專利名稱：一種鉆井用水力振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井用水力振蕩器，特別涉及一種用于減小井壁摩擦阻力，提高破巖效率的鉆井提速裝置，屬于石油、天然氣鉆井的配套裝置。
背景技術(shù)：
在鉆井過程中，破巖方式是影響鉆速的重要因素，井下遇阻或卡鉆將嚴(yán)重影響鉆井過程。隨著當(dāng)前的井眼越來越不規(guī)則，大位移井鉆進(jìn)模式面臨更大的挑戰(zhàn)。降低摩阻、減少常規(guī)鉆井卡鉆事故，增加動(dòng)鉆壓、提高常規(guī)鉆井的效率是當(dāng)前鉆井工程中迫切需要解決的問題?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，對(duì)鉆柱施加適當(dāng)?shù)闹芷谛暂S向振動(dòng)，能有效減小鉆進(jìn)過程中鉆具與井壁之間的摩擦阻力，提高常規(guī)鉆井的破巖效率，減少常規(guī)鉆井卡鉆事故，并增加動(dòng)鉆壓，適用于大位移井、定向鉆井、水平鉆井、垂直鉆井、連續(xù)油管鉆井等多種鉆井方式。當(dāng)前，國 內(nèi)鉆井技術(shù)一直局限于單一功能工具的研發(fā)，如沖擊器、震擊器、水力加壓器等，產(chǎn)品的技術(shù)性能和質(zhì)量狀況一直在低水平徘徊，難以滿足鉆井作業(yè)對(duì)質(zhì)量好、可靠性高的井下工具產(chǎn)品的需求。主要表現(xiàn)在一、受鉆井液性能影響，射流不能穩(wěn)定發(fā)揮沖擊作用；二、沖擊參數(shù)不合理，要求單次較高的沖擊力以解除卡鉆事故，但同時(shí)對(duì)鉆井工具及鉆頭配套設(shè)備的性能提出了較高的要求，且容易破壞井壁的光滑性，使鉆進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，縮短鉆具使用壽命；三、持續(xù)工作能力差，一般緩解井下卡鉆事故需要停止鉆進(jìn)，以制造沖擊力解決問題，之后在正常鉆進(jìn)中無法發(fā)揮作用，不能從根本上減小事故發(fā)生幾率。上述因素制約了旋沖鉆井技術(shù)的發(fā)展，鉆井工程還未能從根本上解決依賴鉆井液沖擊性能、鉆進(jìn)摩擦阻力過大、震擊效果不合適、對(duì)配套工具的要求高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鉆井用水力振蕩器，不依賴鉆井液沖擊性能、沖擊參數(shù)不合理、可持續(xù)工作、從根本上避免卡鉆事故提高鉆井速度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種鉆井用水力振蕩器，主要包括由上至下布置且密封連接的振動(dòng)短節(jié)、水力驅(qū)動(dòng)總成、底部總成；其特征在于振動(dòng)短節(jié)主要包括振動(dòng)殼體、碟形彈簧、和軸心加工有流道的芯軸，芯軸裝入振動(dòng)殼體中且能在殼體中上下滑動(dòng)，芯軸與振動(dòng)殼體之間不接觸的壁體之間的空間為環(huán)形空間，碟形彈簧設(shè)置于環(huán)形空間中，芯軸與振動(dòng)殼體相接觸的壁體接觸面之間設(shè)置密封連接；水力驅(qū)動(dòng)總成主要包括動(dòng)力殼體、設(shè)置于動(dòng)力殼體中的定子、以及能夠在定子中轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的下端與位于動(dòng)力殼體內(nèi)的定閥總成連接；所述的定閥總成主要包括與轉(zhuǎn)子的下端連接的振動(dòng)閥、設(shè)置于振動(dòng)閥下方且與振動(dòng)閥下表面接觸的定閥、用于固定定閥且軸心加工有通孔的定閥鎖緊座，定閥鎖緊座與動(dòng)力殼體之間設(shè)置密封連接；定閥總成安裝在底部總成上，動(dòng)力殼體與底部總成相連；底部總成軸心加工有流道。按上述技術(shù)方案，所述的轉(zhuǎn)子為單螺桿，相對(duì)應(yīng)的定子的內(nèi)壁為不干涉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的、與轉(zhuǎn)子的螺旋桿型相吻合、以動(dòng)力殼體中心軸線對(duì)稱的波浪線型曲面。
按上述技術(shù)方案，所述的振動(dòng)閥設(shè)置有水平方向布置的振動(dòng)閥流通孔，所述的振動(dòng)閥流通孔為偏心于動(dòng)力殼體中心軸線的圓孔；所述的定閥上設(shè)有圓心與動(dòng)力殼體中心一致的圓形定閥流通孔。按上述技術(shù)方案，所述的振動(dòng)閥設(shè)置為能夠隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)在定閥上方沿動(dòng)力殼體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)，且振動(dòng)閥沿動(dòng)力殼體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)閥體自身也同時(shí)旋轉(zhuǎn)；相對(duì)應(yīng)的，所述的振動(dòng)閥流通孔設(shè)置為隨振動(dòng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)而在定閥流通孔上方左右擺動(dòng)，與定閥流通孔相互交錯(cuò)或重疊，且形成的重疊流通孔面積呈周期性變化；所述重疊流通孔面積呈周期性變化產(chǎn)生周期性變化的近似于簡(jiǎn)諧波的簡(jiǎn)諧性壓力波。按上述技術(shù)方案，振動(dòng)短節(jié)振動(dòng)的頻率、振幅可調(diào)。按上述技術(shù)方案，所述的振動(dòng)閥與轉(zhuǎn)子通過螺紋連接。
