一種三維振動水力振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維振動水力振蕩器，屬石油開采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該振蕩器包括中心管、上接頭、下接頭、渦輪主軸、轉(zhuǎn)子軸和調(diào)整接頭。中心管的一端裝有上接頭，中心管的另一端裝有下接頭；中心管內(nèi)通過對稱設(shè)置的扶正軸承A和扶正軸承B安裝有渦輪主軸，扶正軸承B一側(cè)的渦輪主軸上裝有推力軸承，推力軸承一側(cè)的渦輪主軸上裝有分流套和限流套。該振蕩器可使管柱產(chǎn)生高頻徑向與軸向振動，使靜摩擦變?yōu)閯幽Σ?，有效減小管柱外壁與井壁的摩擦系數(shù)，使得鉆頭處能獲得有效鉆壓，從而避免避免水平井及大斜度井的加壓中因重力分力、浮力和摩擦力影響而造成的假加壓問題。
【專利說明】
一種三維振動水力振蕩器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種三維振動水力振蕩器，屬石油開采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國各大油田開發(fā)大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的數(shù)量增加，如何有效地向鉆頭施加鉆壓成為人們普遍關(guān)注的問題。目前，鉆井主要通過復(fù)合鉆井和井下動力鉆具滑動鉆進(jìn)兩種方式。由于這些井結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致沿程水力損失增加，井底鉆頭可用水馬力相當(dāng)?shù)?，一般都是靠鉆柱的自身重量向鉆頭施加鉆壓破碎巖石。然而，在斜度井、水平井及水平井的鉆井施工中，這些傳統(tǒng)的加壓方式受到一定的限制，其存在的主要問題在于:由于井斜較大，鉆柱自身重量在經(jīng)驗(yàn)方向的分量小或近似為零，很難滿足預(yù)先設(shè)計的鉆壓;水平井中，由于鉆柱自身重量對井壁的正壓力大，增加了鉆具在井壁上的摩阻，從而制約了向鉆頭施加有效的鉆壓；由于施工的水平段越來越長，然而在井斜大的井段施工過程中，往往會出現(xiàn)托壓、粘卡等現(xiàn)象;對于復(fù)合鉆進(jìn)，尤其是在井下動力鉆具滑動鉆進(jìn)過程中，無法保證給鉆頭施加真實(shí)有效的鉆壓，嚴(yán)重影響全井平均機(jī)械鉆速以及鉆井周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種便于向鉆頭有效施壓，提高鉆井效率，并且有效防止鉆井過程中脫壓，以便提高大斜度井和水平井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆井效率的三維振動水力振蕩器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種三維振動水力振蕩器，包括中心管、上接頭、下接頭、渦輪主軸、轉(zhuǎn)子軸和調(diào)整接頭，其特征在于:中心管的一端螺紋安裝有上接頭，中心管的另一端通過調(diào)整接頭安裝有下接頭；中心管內(nèi)通過對稱設(shè)置的扶正軸承A和扶正軸承B安裝有渦輪主軸，扶正軸承A和扶正軸承B之間的渦輪主軸上裝有渦輪組，扶正軸承B—側(cè)的渦輪主軸上通過對稱設(shè)置的隔環(huán)A和隔環(huán)B裝有推力軸承，推力軸承一側(cè)的渦輪主軸上裝有分流套和限流套;下接頭內(nèi)通過扶正軸承C安裝有轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子軸與渦輪主軸螺紋連接;扶正軸承C 一側(cè)的轉(zhuǎn)子軸上通過螺母和連接鍵安裝有偏心轉(zhuǎn)子，扶正軸承C另一側(cè)的轉(zhuǎn)子軸上螺紋安裝有動閥，動閥一側(cè)的下接頭上螺紋安裝有定閥。
[0005]所述的調(diào)整接頭分別與中心管和下接頭螺紋連接。
[0006]所述的渦輪主軸為變徑軸，渦輪主軸的中間部位徑向均布有通孔。
[0007]所述的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有凸臺和鍵槽。
[0008]所述的動閥和定閥上分別設(shè)置有偏心流道。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、該三維振動水力振蕩器工作時，渦輪主軸在渦輪的驅(qū)動下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。偏心轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動可以產(chǎn)生離心力使該工具產(chǎn)生徑向振動，由于偏心轉(zhuǎn)子有多組，質(zhì)量大，能產(chǎn)較大的振動能量，從而可以引起與之相連的管柱產(chǎn)生共振。同時，動閥隨轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，由于動閥的流道是偏心流道，動閥的轉(zhuǎn)動會使液體的過流面積產(chǎn)生周期性變化，當(dāng)過流面積達(dá)到最低時，此時轉(zhuǎn)子軸內(nèi)部將會產(chǎn)生憋壓，憋壓會引起較大軸向沖擊力，使管柱產(chǎn)生軸向振動。
