻井液产生轴向的简谐性压力波；所述动力短节总成内设置涡轮轴和涡轮旋转驱动结构，所述涡轮轴的顶部连接调节喷嘴，所述调节喷嘴用于调节流经涡轮旋转驱动结构的钻井液流量以调节简谐性压力波的频率；所述简谐性压力波能传递至所述振动短节总成，所述振动短节总成能在简谐性压力波作用下发生持续的轴向上的简谐性振动。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述振动短节总成包括上接头和第一外筒结构，所述上接头周向固定且同轴滑动穿设于所述第一外筒结构内，所述上接头的底部连接能沿所述第一外筒结构的内壁密封滑动的活塞结构，所述上接头位于所述活塞结构的上方套设碟簧，所述活塞结构能在简谐性压力波作用下带动所述上接头上移且能在碟簧的作用下带动所述上接头下移，所述上接头和所述活塞结构上设置所述第一轴向流道；所述动力短节总成包括所述涡轮轴和第二外筒结构，所述涡轮轴同轴且径向间隔地套设于第二外筒结构内，所述第二外筒结构与所述第一外筒结构连接；所述涡轮轴与所述第二外筒结构之间的环空内设置能驱动涡轮轴转动且转速可调的所述涡轮旋转驱动结构，所述涡轮轴上贯通设置与第一轴向流道连通的所述第二轴向流道，所述涡轮轴上位于涡轮旋转驱动结构的下方设置径向贯通的引流孔道，所述涡轮轴位于所述引流孔道下方设置环空封隔器；所述涡轮轴的底部连接所述动阀，所述第二外筒结构内位于所述动阀的下方固定套设所述静阀，所述动阀流道和所述静阀流道均为大于半圆的弧形流道。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述第二外筒结构包括上下顺序连接的轴向中空的螺杆外壳和阀接头，所述螺杆外壳的顶部通过轴向中空的防掉接头与所述第一外筒结构连通；所述涡轮轴位于所述阀接头内的端部连接轴向中空的阀盘转子，所述阀盘转子能随所述涡轮轴转动，所述动阀固定连接于所述阀盘转子内，所述动阀的顶面与所述涡轮轴的底面之间呈间隔设置构成缓冲空间；所述阀接头内固定设置轴向中空的第一静阀锁紧座和第二静阀锁紧座，所述第一静阀锁紧座的上部固定套设所述静阀，所述静阀的顶面顶抵于所述动阀的底面，所述第二静阀锁紧座的上部套设于所述第一静阀锁紧座内，且所述第二静阀锁紧座的顶面顶抵于所述静阀的底面。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述涡轮轴的顶部连通设置所述调节喷嘴，所述调节喷嘴用于将流向第二轴向流道的钻井液分流到所述涡轮轴与所述第二外筒结构之间的环空。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述涡轮旋转驱动结构包括套设于所述涡轮轴上的多级涡轮转子，所述螺杆外壳内套设与多级涡轮转子匹配的多级涡轮定子；所述防掉接头的下部套设于所述螺杆外壳内，所述涡轮轴上位于所述涡轮旋转驱动结构的上方设置上扶正轴承，上扶正轴承的内圈固定套设于所述涡轮轴上且其底面与多级涡轮转子的顶面顶抵，上扶正轴承的外圈固定套设于所述螺杆外壳内，上扶正轴承的外圈上设置轴向贯通的上轴承过流孔，上扶正轴承的外圈与所述防掉接头的底面之间顶抵设置第一套筒；所述螺杆外壳内位于所述涡轮旋转驱动结构的下方设置直径呈减小设置的第一台阶部，所述涡轮轴上位于所述涡轮旋转驱动结构的下方设置下扶正轴承，下扶正轴承的内圈固定套设于所述涡轮轴上且其顶面与多级涡轮转子的底面顶抵，下扶正轴承的外圈固定套设于所述螺杆外壳内，下扶正轴承的外圈上设置轴向贯通的下轴承过流孔；下扶正轴承的外圈与所述第一台阶部之间顶抵设置第二套筒。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述涡轮轴上与所述第一台阶部对应的位置设置直径呈增大设置的第二台阶部，所述第一台阶部和所述第二台阶部之间设置所述封隔器，所述封隔器封隔所述涡轮轴和所述螺杆外壳之间的环空；所述引流孔道连通第二套筒的内腔和第二轴向流道。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述阀接头的上部套设于所述螺杆外壳内；所述涡轮轴上位于所述第二台阶部的下方套设止推轴承，所述止推轴承为四支点球轴承，止推轴承的外圈顶面顶抵于所述第一台阶部的底面，止推轴承的内圈顶面顶抵于所述第二台阶部的底面；止推轴承的外圈底面顶抵于所述阀接头的顶面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井用涡轮式水力振荡器，其特征在于，包括顺序连接的振动短节总成和动力短节总成，所述振动短节总成和所述动力短节总成内分别设置轴向贯通的第一轴向流道和第二轴向流道；所述动力短节总成内设置固定的静阀和能转动的动阀，所述动阀上轴向贯通设置动阀流道，所述静阀上贯通设置与所述动阀流道连通的静阀流道；所述动阀流道与所述静阀流道连通的过流面积随动阀的转动呈周期性变化，以使流入所述动力短节总成内的钻井液产生轴向的简谐性压力波；所述动力短节总成内设置涡轮轴和涡轮旋转驱动结构，所述涡轮轴的顶部连接调节喷嘴，所述调节喷嘴用于调节流经涡轮旋转驱动结构的钻井液流量以调节简谐性压力波的频率；所述简谐性压力波能传递至所述振动短节总成，所述振动短节总成能在简谐性压力波作用下发生持续的轴向上的简谐性振动。/n

