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【发明授权】一种转轮动力的水力振荡器_长江大学_201710814084.6 

申请/专利权人:长江大学

申请日:2017-09-11

公开(公告)日:2023-05-26

公开(公告)号:CN107435520B

主分类号:E21B7/24

分类号:E21B7/24

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2023.05.26#授权;2017.12.29#实质审查的生效;2017.12.05#公开

摘要:本发明涉及一种转轮动力的水力振荡器;属油气开采钻井工具技术领域。它由花键轴、上壳体、下壳体、中间接头和下接头构成,上壳体内通过连接套安装有花键轴,上壳体的一端通过中间接头螺纹安装有下壳体,下壳体的端头螺纹安装有下接头;下接头与中间接头之间的下壳体内通过上扶正轴承安装有转轮,转轮一侧的下壳体内通过下扶正轴承安装有转阀;转阀与转轮螺纹连接。该水力振荡器具有结构简单紧凑,活动件少,成本低廉的特点。工作过程中随着转轮的转动,使过流面积得以周期性改变,由此产生间歇压力脉冲,从而带动振动短节产生周期性轴向振动,由此将将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦,可有效降低摩阻,提高钻井效率,降低钻井成本。

主权项:1.一种转轮动力的水力振荡器;它由花键轴(1)、上壳体(2)、下壳体(3)、中间接头(4)和下接头(5)构成,上壳体(2)内通过连接套(6)安装有花键轴(1),上壳体(2)的一端通过中间接头(4)螺纹安装有下壳体(3),下壳体(3)的端头螺纹安装有下接头(5);下接头(5)上设置有下接头中心孔(15),下接头中心孔(15)外侧的下接头(5)上设置有多个连通孔(16),下接头(5)与中间接头(4)之间的下壳体(3)内通过上扶正轴承(9)安装有转轮(10),其特征在于:所述的转轮(10)为十字结构,转轮(10)上设置有液流孔(11),液流孔(11)外侧的转轮(10)上均布有多条螺旋流道(12),螺旋流道(12)与液流孔(11)连通,螺旋流道(12)一侧的转轮(10)上设置有密封圈,转轮(10)上螺纹安装有定位块(18),定位块(18)与中间接头(4)之间设置有滚珠轴承(19);转轮(10)一侧的下壳体(3)内通过下扶正轴承(13)安装有转阀(14);转阀(14)上设有与连通孔(16)对应的流道孔(17);转阀(14)与转轮(10)螺纹连接;工作时,钻井液由花键轴1的中心孔进入转轮(10),钻井液经过转轮(10)上的螺旋流道(12)进入转轮(10)与下壳体(3)之间的间隙,并形成冲击,从而推动转轮(10)旋转,由于转轮(10)下部与转阀(14)螺纹连接,转阀(14)随转轮(10)转动;由于转阀(14)对下接头(5)的下接头中心孔(15)形成密封;迫使钻井液由转阀(14)的流道孔17进入下接头(5)的连通孔(16),随着转轮(10)的转动,由此使转阀(14)对连通孔(16)形成周期性的启闭,从而使过流面积周期性改变,产生简谐压力脉冲,带动振荡短节产生周期性轴向振动,与此同时,简谐压力波传递到蝶形弹簧(7),带动连接套(6)和上壳体(2)在轴向产生简谐振动;由此将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦,以降低摩阻,提高钻井效率。

