一種三維振動水力振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種三維振動水力振蕩器，屬石油開采設備技術領域。該振蕩器包括中心管、上接頭、下接頭、渦輪主軸、轉子軸和調整接頭。中心管的一端裝有上接頭，中心管的另一端裝有下接頭；中心管內通過對稱設置的扶正軸承A和扶正軸承B安裝有渦輪主軸，扶正軸承B一側的渦輪主軸上裝有推力軸承，推力軸承一側的渦輪主軸上裝有分流套和限流套。該振蕩器可使管柱產生高頻徑向與軸向振動，使靜摩擦變為動摩擦，有效減小管柱外壁與井壁的摩擦系數，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
技術領域
[0001]本發明涉及一種三維振動水力振蕩器，屬石油開采設備技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國各大油田開發大斜度井、水平井及水平分支井等復雜結構井的數量增加，如何有效地向鉆頭施加鉆壓成為人們普遍關注的問題。目前，鉆井主要通過復合鉆井和井下動力鉆具滑動鉆進兩種方式。由于這些井結構復雜導致沿程水力損失增加，井底鉆頭可用水馬力相當低，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，鉆柱自身重量在經驗方向的分量小或近似為零，很難滿足預先設計的鉆壓;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，往往會出現托壓、粘卡等現象;對于復合鉆進，尤其是在井下動力鉆具滑動鉆進過程中，無法保證給鉆頭施加真實有效的鉆壓，嚴重影響全井平均機械鉆速以及鉆井周期。

【發明內容】

[0003]本發明針對現有技術存在的上述問題，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雜結構井的鉆井效率的三維振動水力振蕩器。
[0004]本發明的技術方案是:
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、轉子軸和調整接頭，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整接頭安裝有下接頭；中心管內通過對稱設置的扶正軸承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—側的渦輪主軸上通過對稱設置的隔環A和隔環B裝有推力軸承，推力軸承一側的渦輪主軸上裝有分流套和限流套;下接頭內通過扶正軸承C安裝有轉子軸，轉子軸與渦輪主軸螺紋連接;扶正軸承C 一側的轉子軸上通過螺母和連接鍵安裝有偏心轉子，扶正軸承C另一側的轉子軸上螺紋安裝有動閥，動閥一側的下接頭上螺紋安裝有定閥。
[0005]所述的調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]所述的轉子軸上設置有凸臺和鍵槽。
[0008]所述的動閥和定閥上分別設置有偏心流道。
[0009]本發明的優點在于:
1、該三維振動水力振蕩器工作時，渦輪主軸在渦輪的驅動下產生轉動，從而帶動轉子軸旋轉，轉子軸的旋轉可以驅動偏心轉子轉動。偏心轉子的轉動可以產生離心力使該工具產生徑向振動，由于偏心轉子有多組，質量大，能產較大的振動能量，從而可以引起與之相連的管柱產生共振。同時，動閥隨轉子軸轉動，由于動閥的流道是偏心流道，動閥的轉動會使液體的過流面積產生周期性變化，當過流面積達到最低時，此時轉子軸內部將會產生憋壓，憋壓會引起較大軸向沖擊力，使管柱產生軸向振動。
[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，使鉆井液經渦輪軸的徑向通孔流入渦輪軸的與轉子軸的流道能減弱鉆井液對偏心轉子轉動的影響，提高偏心轉子的振動效率且不會對井壁產生破壞。
[0011]3、該三維振動水力振蕩器可使管柱產生高頻徑向與軸向振動，使靜摩擦變為動摩擦，有效減小管柱外壁與井壁的摩擦系數，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為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的偏心轉子的結構示意圖；
圖3為圖2的A—A向結構示意圖；
圖4為本發明的定閥的結構示意圖；
圖5為本發明的定閥側視結構示意圖；
圖6為本發明的動閥的結構示意圖；
圖7為本發明的定閥側視結構示意圖；
圖8為定閥與動閥的過流面積狀態示意圖。
[0013]圖中:1、中心管，2、上接頭，3、下接頭，4、渦輪主軸，5、轉子軸，6、調整接頭，7、扶正軸承A，8、扶正軸承B，9、渦輪組，10、隔環A，11、隔環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、偏心轉子，20、凸臺，21、動閥，22、定閥，23、偏心流道，24、一字型槽。
【具體實施方式】