【技术特征摘要】
1.一种钻井用涡轮式水力振荡器，其特征在于，包括顺序连接的振动短节总成和动力短节总成，所述振动短节总成和所述动力短节总成内分别设置轴向贯通的第一轴向流道和第二轴向流道；所述动力短节总成内设置固定的静阀和能转动的动阀，所述动阀上轴向贯通设置动阀流道，所述静阀上贯通设置与所述动阀流道连通的静阀流道；所述动阀流道与所述静阀流道连通的过流面积随动阀的转动呈周期性变化，以使流入所述动力短节总成内的钻井液产生轴向的简谐性压力波；所述动力短节总成内设置涡轮轴和涡轮旋转驱动结构，所述涡轮轴的顶部连接调节喷嘴，所述调节喷嘴用于调节流经涡轮旋转驱动结构的钻井液流量以调节简谐性压力波的频率；所述简谐性压力波能传递至所述振动短节总成，所述振动短节总成能在简谐性压力波作用下发生持续的轴向上的简谐性振动。


2.如权利要求1所述的钻井用涡轮式水力振荡器，其特征在于，
所述振动短节总成包括上接头和第一外筒结构，所述上接头周向固定且同轴滑动穿设于所述第一外筒结构内，所述上接头的底部连接能沿所述第一外筒结构的内壁密封滑动的活塞结构，所述上接头位于所述活塞结构的上方套设碟簧，所述活塞结构能在简谐性压力波作用下带动所述上接头上移且能在碟簧的作用下带动所述上接头下移，所述上接头和所述活塞结构上设置所述第一轴向流道；
所述动力短节总成包括所述涡轮轴和第二外筒结构，所述涡轮轴同轴且径向间隔地套设于第二外筒结构内，所述第二外筒结构与所述第一外筒结构连接；所述涡轮轴与所述第二外筒结构之间的环空内设置能驱动涡轮轴转动且转速可调的所述涡轮旋转驱动结构，所述涡轮轴上贯通设置与第一轴向流道连通的所述第二轴向流道，所述涡轮轴上位于涡轮旋转驱动结构的下方设置径向贯通的引流孔道，所述涡轮轴位于所述引流孔道下方设置环空封隔器；所述涡轮轴的底部连接所述动阀，所述第二外筒结构内位于所述动阀的下方固定套设所述静阀，所述动阀流道和所述静阀流道均为大于半圆的弧形流道。


3.如权利要求2所述的钻井用涡轮式水力振荡器，其特征在于，所述第二外筒结构包括上下顺序连接的轴向中空的螺杆外壳和阀接头，所述螺杆外壳的顶部通过轴向中空的防掉接头与所述第一外筒结构连通；
所述涡轮轴位于所述阀接头内的端部连接轴向中空的阀盘转子，所述阀盘转子能随所述涡轮轴转动，所述动阀固定连接于所述阀盘转子内，所述动阀的顶面与所述涡轮轴的底面之间呈间隔设置构成缓冲空间；所述阀接头内固定设置轴向中空的第一静阀锁紧座和第二静阀锁紧座，所述第一静阀锁紧座的上部固定套设所述静阀，所述静阀的顶面顶抵于所述动阀的底面，所述第二静阀锁紧座的上部套设于所述第一静阀锁紧座内，且所述第二静阀锁紧座的顶面顶抵于所述静阀的底面。


4.如权利要求3所述的钻井用涡轮式水力振荡器，其特征在于，所述涡轮轴的顶部连通设置所述调节喷嘴，所述调节喷嘴用于将流向第二轴向流道的钻井液分流到所述涡轮轴与所述第二外筒结构之间的环空。


5.如权利要求3所述的钻井用涡轮式水力振荡器，其特征在于，
所述涡轮旋转驱动结构包括套设于所述涡轮轴上的多级涡轮转子，所述螺杆外壳内套设与多级涡轮转子匹配的多级涡轮定子；所述防掉接头的下部套设于所述螺杆外壳内，所述涡轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：查春青，柳贡慧，李军，
申请(专利权)人：北京工业大学，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11