全文数据:一种转轮动力的水力振荡器技术领域[0001]本发明涉及一种转轮动力的水力振荡器;属油气开采钻井工具技术领域。背景技术[0002]在水平井、大斜度井及水平分支井等复杂结构井中,随着入井深度的增加,钻柱与井壁之间的摩擦力逐渐增大,钻压无法有效传递至钻头,导致机械钻速下降,并且在钻柱与井壁摩擦力足够大时,容易引发钻柱扭曲变形并诱发井内事故。在此类井的钻井过程中,钻具在井眼曲率较大的井段,或在长水平段,井壁受钻柱压力增大,钻柱与井壁间的摩擦力随之增大,钻柱托压现象严重,无法有效施加钻压,严重影响钻进速度。水力振荡器可以使钻柱产生一定频率和振幅的周期性的振动,使钻进过程中钻柱与井壁的静摩擦变成动摩擦,降低了摩擦阻力,能有效减轻托压现象。在减小送进过程中的摩擦阻力、提高机械钻速、增加水平进尺和缩短钻进周期方面具有明显优势。但是,由于现有的水力振荡器的结构限制,转速与振动频率之比不可调,无法产生高频率振动以满足钻井的要求,且动力部分多采用涡轮或螺杆,结构复杂,成本较高。发明内容[0003]本发明的目的在于:提供一种可将钻进过程中的静摩擦变为动摩擦,能产生高频轴向冲击;以有效降低摩阻,提高钻进速度的转轮动力的水力振荡器。[0004]本发明的技术方案是:一种转轮动力的水力振荡器;它由花键轴、上壳体、下壳体、中间接头和下接头构成,其特征在于:上壳体内通过连接套安装有花键轴,上壳体的一端通过中间接头螺纹安装有下壳体,下壳体的端头螺纹安装有下接头;下接头与中间接头之间的下壳体内通过上扶正轴承安装有转轮,转轮一侧的下壳体内通过下扶正轴承安装有转阀;转阀与转轮螺纹连接。[0005]所述的花键轴圆周上均布有滑键,与滑键对应的连接套内壁设置有键槽,花键轴与连接套之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。[0006]所述的上壳体内壁和滑键一端的花键轴圆周上分别设置有限位台肩,限位台肩之间的花键轴上装有碟簧。[0007]所述的上壳体与连接套螺纹连接。[0008]所述的上壳体内的花键轴端头螺纹安装有防掉头,防掉头与上壳体内壁上的凸台接触连接。[0009]所述的下接头上设置有下接头中心孔,下接头中心孔外侧的下接头上设置有多个连通孔,连通孔与下接头中心孔连通。[0010]所述的转轮为十字结构,转轮上设置有液流孔,液流孔外侧的转轮上均布有多条螺旋流道,螺旋流道与液流孔连通,螺旋流道一侧的转轮上设置有密封圈。[0011]所述的转轮上螺纹安装有定位块,定位块与中间接头之间设置有滚珠轴承。[0012]所述的转阀为圆盘状,转阀上设有与连通孔对应的流道孔。[0013]本发明的有益效果在于:该转轮动力的水力振荡具有结构简单紧凑,活动件少,成本低廉的特点。工作过程中随着转轮的转动,使过流面积得以周期性改变,由此产生间歇压力脉冲,从而带动振动短节产生周期性轴向振动,由此将将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦,可有效降低摩阻,提高钻井效率,降低钻井成本。附图说明[0014]图1为本发明的结构示意图;图2为图1中的A处放大结构示意图;图3为本发明的转轮的截面结构示意图;图4为本发明的转阀的截面结构示意图。[0015]图中:1、花键轴,2、上壳体,3、下壳体,4、中间接头,5、下接头,6、连接套,7、碟簧,8、防掉头,9、上扶正轴承,10、转轮,11、液流孔,12、螺旋流道,13、下扶正轴承,14、转阀,15、下接头中心孔,16、连通孔,I7、流道孔,18、定位块,19、滚珠轴承。具体实施方式[0016]该转轮动力的水力振荡器由花键轴1、上壳体2、下壳体3、中间接头4和下接头5构成,上壳体2内通过连接套6安装有花键轴1,上壳体2与连接套6螺纹连接;花键轴1圆周上均布有滑键,与滑键对应的连接套6内壁设置有键槽,花键轴丨与连接套6之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。[0017]上壳体2内壁和滑键一端的花键轴1圆周上分别设置有限位台肩,限位台肩之间的花键轴1上装有碟簧7。上壳体2内的花键轴1端头螺纹安装有防掉头8,防掉头8与上壳体2内壁上的凸台接触连接,防掉头8的目的是防止花键轴1滑出。[0018]上壳体1的一端通过中间接头4螺纹安装有下壳体3,下壳体3的端头螺纹安装有下接头5;下接头5上设置有下接头中心孔I5,下接头中心孔15外侧的下接头5上设置有多个连通孔16,连通孔16与下接头中心孔15连通。[0019]下接头5与中间接头4之间的下壳体3内通过上扶正轴承9安装有转轮10,转轮10为十字结构,转轮10上设置有液流孔11,液流孔11外侧的转轮10上均布有多条螺旋流道12,螺旋流道12与液流孔11连通,螺旋流道12—侧的转轮1〇上设置有密封圈,以在工作中防止钻井液回流。[0020]转轮10—侧的下壳体3内通过下扶正轴承13安装有转阀14;转阀14与转轮10螺纹连接。转阀14为圆盘状,转阀14上设有与连通孔16对应的流道孔17。[0021]转轮10的一端螺纹安装有定位块1S,定位块18与中间接头4之间设置有滚珠轴承19。[0022]该转轮动力的水力振荡器由花键轴1、上壳体2、连接套6、碟簧7构成动力短节,由下壳体3、下接头5、转阀14和转轮1〇构成振荡短节。工作时,钻井液由花键轴i的中心孔进入转轮10,转轮10的液流孔11下端封闭,钻井液经过转轮10上的螺旋流道12进入转轮10与下壳体3之间的间隙,并形成冲击,从而推动转轮1〇旋转,由于转轮1〇下部与转阀14螺纹连接,转阀14随转轮10转动。由于转阀14对下接头5的下接头中心孔15形成密封;迫使钻井液由转阀14的流道孔17进入下接头5的连通孔16,随着转轮1〇的转动,由此使转阀14对连通孔16形成周期性的启闭,从而使过流面积周期性改变,产生简谐压力脉冲,带动振荡短节产生周期性轴向振动,与此同时,简谐压力波传递到蝶形弹簧7,带动连接套6和上壳体2在轴向产生简谐振动;由此将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦,可有效降低摩阻,提高钻井效率,降低钻井成本。[0023]该水力振荡器具有简单紧凑,活动件少,成本低廉的优点。并且通过调节转阀14的流道孔17和下接头5上连通孔16的数量;可以调节转速与振动频率的比例,以适应不同的井下工况。