[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、轉子軸5和調整接頭6。中心管I的一端螺紋安裝有上接頭2，中心管I的另一端通過調整接頭6安裝有下接頭3;調整接頭6分別與中心管I和下接頭3螺紋連接。
[0015]中心管I內通過對稱設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的定子和轉子分別與中心管I和渦輪主軸4通過過度配合進行連接與固定。扶正軸承B8—側的渦輪主軸4上通過對稱設置的隔環AlO和隔環Bll裝有推力軸承12，推力軸承12—側的渦輪主軸4上裝有分流套14和限流套15。限流套15與通孔13對應，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內通過扶正軸承C16安裝有轉子軸5，轉子軸5與渦輪主軸4螺紋連接;扶正軸承C16—側的轉子軸5上通過鍵槽裝有連接鍵18，轉子軸5上通過螺母17和連接鍵18安裝有偏心轉子19，偏心轉子19 一側的轉子軸5上設置有凸臺20。扶正軸承C16另一側的轉子軸5上螺紋安裝有動閥21，動閥21—側的下接頭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和轉子軸5自由轉動，并且不產生軸向和徑向位移。渦輪主軸4在渦輪組9的驅動下產生轉動，從而帶動轉子軸5旋轉，轉子軸5的旋轉可以驅動偏心轉子19轉動。偏心轉子19轉動時可以產生較大的徑向離心力使其產生徑向振動，由于偏心轉子19有多組，質量大，高速轉動時能產較大的振動能量，從而可以引起與之相連的管柱產生共震。
[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；當動閥21轉動時，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，實現圓為動閥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，此時轉子軸5內流道將產生憋壓，于是產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過上接頭2的流道進入渦輪組9并驅動其旋轉從而帶動渦輪主軸4旋轉，這一過程中，流出渦輪組9的鉆井液在限流套15和通孔13的作用下流進渦輪主軸4內部的流道，但是仍有少部分鉆井液經限流套15與分流套14之間的間隙流道進入推力軸承12，以潤滑軸承。
[0020]轉子軸5在渦輪主軸4的作用下高速轉動從而帶動偏心轉子19轉動，由于偏心轉子19組的質量大，轉速高，于是產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隨轉子軸5轉動，且動閥21與定閥22的流道是偏心，動閥21的轉動會使液體的過流面積產生周期性變化，當過流面積達到最低時，此時轉子軸4內部將會產生憋壓引起的較大軸向沖擊力，從而使管柱產生軸向振動。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生改變，由靜摩擦轉變為動摩擦，從而有效減小管柱外壁與井壁的摩擦系數，使得鉆頭處能獲得有效鉆壓，進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。
【主權項】
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)、轉子軸(5)和調整接頭(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)的另一端通過調整接頭(6)安裝有下接頭(3);中心管(I)內通過對稱設置的扶正軸承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)—側的渦輪主軸(4)上通過對稱設置的隔環A(1)和隔環B(11)裝有推力軸承(12)，推力軸承(12) —側的渦輪主軸(4)上裝有分流套(14)和限流套(15);下接頭(3)內通過扶正軸承C(16)安裝有轉子軸(5)，轉子軸(5)與渦輪主軸(4)螺紋連接;扶正軸承C( 16)—側的轉子軸(5)上通過螺母(17)和連接鍵(18)安裝有偏心轉子(19)，扶正軸承C( 16)另一側的轉子軸(5)上螺紋安裝有動閥(21)，動閥(21)—側的下接頭(3)上螺紋安裝有定閥(22)。2.根據權利要求1所述的一種三維振動水力振蕩器，其特征在于:所述的調整接頭(6)分別與中心管(I)和下接頭(3)螺紋連接。3.根據權利要求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.根據權利要求1所述的一種三維振動水力振蕩器，其特征在于:所述的轉子軸(5)上設置有凸臺(20)和鍵槽。5.根據權利要求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
【發明人】夏成宇, 王杰, 呂加華
【申請人】長江大學