一種渦輪式井下水力振蕩器的制作方法

本發(fā)明涉及一種渦輪式井下水力振蕩器，屬石油井下設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨各大油田勘探技術(shù)的不斷深入，油井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜度逐漸增加，長水平、大斜度及多分支水平井等的數(shù)量增加等問題對(duì)鉆井工程提出了新的現(xiàn)實(shí)要求，使水力振蕩器等工具的發(fā)展空間和需求得到了提升。就如何提高水平井水平段長度和實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)等問題成為了石油產(chǎn)業(yè)相關(guān)研究關(guān)注的焦點(diǎn)。復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)，不僅對(duì)鉆井技術(shù)和方法提出了較高的要求，而且較大的井斜角使石油鉆桿柱與井壁間的摩擦阻力明顯增大，降低了鉆壓的傳遞效率，影響了機(jī)械鉆進(jìn)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種由渦輪驅(qū)動(dòng)，且耐高溫、磨損能力強(qiáng)，以改善鉆壓傳遞效果的渦輪式井下水力振蕩器。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種渦輪式井下水力振蕩器，包括上殼體、下殼體、上接頭、下接頭、花鍵套和中間接頭，其特征在于：上殼體和下殼體之間通過中間接頭相互螺紋連接，下殼體的端頭螺紋安裝有下接頭，上殼體的端頭通過花鍵套螺紋安裝有上接頭；下殼體內(nèi)通過渦輪軸端帽和推力軸承裝有渦輪軸，渦輪軸上通過扶正軸承A和扶正軸承B裝有渦輪組件，推力軸承一端的下殼體內(nèi)通過閥座安裝有閥盤；閥盤與渦輪軸螺紋連接；渦輪軸端帽一側(cè)的上殼體內(nèi)安裝有臺(tái)階軸，臺(tái)階軸上通過臺(tái)階軸端帽裝有活塞，活塞一側(cè)的臺(tái)階軸上裝有蝶形彈簧，蝶形彈簧與活塞接觸連接。

所述的扶正軸承A通過渦輪軸端冒與渦輪軸螺紋固定，扶正軸承B通過渦輪軸軸肩固定在渦輪軸上。

所述的閥座與下接頭螺紋連接。

所述的閥盤和閥座上分別設(shè)有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的過流孔，閥盤和閥座的過流孔端面之間設(shè)置有間隙。

所述的花鍵套與臺(tái)階軸螺紋連接。

所述的臺(tái)階軸與上接頭螺紋連接。

所述的上殼體與花鍵套螺紋連接。

所述的上殼體上設(shè)有排液孔。

本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：

該水力振蕩器的主體結(jié)構(gòu)由純金屬零件組成，沒有橡膠襯套等對(duì)高溫比較敏感的元器件，在深井和超深井中也能有較好的工作性能；采用渦輪驅(qū)動(dòng)，沒有偏心運(yùn)動(dòng)引起的橫向振動(dòng)，對(duì)LWD、MWD等工具的信號(hào)采集工作不產(chǎn)生影響；通過自身軸向的周期性高頻蠕動(dòng)，使鉆柱與井壁之間的摩擦條件發(fā)生變化、鉆柱彈性送鉆的瞬時(shí)滑動(dòng)摩擦系數(shù)的增長速度降低，從而降低摩阻、提高機(jī)械鉆速；軸承負(fù)載小，使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的閥盤的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的閥座的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中的A處放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中的B處放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、上殼體，2、下殼體，3、上接頭，4、下接頭，5、花鍵套，6、中間接頭，7、渦輪軸端帽，8、推力軸承，9、渦輪軸，10、扶正軸承A，11、扶正軸承B，12、定子，13、轉(zhuǎn)子，14、閥座，15、閥盤，16、過流孔，17、臺(tái)階軸，18、臺(tái)階軸端帽，19、活塞，20、蝶形彈簧， 21、排液孔。

具體實(shí)施方式

該渦輪式井下水力振蕩器包括上殼體1、下殼體2、上接頭3、下接頭4、花鍵套5和中間接頭6。上殼體1和下殼體2之間通過中間接頭6相互螺紋連接，下殼體2的端頭螺紋安裝有下接頭4，上殼體1的端頭通過花鍵套5螺紋安裝有上接頭3；上殼體1與花鍵套5之間螺紋連接。

下殼體2內(nèi)通過渦輪軸端帽7和推力軸承8裝有渦輪軸9，渦輪軸9上通過扶正軸承A10和扶正軸承B11裝有渦輪組件。渦輪組件由依次安裝在渦輪軸9上的渦輪定子12和轉(zhuǎn)子13構(gòu)成。扶正軸承A10通過渦輪軸端冒7與渦輪軸9螺紋固定，扶正軸承B11通過渦輪軸9的軸肩固定在渦輪軸9上，由此實(shí)現(xiàn)軸向定位并壓緊定子12和轉(zhuǎn)子13。

推力軸承8一端的下殼體2內(nèi)通過閥座14安裝有閥盤15；閥盤15與渦輪軸9螺紋連接，并隨渦輪軸9旋轉(zhuǎn)；閥座14與下接頭4螺紋連接。閥盤15和閥座14上分別設(shè)有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的過流孔16，閥盤15和閥座14的過流孔端面之間設(shè)置有間隙。

