專利名稱：石油鉆井用三維水力振動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種石油鉆井用三維水力振動器，屬石油鉆井工具設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景在石油鉆井的過程中，特別是在大位移井和水平井的鉆井過程中，管柱的摩擦阻力是需要解決的核心問題，它直接決定和影響大位移井和水平井的最大延伸。通常情況下，大位移井和水平井的位移與垂深之比大于或者等于2，其井斜角的下限值必超過63° ,并且由于一般大位移井都有一個垂直段,貝U其最大井斜角一般在70°以 上；大位移井的斜深多達(dá)幾千米，對于水平井，井眼軌跡近似達(dá)到水平，井眼通常繼續(xù)在油層里延伸油層厚度的六倍。在這樣的情況下，大位移井和水平井鉆柱的自重絕大部分將壓向井壁，鉆柱和井壁之間將產(chǎn)生很大的摩擦力，從而導(dǎo)致鉆柱滑動困難，使鉆柱承受較大扭矩，使鉆進(jìn)速度緩慢，還有可能發(fā)生卡鉆事故。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種石油鉆井用三維水力振動器，能夠有效克服大位移井和水平井鉆柱與井壁之間的摩擦阻力、降低鉆柱與井壁之間的扭矩，避免卡鉆事故的發(fā)生，具有大幅度提高鉆井效率，降低鉆井成本的特點。本實用新型是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的。在石油鉆井用三維水力振動器的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有流量控制閥、軸向振動器、過濾接頭、螺桿馬達(dá)動力接頭、液力脈沖發(fā)生器；所述的流量控制閥由閥體、閥芯、彈簧、閥座組成；閥芯、彈簧、閥座安裝在閥體內(nèi)；閥芯安裝在彈簧的上方，彈簧的下端安裝在閥座上，閥座固定安裝在閥體的內(nèi)壁上；閥芯能在閥體內(nèi)軸向移動；閥體的上端與鉆柱通過螺紋相連接；閥體的下端與心軸的上端通過螺紋相連接；在閥體上相對于閥芯與閥座結(jié)合處的位置開有旁通閥孔；所述的軸向振動器由心軸、上接頭、蝶形彈簧、中空活塞、下接頭組成；心軸的上端與閥體的下端通過螺紋相連接；上接頭的上端與心軸通過花鍵相連接；上接頭的下端與下接頭的上端通過螺紋相連接；下接頭的下端與過濾接頭外殼的上端通過螺紋相連接；心軸的下端安裝在上接頭和下接頭的中空腔內(nèi)，在下接頭的中空腔內(nèi)，中空活塞通過螺紋連接安裝在心軸的下端；蝶形彈簧安裝在心軸與下接頭之間的中空腔內(nèi)，安裝在心軸的凸緣和下接頭的臺肩之間；所述的過濾接頭由過濾篩、防掉連桿、過濾接頭外殼組成；過濾接頭外殼的上端與下接頭的下端通過螺紋相連接；過濾接頭外殼的下端與螺桿馬達(dá)外殼的上端通過螺紋相連接；過濾篩、防掉連桿安裝在過濾接頭外殼內(nèi)；過濾篩安裝在防掉連桿的上方；在防掉連桿的上端面上開有圓孔用來增加泥漿流入的流量；在過濾篩上開有過濾孔能夠?qū)⒛酀{中比較大的固體顆粒過濾掉；所述的螺桿馬達(dá)動力接頭由螺桿馬達(dá)外殼、橡膠定子、轉(zhuǎn)子組成；螺桿馬達(dá)外殼的上端與過濾接頭外殼的下端通過螺紋相連接；螺桿馬達(dá)外殼的下端與發(fā)生器外殼的上端通過螺紋相連接；橡膠定子、轉(zhuǎn)子安裝在螺桿馬達(dá)外殼內(nèi)；橡膠定子固定安裝在螺桿馬達(dá)外殼的內(nèi)壁上；轉(zhuǎn)子安裝在橡膠定子中；轉(zhuǎn)子的上端和防掉連桿的下端通過螺紋相連接；所述的液力脈沖發(fā)生器由發(fā)生器外殼、連接器、PDC軸承動環(huán)、PDC軸承靜環(huán)、固