[0010]2、該三維振動水力振蕩器利用限流套改變鉆井液的流動方向，使鉆井液經(jīng)渦輪軸的徑向通孔流入渦輪軸的與轉(zhuǎn)子軸的流道能減弱鉆井液對偏心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的影響，提高偏心轉(zhuǎn)子的振動效率且不會對井壁產(chǎn)生破壞。
[0011]3、該三維振動水力振蕩器可使管柱產(chǎn)生高頻徑向與軸向振動，使靜摩擦變?yōu)閯幽Σ?，有效減小管柱外壁與井壁的摩擦系數(shù)，使得鉆頭處能獲得有效鉆壓，從而避免避免水平井及大斜度井的加壓中因重力分力、浮力和摩擦力影響而造成的假加壓問題。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的偏心轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2的A—A向結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的定閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明的定閥側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明的動閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明的定閥側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為定閥與動閥的過流面積狀態(tài)示意圖。
[0013]圖中:1、中心管，2、上接頭，3、下接頭，4、渦輪主軸，5、轉(zhuǎn)子軸，6、調(diào)整接頭，7、扶正軸承A，8、扶正軸承B，9、渦輪組，10、隔環(huán)A，11、隔環(huán)B，12、推力軸承，13、通孔，14、分流套，15、限流套，16、扶正軸承C，17、螺母，18、連接鍵，19、偏心轉(zhuǎn)子，20、凸臺，21、動閥，22、定閥，23、偏心流道，24、一字型槽。
【具體實(shí)施方式】
[0014]該三維振動水力振蕩器包括中心管1、上接頭2、下接頭3、渦輪主軸4、轉(zhuǎn)子軸5和調(diào)整接頭6。中心管I的一端螺紋安裝有上接頭2，中心管I的另一端通過調(diào)整接頭6安裝有下接頭3;調(diào)整接頭6分別與中心管I和下接頭3螺紋連接。
[0015]中心管I內(nèi)通過對稱設(shè)置的且可允許鉆井液通過的扶正軸承A7和扶正軸承B8安裝有渦輪主軸4，渦輪主軸4為變徑軸，渦輪主軸4的上端面設(shè)置有一字型槽24，渦輪主軸4的中間部位徑向均布有通孔13。扶正軸承A7和扶正軸承B8之間的渦輪主軸4上裝有渦輪組9;渦輪組9的定子和轉(zhuǎn)子分別與中心管I和渦輪主軸4通過過度配合進(jìn)行連接與固定。扶正軸承B8—側(cè)的渦輪主軸4上通過對稱設(shè)置的隔環(huán)AlO和隔環(huán)Bll裝有推力軸承12，推力軸承12—側(cè)的渦輪主軸4上裝有分流套14和限流套15。限流套15與通孔13對應(yīng)，限流套15與渦輪主軸4、分流套14之間皆留有供流體通過的間隙。
[0016]下接頭3內(nèi)通過扶正軸承C16安裝有轉(zhuǎn)子軸5，轉(zhuǎn)子軸5與渦輪主軸4螺紋連接;扶正軸承C16—側(cè)的轉(zhuǎn)子軸5上通過鍵槽裝有連接鍵18，轉(zhuǎn)子軸5上通過螺母17和連接鍵18安裝有偏心轉(zhuǎn)子19，偏心轉(zhuǎn)子19 一側(cè)的轉(zhuǎn)子軸5上設(shè)置有凸臺20。扶正軸承C16另一側(cè)的轉(zhuǎn)子軸5上螺紋安裝有動閥21，動閥21—側(cè)的下接頭3上螺紋安裝有定閥22;動閥21和定閥22上分別設(shè)置有偏心流道23;動閥21和定閥22的端面之間相互接觸但是不影響相對滑動。
[0017]該三維振動水力振蕩器在扶正軸承A7、扶正軸承B8、扶正軸承C16和推力軸承12共同作用下可以保證渦輪主軸4和轉(zhuǎn)子軸5自由轉(zhuǎn)動，并且不產(chǎn)生軸向和徑向位移。渦輪主軸4在渦輪組9的驅(qū)動下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)子軸5旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸5的旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子19轉(zhuǎn)動。偏心轉(zhuǎn)子19轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生較大的徑向離心力使其產(chǎn)生徑向振動，由于偏心轉(zhuǎn)子19有多組，質(zhì)量大，高速轉(zhuǎn)動時能產(chǎn)較大的振動能量，從而可以引起與之相連的管柱產(chǎn)生共震。