权利要求:1.一种转轮动力的水力振荡器;它由花键轴(1、上壳体2、下壳体3、中间接头4和下接头5构成,其特征在于:上壳体2内通过连接套6安装有花键轴(1,上壳体2的一端通过中间接头4螺纹安装有下壳体3,下壳体3的端头螺纹安装有下接头5;下接头5与中间接头4之间的下壳体3内通过上扶正轴承9安装有转轮(10,转轮10—侧的下壳体⑶内通过下扶正轴承(13安装有转阀Q4;转阀(14与转轮(10螺纹连接。2.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的花键轴(1圆周上均布有滑键,与滑键对应的连接套6内壁设置有键槽,花键轴(1与连接套6之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。3.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的上壳体2内壁和滑键一端的花键轴(1圆周上分别设置有限位台肩,限位台肩之间的花键轴上装有碟簧⑺。4.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的上壳体2与连接套6螺纹连接。5.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的上壳体2内的花键轴(1端头螺纹安装有防掉头8,防掉头8与上壳体2内壁上的凸台接触连接。6.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的下接头5上设置有下接头中心孔(I5,下接头中心孔(15外侧的下接头(5上设置有多个连通孔16,连通孔16与下接头中心孔15连通。7.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的转轮10为十字结构,转轮10上设置有液流孔(11,液流孔11外侧的转轮10上均布有多条螺旋流道(12,螺旋流道(12与液流孔(11连通,螺旋流道(12—侧的转轮(10上设置有密封圈。8.根据权利要求7所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的转轮1〇上螺纹安装有定位块18,定位块18与中间接头4之间设置有滚珠轴承19。9.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器;其特征在于:所述的转阀(14为圆盘状,转阀(14上设有与连通孔16对应的流道孔17。

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