定接頭組成；發(fā)生器外殼的上端與螺桿馬達(dá)外殼的下端通過螺紋相連接；連接器、PDC軸承動環(huán)、PDC軸承靜環(huán)、固定接頭安裝在發(fā)生器外殼內(nèi)；連接器的上端與轉(zhuǎn)子的下端通過螺紋相連接；連接器的下端與PDC軸承動環(huán)通過螺紋相連接；固定接頭的上端與PDC軸承靜環(huán)通過螺紋相連接；固定接頭的下端與發(fā)生器外殼通過螺紋相連接；在PDC軸承靜環(huán)的圓周邊開有過流孔；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和偏心振動時，其運動通過連接器直接傳遞到PDC軸承動環(huán)上，從而使流經(jīng)PDC軸承靜環(huán)上的過流孔的泥漿過流面積產(chǎn)生循環(huán)的變化，從而產(chǎn)生圓周方向上的振動。本實用新型與現(xiàn)有的技術(shù)相比，可靈活控制泥漿的流量和速度，過濾掉泥漿中較大的固體顆粒，通過軸向振動器產(chǎn)生沿軸向方向上的位移；通過螺桿馬達(dá)動力接頭產(chǎn)生圓周方向的偏心振動力，使液力脈沖發(fā)生器的過流面積的變化來產(chǎn)生鉆柱沿圓周方向上的脈動，從而有效克服大位移井和水平井鉆柱與井壁之間的摩擦阻力、降低鉆柱與井壁之間的扭矩，避免卡鉆事故的發(fā)生，具有大幅度提高鉆井效率，降低鉆井成本的特點。

圖I為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的連接器部分開有過流通道的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中1.閥體、2.閥芯、3.彈簧、4.閥座、5.心軸、6.上接頭、7.蝶形彈簧、8.中空活塞、9.下接頭、10.過濾篩、11.防掉連桿、12.過濾接頭外殼、13.螺桿馬達(dá)外殼、14.橡膠定子、15.轉(zhuǎn)子、16.連接器、17.發(fā)生器外殼、18. PDC軸承動環(huán)、19. PDC軸承靜環(huán)、20.固定接頭、21.芳通閥孔。
具體實施方式
本實用新型石油鉆井用三維水力振動器由流量控制閥、軸向振動器、過濾接頭、螺桿馬達(dá)動力接頭、液力脈沖發(fā)生器組成；所述的流量控制閥由閥體I、閥芯2、彈簧3、閥座4組成；閥芯2、彈簧3、閥座4安裝在閥體I內(nèi)；閥芯2安裝在彈簧3的上方，彈簧3的下端安裝在閥座4上，閥座4固定安裝在閥體I的內(nèi)壁上；在流入的泥漿和彈簧力的作用下，閥芯2能在閥體I內(nèi)軸向移動；用來調(diào)節(jié)泥漿的流入速度和流入總量；閥體I的上端與鉆柱通過螺紋相連接；閥體I的下端與心軸5的上端通過螺紋相連接；在閥體I上相對于閥芯2與閥座4結(jié)合處的位置開有旁通閥孔21 ;當(dāng)泥漿流量和壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值時，閥芯2下移，流量控制閥被關(guān)閉，即旁通閥孔21被關(guān)閉，此時的泥漿全部由閥體I向下流經(jīng)閥座4;當(dāng)泥漿流量值過小或停泵時，所產(chǎn)生的壓力不足以克服彈簧3的彈力和靜摩擦力時，彈簧3把閥芯2向上頂起，流量控制閥被打開，即旁通閥孔21處于開啟位置，此時的部分泥漿可以從閥體I和井壁之間的環(huán)形空間進(jìn)入旁通閥孔21，然后向下流經(jīng)閥座4 ;另一部分泥漿從閥體I的軸向正常向下流經(jīng)閥座4 ;所述的軸向振動器由心軸5、上接頭6、蝶形彈簧7、中空活塞8、下接頭9組成；心軸5的上端與閥體I的下端通過螺紋相連接；上接頭6的上端與心軸5通過花鍵相連接；上接頭6的下端與下接頭9的上端通過螺紋相連接；下接頭9的下端與過濾接頭外殼12的上端通過螺紋相連接；心軸5的下端安裝在上接頭6和下接頭9的中空腔內(nèi)，心軸5可以在中空腔內(nèi)滑動；軸向振動器內(nèi)部的鉆井液壓力與外環(huán)之間的正壓力差使得心軸5在中空腔內(nèi)可上下移動；在下接頭9的中空腔內(nèi)，中空活塞8通過螺紋連接安裝在心軸5的下端；蝶形彈簧7安裝在心軸5與下接頭9之間的中空腔內(nèi)，安裝在心軸5的凸緣和下接頭9的臺肩之間；位于上接頭6的螺紋接頭端和中空活塞8之間，蝶形彈簧7在軸向產(chǎn)生彈簧抵抗力，并且周期性的被壓縮或者伸長；由于從流量控制閥流入振動器的泥漿的流量和速度不斷變化以及蝶形彈簧7作用，使得心軸5在中空腔內(nèi)上下移動，從而軸向振動器產(chǎn)生沿軸向方向上的位移；所述的過濾接頭由過濾篩10、防掉連桿11、過濾接頭外殼12組成；過濾接頭外殼12的上端與下接頭9的下端通過螺紋相連接；過濾接頭外殼12的下端與螺桿馬達(dá)外殼13的上端通過螺紋相連接；過濾篩10、防掉連桿11安裝在過濾接頭外殼12內(nèi)；過濾篩10安裝在防掉連桿11的上方；在防掉連桿11的上端面上開有圓孔用來增加泥漿流入的流量；在過濾篩10上開有過濾孔能夠?qū)⒛酀{中比較大的固體顆粒過濾掉；所述的螺桿馬達(dá)動力接頭由螺桿馬達(dá)外殼13、橡膠定子14、轉(zhuǎn)子15組成；螺桿馬達(dá)外殼13的上端與過濾接頭外殼12的下端通過螺紋相連接；螺桿馬達(dá)外殼13的下端與發(fā)生器外殼17的上端通過螺紋相連接；橡膠定子14、轉(zhuǎn)子15安裝在螺桿馬達(dá)外殼13內(nèi)；橡膠定子14固定安裝在螺桿馬達(dá)外殼13的內(nèi)壁上；轉(zhuǎn)子15安裝在橡膠定子14中；轉(zhuǎn)子15的上端和防掉 連桿11的下端通過螺紋相連接；能夠有效的阻止轉(zhuǎn)子15在軸向方向上的滑脫；橡膠定子14的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子15的外表面具有特殊的螺旋線結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子15采用單頭結(jié)構(gòu)，并且轉(zhuǎn)子15和橡膠定子14之間形成密封腔結(jié)構(gòu)；泥漿流入時，密封腔結(jié)構(gòu)沿軸向方向具有一定的壓力梯度，梯度性的壓力推動轉(zhuǎn)子15旋轉(zhuǎn)，并且形成一種偏心振動；轉(zhuǎn)子15在橡膠定子14內(nèi)作偏心轉(zhuǎn)動；所述的液力脈沖發(fā)生器由發(fā)生器外殼17、連接器16、PDC軸承動環(huán)18、PDC軸承靜環(huán)19、固定接頭20組成；發(fā)生器外殼17的上端與螺桿馬達(dá)外殼13的下端通過螺紋相連接；發(fā)生器外殼17的下端與下面的鉆柱通過螺紋相連接；連接器16、PDC軸承動環(huán)18、PDC軸承靜環(huán)19、固定接頭20安裝在發(fā)生器外殼17內(nèi)；連接器16的上端與轉(zhuǎn)子15的下端通過螺紋相連接；連接器16的下端與PDC軸承動環(huán)18通過螺紋相連接；固定接頭20的上端與PDC軸承靜環(huán)19通過螺紋相連接；固定接頭20的下端與發(fā)生器外殼17通過螺紋相連接；在PDC軸承靜環(huán)19的圓周邊開有過流孔；轉(zhuǎn)子15旋轉(zhuǎn)和偏心振動時，其運動通過連接器16直接傳遞到PDC軸承動環(huán)18上，從而使流經(jīng)PDC軸承靜環(huán)19上的過流孔的泥漿過流面積產(chǎn)生循環(huán)的變化，從而產(chǎn)生圓周方向上的振動。