[0018]由于該三維振動水力振蕩器動閥21和定閥22的流道為偏心流道23且偏心距一樣；當(dāng)動閥21轉(zhuǎn)動時，動閥21的偏心流道23與定閥22的偏心流道23周期性重合與分離，即液體的過流面積周期性變化，(如圖8所示，圖中虛線圓為定閥12流道，實(shí)現(xiàn)圓為動閥13的流道，陰影為兩流道的重疊部分，即過流面積。)當(dāng)定閥22的偏心流道23與動閥21的偏心流道23相位相差180度時，過流面積最小，此時轉(zhuǎn)子軸5內(nèi)流道將產(chǎn)生憋壓，于是產(chǎn)生軸向沖擊力使管柱的軸向振動。
[0019]該三維振動水力振蕩器工作時，通過上接頭2和下接頭3分別與鉆井管柱或鉆具螺紋連接，工作過程中鉆井液經(jīng)過上接頭2的流道進(jìn)入渦輪組9并驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)從而帶動渦輪主軸4旋轉(zhuǎn)，這一過程中，流出渦輪組9的鉆井液在限流套15和通孔13的作用下流進(jìn)渦輪主軸4內(nèi)部的流道，但是仍有少部分鉆井液經(jīng)限流套15與分流套14之間的間隙流道進(jìn)入推力軸承12，以潤滑軸承。
[0020]轉(zhuǎn)子軸5在渦輪主軸4的作用下高速轉(zhuǎn)動從而帶動偏心轉(zhuǎn)子19轉(zhuǎn)動，由于偏心轉(zhuǎn)子19組的質(zhì)量大，轉(zhuǎn)速高，于是產(chǎn)生較大的徑向離心力。該離心力將引起高頻的徑向振動，并引起上下管柱或鉆具組合的徑向振動。與此同時，由于動閥21隨轉(zhuǎn)子軸5轉(zhuǎn)動，且動閥21與定閥22的流道是偏心，動閥21的轉(zhuǎn)動會使液體的過流面積產(chǎn)生周期性變化，當(dāng)過流面積達(dá)到最低時，此時轉(zhuǎn)子軸4內(nèi)部將會產(chǎn)生憋壓引起的較大軸向沖擊力，從而使管柱產(chǎn)生軸向振動。在徑向振動和軸向振動的作用下，管柱與井壁的接觸情況發(fā)生改變，由靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，從而有效減小管柱外壁與井壁的摩擦系數(shù)，使得鉆頭處能獲得有效鉆壓，進(jìn)而避免避免水平井及大斜度井的加壓中因重力分力、浮力和摩擦力影響而造成的假加壓問題。
[0021 ]該三維振動水力振蕩器工作中如遇鉆井管柱過長時，可增加其安裝數(shù)量，安裝多個三維振動水力振蕩器時，各振蕩器之間間隔一定距離即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維振動水力振蕩器，包括中心管(1)、上接頭(2)、下接頭(3)、渦輪主軸(4)、轉(zhuǎn)子軸(5)和調(diào)整接頭(6)，其特征在于:中心管(I)的一端螺紋安裝有上接頭(2)，中心管(I)的另一端通過調(diào)整接頭(6)安裝有下接頭(3);中心管(I)內(nèi)通過對稱設(shè)置的扶正軸承A(7)和扶正軸承B(8)安裝有渦輪主軸(4)，扶正軸承A(7)和扶正軸承B(8)之間的渦輪主軸(4)上裝有渦輪組(9)，扶正軸承B(S)—側(cè)的渦輪主軸(4)上通過對稱設(shè)置的隔環(huán)A(1)和隔環(huán)B(11)裝有推力軸承(12)，推力軸承(12) —側(cè)的渦輪主軸(4)上裝有分流套(14)和限流套(15);下接頭(3)內(nèi)通過扶正軸承C(16)安裝有轉(zhuǎn)子軸(5)，轉(zhuǎn)子軸(5)與渦輪主軸(4)螺紋連接;扶正軸承C( 16)—側(cè)的轉(zhuǎn)子軸(5)上通過螺母(17)和連接鍵(18)安裝有偏心轉(zhuǎn)子(19)，扶正軸承C( 16)另一側(cè)的轉(zhuǎn)子軸(5)上螺紋安裝有動閥(21)，動閥(21)—側(cè)的下接頭(3)上螺紋安裝有定閥(22)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維振動水力振蕩器，其特征在于:所述的調(diào)整接頭(6)分別與中心管(I)和下接頭(3)螺紋連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維振動水力振蕩器，其特征在于:所述的渦輪主軸(4)為變徑軸，渦輪主軸(4)的中間部位徑向均布有通孔(13)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維振動水力振蕩器，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子軸(5)上設(shè)置有凸臺(20)和鍵槽。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維振動水力振蕩器，其特征在于:所述的動閥(21)和定閥(22 )上分別設(shè)置有偏心流道(23 )。
【文檔編號】E21B7/24GK105888553SQ201610226051
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】夏成宇, 王杰, 呂加華
【申請人】長江大學(xué)