該水力振蕩器的推力軸承8用來承受渦輪軸9的軸向力并保證渦輪軸9的對(duì)中性，推力軸承8一側(cè)由渦輪軸9的軸肩進(jìn)行軸向定位，推力軸承8另一側(cè)由閥盤15定位。

閥盤15中心軸線處開設(shè)有通孔，以為推力軸承8減少載荷；閥盤15和閥座14的過流孔16端面之間的間隙，其目的是防止鉆井液過流面積最小時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生憋壓現(xiàn)象。

渦輪軸端帽7一側(cè)的上殼體1內(nèi)安裝有臺(tái)階軸17，臺(tái)階軸17分別與上接頭3和花鍵套5螺紋連接。臺(tái)階軸17上通過臺(tái)階軸端帽18裝有活塞19，活塞19一側(cè)的臺(tái)階軸17上裝有蝶形彈簧20，蝶形彈簧20與活塞19接觸連接。上殼體1設(shè)置有排液孔21，用來將泄露進(jìn)碟簧空間的鉆井液排出到鉆柱環(huán)形空間。

由于該水力振蕩器的臺(tái)階軸17通過螺紋連接在上接頭3上，且與花鍵套5的內(nèi)臺(tái)階面形成臺(tái)階配合；從而可對(duì)套在臺(tái)階軸17上的多片碟形彈簧20構(gòu)成的碟簧組通過活塞19和臺(tái)階軸17的軸肩端面進(jìn)行軸向固定，并在提升鉆柱時(shí)可防止卡鉆等事故致使鉆頭掉落井底的現(xiàn)象。

該水力振蕩器的上接頭3、花鍵套5、臺(tái)階軸17、上殼體1、碟形彈簧20、活塞19、臺(tái)階軸端帽7構(gòu)成振動(dòng)短節(jié)。

渦輪軸端帽7、扶正軸承A10、定子12、轉(zhuǎn)子13、渦輪軸9、扶正軸承B11、推力軸承8、下殼體2、下接頭4構(gòu)成動(dòng)力短節(jié)。

該水力振蕩器工作時(shí)，其上部通過上接頭3與鉆桿連接，下部通過下接頭4與鉆柱及鉆頭連接。工作過程中，鉆桿內(nèi)部高壓鉆井液的作用驅(qū)動(dòng)渦輪組的轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)，形成繞渦輪中心軸線的同心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而將高壓鉆井液的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，并通過渦輪軸9傳遞到閥盤15，由于閥盤15與渦輪軸9螺紋連接且隨渦輪軸9一起高速旋轉(zhuǎn)，在閥盤15高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥盤15與閥座14上的過流孔16發(fā)生交錯(cuò)重疊，使鉆井液在通過時(shí)的流通面積發(fā)生周期性變化，進(jìn)而使閥盤15上游液流壓力發(fā)生周期性變化，即產(chǎn)生了壓力脈沖。

這一過程中，當(dāng)閥盤15與閥座14之間的過流面積變小時(shí)，閥盤15上游壓力升高，當(dāng)過流面積最小時(shí)，即當(dāng)閥盤15與閥座14的過流孔分別位于中心軸線兩側(cè)時(shí)，閥盤15上游高壓液流壓力達(dá)到極大值，極大的液流壓力作用在活塞19和臺(tái)階軸17上使碟形彈簧20壓縮并將鉆井液的高壓動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈蓜?shì)能進(jìn)行存儲(chǔ)，碟形彈簧20的壓縮運(yùn)動(dòng)通過殼體將運(yùn)動(dòng)傳遞到鉆頭，從而使井底鉆具向下振動(dòng)。

當(dāng)閥盤15與閥座14之間的過流面積變大時(shí)，閥盤15上游壓力降低，當(dāng)過流面積最大時(shí)，即當(dāng)閥盤15與閥座14的過流孔分別位于中心軸線同一側(cè)時(shí)，閥盤15上游高壓液流壓力達(dá)到極小值，由于鉆壓大于所述極小的液流壓力，此前處于壓縮狀態(tài)的碟形彈簧20釋放能量，碟形彈簧20伸長并通過該水力振蕩器的殼體將運(yùn)動(dòng)傳遞到鉆頭，使鉆頭向上運(yùn)動(dòng)。由于渦輪組在高壓鉆井液作用下可提供穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并具有一定的周期，在周期性壓力脈沖作用下，該水力振蕩器即可產(chǎn)生沿軸向的周期性高頻蠕動(dòng)，使鉆柱與井壁之間的摩擦條件發(fā)生變化、鉆柱彈性送鉆的瞬時(shí)滑動(dòng)摩擦系數(shù)的增長速度降低，從而降低摩阻、提高機(jī)械鉆速。

該水力振蕩器的閥盤15上設(shè)置有壓力平衡腔，通過將低壓引入壓力平衡裝置內(nèi)腔，可使液流壓力作用在閥盤15的端面并產(chǎn)生一個(gè)沿軸向向上的作用力，該作用力可減小推力軸承8的負(fù)載，從而延長推力軸承8的工作壽命；進(jìn)而延長該水力振蕩器的使用壽命。