按上述技術(shù)方案，底部總成兩端加工有螺紋，動(dòng)力殼體兩端加工有螺紋，振動(dòng)殼體下端加工有螺紋；底部總成上端與動(dòng)力殼體螺紋連接，下端與鉆頭螺紋連接；動(dòng)力殼體上端與 振動(dòng)殼體下端螺紋連接；芯軸上端加工有螺紋,芯軸上端與鉆柱螺紋連接。工作時(shí)，鉆井液驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)振動(dòng)閥左右振動(dòng)，使振動(dòng)閥和定閥的流通孔相互交錯(cuò)，調(diào)制出近似于簡(jiǎn)諧波的簡(jiǎn)諧性壓力波，壓力波向上傳遞給碟形彈簧，帶動(dòng)振動(dòng)殼體在軸向發(fā)生持續(xù)的簡(jiǎn)諧性振動(dòng)，有效改善上方鉆柱與井壁的摩擦阻力，提高鉆進(jìn)速度，同時(shí)壓力波向下傳遞給鉆頭射流，促使破巖壓力周期變化，有效破碎巖石。振動(dòng)短節(jié)振動(dòng)的頻率、振幅、通過調(diào)整水力驅(qū)動(dòng)總成的結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸、振動(dòng)閥、定閥的結(jié)構(gòu)尺寸、碟形彈簧的性能參數(shù)以及鉆井液的流量來實(shí)現(xiàn)。其原理是通過振動(dòng)閥和定閥的流通孔相互交錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)流道截面的變化，影響鉆井液流量，調(diào)制出簡(jiǎn)諧性壓力波，帶動(dòng)振動(dòng)殼體在縱向發(fā)生持續(xù)的簡(jiǎn)諧性振動(dòng)，有效改善鉆柱與井壁的摩擦阻力，提高鉆進(jìn)速度，同時(shí)使鉆頭射流也發(fā)生周期性變化，提高破巖效率。本發(fā)明將調(diào)制出的簡(jiǎn)諧性壓力波轉(zhuǎn)換為鉆頭的軸向機(jī)械振動(dòng)，有效改善鉆柱與井壁的摩擦阻力，提高鉆進(jìn)速度，同時(shí)使鉆頭射流也發(fā)生周期性變化，提高破巖效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。


圖I為本發(fā)明實(shí)施的鉆井用水力振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.振動(dòng)短節(jié)；2.水力驅(qū)動(dòng)總成；3.定閥總成；4.底部總成；11.芯軸；12.振動(dòng)殼體；13.密封；14.碟形彈簧；21.動(dòng)力殼體；22.轉(zhuǎn)子；23.定子；31.振動(dòng)閥；32.定閥；33.定閥鎖緊座；34.定閥密封。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。當(dāng)采用本發(fā)明的鉆井用水力振蕩器產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)短節(jié)I與水力驅(qū)動(dòng)總成2相連，轉(zhuǎn)子22與振動(dòng)閥31相連，定閥總成3安裝在底部總成4上，動(dòng)力殼體21與底部總成4相連。
振動(dòng)短節(jié)I主要包括振動(dòng)殼體12、碟形彈簧14、和軸心加工有流道的芯軸11，芯軸11裝入振動(dòng)殼體12中且能在殼體12中上下滑動(dòng)，芯軸11與振動(dòng)殼體12之間不接觸的壁體之間的空間為環(huán)形空間，碟形彈簧14設(shè)置于環(huán)形空間中，芯軸11與振動(dòng)殼體12相接觸的壁體接觸面之間設(shè)置密封13連接。水力驅(qū)動(dòng)總成2主要包括動(dòng)力殼體21、設(shè)置于動(dòng)力殼體21中的定子23、以及能夠在定子23中轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子22，轉(zhuǎn)子22的下端與定閥總成3連接。定閥總成3主要包括與轉(zhuǎn)子22的下端連接的振動(dòng)閥31、設(shè)置于振動(dòng)閥31下方且與振動(dòng)閥31下表面接觸的定閥32、用于固定定閥32且軸心加工有通孔的定閥鎖緊座33，定閥鎖緊座33與動(dòng)力殼體21之間設(shè)置定閥密封34連接；定閥總成3安裝在底部總成4上，動(dòng)力殼體21與底部總成4相連。底部總成4軸心加工有流道，兩端加工有螺紋。