在連接器16上開有過流通道，與其相對應(yīng)，在PDC軸承動環(huán)18和I3DC軸承靜環(huán)19的中心也開有過流孔；當(dāng)轉(zhuǎn)子15旋轉(zhuǎn)和偏心振動時，其運動通過連接器16直接傳遞到roc軸承動環(huán)18上，此時的泥漿從連接器16上的過流通道、PDC軸承動環(huán)18中心處的過流孔和PDC軸承靜環(huán)19中心處的過流孔中通過；使得流經(jīng)PDC軸承靜環(huán)19上的過流孔的泥漿過流面積產(chǎn)生循環(huán)的變化。本實用新型的石油鉆井用三維水力振動器由流量控制閥、軸向振動器、過濾接頭、螺桿馬達(dá)動力接頭、液力脈沖發(fā)生器組成；流量控制閥用來調(diào)節(jié)流入振動器的泥漿的流量以及速度；軸向振動器用來產(chǎn)生沿軸向方向上的位移；過濾接頭用來過濾較粗的泥漿成分；進(jìn)入振動器的泥漿在螺桿馬達(dá)動力接頭里面形成一定的壓差，推動螺桿馬達(dá)里面的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，同時轉(zhuǎn)子在橡膠定子里偏心振動；液力脈沖發(fā)生器通過PDC推力軸承靜環(huán)和動環(huán)之間的過流面積循環(huán)的變化，從而產(chǎn)生圓周方向上的振動。[0014]本實用新型的石油鉆井用三維水力振動器同時在軸向、圓周方向上產(chǎn)生的三維振動能夠提聞大位移井和水平井的鉆柱在下放過程中鉆柱克服井壁對鉆柱的阻力的能力；減少由于鉆柱壓力與底層壓力之差較大造成的鉆柱向井壁推靠以及卡鉆等井下事故的發(fā)生，降低鉆柱所受到的地層作用的扭矩?！?br> 權(quán)利要求1.石油鉆井用三維水力振動器，由流量控制閥、軸向振動器、過濾接頭、螺桿馬達(dá)動力接頭、液力脈沖發(fā)生器組成；其特征在于所述的流量控制閥由閥體(I)、閥芯(2)、彈簧(3)、閥座(4)組成；閥芯(2)、彈簧(3)、閥座(4)安裝在閥體(I)內(nèi)；閥芯(2)安裝在彈簧(3)的上方，彈簧(3)的下端安裝在閥座(4)上，閥座(4)固定安裝在閥體(I)的內(nèi)壁上；閥芯(2)能在閥體(I)內(nèi)軸向移動；閥體(I)的上端與鉆柱通過螺紋相連接；閥體(I)的下端與心軸(5)的上端通過螺紋相連接；所述的軸向振動器由心軸(5)、上接頭(6)、蝶形彈簧(7)、中空活塞(8)、下接頭(9)組成；心軸(5)的上端與閥體(I)的下端通過螺紋相連接；上接頭(6)的上端與心軸(5)通過花鍵相連接；上接頭(6)的下端與下接頭(9)的上端通過螺紋相連接；下接頭(9)的下端與過濾接頭外殼(12)的上端通過螺紋相連接；心軸(5)的下端安裝在上接頭(6)和下接頭(9)的中空腔內(nèi)，在下接頭(9)的中空腔內(nèi)，中空活塞(8)通過螺紋連接安裝在心軸(5)的下端；所述的過濾接頭由過濾篩(10)、防掉連桿(11)、過濾接頭外殼(12)組成；過濾接頭外殼(12)的上端與下接頭(9)的下端通過螺紋相連接；過濾接頭外殼(12)的下端與螺桿馬達(dá)外殼(13)的上端通過螺紋相連接；過濾篩(10)、防掉連桿(11)安裝在過濾接頭外殼(12)內(nèi)；過濾篩(10)安裝在防掉連桿(11)的上方；所述的螺桿馬達(dá)動力接頭由螺桿馬達(dá)外殼(13)、橡膠定子(14)、轉(zhuǎn)子(15)組成；螺桿馬達(dá)外殼(13)的上端與過濾接頭外殼(12)的下端通過螺紋相連接；螺桿馬達(dá)外殼(13)的下端與發(fā)生器外殼(17)的上端通過螺紋相連接；橡膠定子(14)、轉(zhuǎn)子(15)安裝在螺桿馬達(dá)外殼(13)內(nèi)；橡膠定子(14)固定安裝在螺桿馬達(dá)外殼(13)的內(nèi)壁上；轉(zhuǎn)子(15)安裝在橡膠定子(14)中；轉(zhuǎn)子(15)的上端和防掉連桿(11)的下端通過螺紋相連接；所述的液力脈沖發(fā)生器由發(fā)生器外殼(17)、連接器(16)、PDC軸承動環(huán)(18)、PDC軸承靜環(huán)(19)、固定接頭(20)組成；發(fā)生器外殼(17)的上端與螺桿馬達(dá)外殼(13)的下端通過螺紋相連接；連接器(16)、PDC軸承動環(huán)(18)、PDC軸承靜環(huán)(19)、固定接頭(20)安裝在發(fā)生器外殼(17)內(nèi)；連接器(16)的上端與轉(zhuǎn)子(15)的下端通過螺紋相連接；連接器(16)的下端與PDC軸承動環(huán)(18)通過螺紋相連接；固定接頭(20)的上端與PDC軸承靜環(huán)(19)通過螺紋相連接；固定接頭(20)的下端與發(fā)生器外殼(17)通過螺紋相連接；在PDC軸承靜環(huán)(19)的圓周邊開有過流孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石油鉆井用三維水力振動器，其特征在于在閥體(I)上相對于閥芯(2)與閥座(4)結(jié)合處的位置開有旁通閥孔(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油鉆井用三維水力振動器，其特征在于蝶形彈簧(7)安裝在心軸(5)與下接頭(9)之間的中空腔內(nèi)，安裝在心軸(5)的凸緣和下接頭(9)的臺肩之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石油鉆井用三維水力振動器，其特征在于在防掉連桿(11)的 上端面上開有圓孔用來增加泥漿流入的流量；在過濾篩(10)上開有過濾孔能夠?qū)⒛酀{中比較大的固體顆粒過濾掉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石油鉆井用三維水力振動器，其特征在于在連接器(16)上開有過流通道，與其相對應(yīng)，在PDC軸承動環(huán)(18)和PDC軸承靜環(huán)(19)的中心也開有過流孔。
專利摘要本實用新型涉及一種石油鉆井用三維水力振動器，屬石油鉆井工具設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，由流量控制閥、軸向振動器、過濾接頭、螺桿馬達(dá)動力接頭、液力脈沖發(fā)生器組成；其特征在于流量控制閥用來調(diào)節(jié)流入振動器的泥漿流量和速度；軸向振動器用來產(chǎn)生沿軸向方向上的位移；過濾接頭用來過濾較粗的泥漿成分；進(jìn)入振動器的泥漿在螺桿馬達(dá)動力接頭里面形成一定的壓差，推動螺桿馬達(dá)里面的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和偏心振動；液力脈沖發(fā)生器通過PDC推力軸承靜環(huán)和動環(huán)之間的過流面積循環(huán)的變化，從而產(chǎn)生圓周方向上的振動。本實用新型同時在軸向、圓周方向上產(chǎn)生的三維振動能有效克服大位移井和水平井鉆柱與井壁之間的摩擦阻力、降低鉆柱與井壁之間的扭矩，避免卡鉆事故的發(fā)生，具有大幅度提高鉆井效率，降低鉆井成本的特點。
文檔編號E21B21/08GK202611591SQ20122021652
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者易先中, 張軍鋒 申請人:長江大學(xué)