轉(zhuǎn)子22為單螺桿，相對(duì)應(yīng)的定子23的內(nèi)壁為不干涉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的、與轉(zhuǎn)子22的螺旋桿型相吻合、以動(dòng)力殼體21中心軸線對(duì)稱的波浪線型曲面。振動(dòng)閥31設(shè)置有水平方向布置的振動(dòng)閥流通孔，所述的振動(dòng)閥流通孔為偏心于動(dòng)力殼體中心軸線的圓孔；定閥32上設(shè)有圓心與動(dòng)力殼體21中心一致的圓形定閥流通孔；所述的振動(dòng)閥31設(shè)置為能夠隨轉(zhuǎn)子22轉(zhuǎn)動(dòng)在定閥32上方一邊自轉(zhuǎn)一邊公轉(zhuǎn)，即振動(dòng)閥設(shè)置為能夠隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)在定閥上方沿動(dòng)力殼體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)，且振動(dòng)閥自身也同時(shí)旋轉(zhuǎn)；相對(duì)應(yīng)的，所述的振動(dòng)閥流通孔設(shè)置為隨振動(dòng)閥31轉(zhuǎn)動(dòng)而在定閥流通孔上方左右擺動(dòng)，與定閥流通孔相互交錯(cuò)或重疊，且形成的重疊流通孔面積呈周期性變化；所述重疊流通孔面積呈周期性變化產(chǎn)生周期性變化的近似于簡(jiǎn)諧波的簡(jiǎn)諧性壓力波。轉(zhuǎn)子22本身在適應(yīng)定子內(nèi)壁的形狀時(shí)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，所以與之連接的振動(dòng)閥31也在自轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子22及振動(dòng)閥31直徑小于動(dòng)力殼體21直徑，振動(dòng)閥31與轉(zhuǎn)子22連接點(diǎn)偏離定子中心軸，所以會(huì)產(chǎn)生貼著動(dòng)力殼體21內(nèi)壁的公轉(zhuǎn)。所述的振動(dòng)閥31與轉(zhuǎn)子22通過螺紋連接。
動(dòng)力殼體21兩端加工有螺紋，振動(dòng)殼體12下端加工有螺紋；底部總成4上端與動(dòng)力殼體21螺紋連接，下端與鉆頭螺紋連接；動(dòng)力殼體21上端與振動(dòng)殼體12下端螺紋連接；芯軸11上端加工有螺紋，芯軸11上端與鉆柱螺紋連接。當(dāng)采用本發(fā)明產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)時(shí)，鉆井液驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)振動(dòng)閥振動(dòng)，使振動(dòng)閥和定閥的流通孔相互交錯(cuò)，調(diào)制出近似于簡(jiǎn)諧波的簡(jiǎn)諧性壓力波，壓力波向上傳遞給碟形彈簧，帶動(dòng)振動(dòng)殼體在軸向發(fā)生持續(xù)的簡(jiǎn)諧性振動(dòng)，有效改善鉆柱與井壁的摩擦阻力，提高鉆進(jìn)速度，同時(shí)壓力波向下傳遞給鉆頭射流，促使破巖壓力周期變化，有效破碎巖石。振動(dòng)短節(jié)振動(dòng)的頻率、振幅、通過調(diào)整水力驅(qū)動(dòng)總成的結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸、振動(dòng)閥、定閥的結(jié)構(gòu)尺寸、碟形彈簧的性能參數(shù)以及鉆井液的流量來實(shí)現(xiàn)。以上僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明的權(quán)利要求基本原理的其它形式在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉆井用水力振蕩器，主要包括由上至下布置且密封連接的振動(dòng)短節(jié)、水力驅(qū)動(dòng)總成、底部總成；其特征在于振動(dòng)短節(jié)主要包括振動(dòng)殼體、碟形彈簧、和軸心加工有流道的芯軸，芯軸裝入振動(dòng)殼體中且能在殼體中上下滑動(dòng)，芯軸與振動(dòng)殼體之間不接觸的壁體之間的空間為環(huán)形空間，碟形彈簧設(shè)置于環(huán)形空間中，芯軸與振動(dòng)殼體相接觸的壁體接觸面之間設(shè)置密封連接；水力驅(qū)動(dòng)總成主要包括動(dòng)力殼體、設(shè)置于動(dòng)力殼體中的定子、以及能夠在定子中轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的下端與定閥總成連接；所述的定閥總成主要包括與轉(zhuǎn)子的下端連接的振動(dòng)閥、設(shè)置于振動(dòng)閥下方且與振動(dòng)閥下表面接觸的定閥、用于固定定閥且軸心加工有通孔的定閥鎖緊座，定閥鎖緊座與動(dòng)力殼體之間設(shè)置密封連接；定閥總成安裝在底部總成上,動(dòng)力殼體與底部總成相連；底部總成軸心加工有流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子為單螺桿，相對(duì)應(yīng)的定子的內(nèi)壁為不干涉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的、與轉(zhuǎn)子的螺旋桿型相吻合、以動(dòng)力殼體中心軸線對(duì)稱的波浪線型曲面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于所述的振動(dòng)閥設(shè)置有水平方向布置的振動(dòng)閥流通孔，所述的振動(dòng)閥流通孔為偏心于動(dòng)力殼體中心軸線的圓孔；所述的定閥上設(shè)有圓心與動(dòng)力殼體中心一致的圓形定閥流通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于所述的振動(dòng)閥設(shè)置為能夠隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)在定閥上方沿動(dòng)力殼體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)，且振動(dòng)閥沿動(dòng)力殼體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)閥體自身也同時(shí)旋轉(zhuǎn)；相對(duì)應(yīng)的，所述的振動(dòng)閥流通孔設(shè)置為隨振動(dòng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)而在定閥流通孔上方左右擺動(dòng)，與定閥流通孔相互交錯(cuò)或重疊，且形成的重疊流通孔面積呈周期性變化；所述重疊流通孔面積呈周期性變化產(chǎn)生周期性變化的近似于簡(jiǎn)諧波的簡(jiǎn)諧性壓力波。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于振動(dòng)短節(jié)振動(dòng)的頻率、振幅可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于振動(dòng)短節(jié)振動(dòng)的頻率、振幅可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于所述的振動(dòng)閥與轉(zhuǎn)子通過螺紋連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4或6或7所述的鉆井用水力振蕩器，其特征在于底部總成兩端加工有螺紋，動(dòng)力殼體兩端加工有螺紋，振動(dòng)殼體下端加工有螺紋；底部總成上端與動(dòng)力殼體螺紋連接，下端與鉆頭螺紋連接；動(dòng)力殼體上端與振動(dòng)殼體下端螺紋連接；芯軸上端加工有螺紋，芯軸上端與鉆柱螺紋連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆井用水力振蕩器，由水力驅(qū)動(dòng)總成、定閥總成、底部總成、振動(dòng)短節(jié)組成，振動(dòng)短節(jié)與水力驅(qū)動(dòng)總成相連，轉(zhuǎn)子與振動(dòng)閥相連，定閥總成安裝在底部總成上，動(dòng)力殼體與底部總成相連。鉆井液驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)振動(dòng)閥振動(dòng)，使振動(dòng)閥和定閥的流通孔相互交錯(cuò)，調(diào)制出簡(jiǎn)諧性壓力波，壓力波向上傳遞給碟形彈簧，帶動(dòng)振動(dòng)殼體在軸向發(fā)生持續(xù)的簡(jiǎn)諧性振動(dòng)，有效改善鉆柱與井壁的摩擦阻力，提高鉆進(jìn)速度，同時(shí)壓力波向下傳遞給鉆頭射流，促使破巖壓力周期變化，有效破碎巖石。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、壓降低、適應(yīng)性強(qiáng)、不影響鉆具結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，對(duì)于提高鉆速、降低成本具有重要的意義。
文檔編號(hào)E21B28/00GK102704842SQ20121017293
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者信石玉, 涂輝, 車強(qiáng), 陳濤 申請(qǐng)人:中國石化集團(tuán)江漢石油管理局石油機(jī)械研究院, 中國石油化工集團(tuán)公司