CN107435520B - 一种转轮动力的水力振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转轮动力的水力振荡器；属油气开采钻井工具技术领域。它由花键轴、上壳体、下壳体、中间接头和下接头构成，上壳体内通过连接套安装有花键轴，上壳体的一端通过中间接头螺纹安装有下壳体，下壳体的端头螺纹安装有下接头；下接头与中间接头之间的下壳体内通过上扶正轴承安装有转轮，转轮一侧的下壳体内通过下扶正轴承安装有转阀；转阀与转轮螺纹连接。该水力振荡器具有结构简单紧凑，活动件少，成本低廉的特点。工作过程中随着转轮的转动，使过流面积得以周期性改变，由此产生间歇压力脉冲，从而带动振动短节产生周期性轴向振动，由此将将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦，可有效降低摩阻，提高钻井效率，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种转轮动力的水力振荡器；属油气开采钻井工具技术领域。
背景技术
在水平井、大斜度井及水平分支井等复杂结构井中，随着入井深度的增加，钻柱与井壁之间的摩擦力逐渐增大，钻压无法有效传递至钻头，导致机械钻速下降，并且在钻柱与井壁摩擦力足够大时，容易引发钻柱扭曲变形并诱发井内事故。在此类井的钻井过程中，钻具在井眼曲率较大的井段，或在长水平段，井壁受钻柱压力增大，钻柱与井壁间的摩擦力随之增大，钻柱托压现象严重，无法有效施加钻压，严重影响钻进速度。水力振荡器可以使钻柱产生一定频率和振幅的周期性的振动，使钻进过程中钻柱与井壁的静摩擦变成动摩擦，降低了摩擦阻力，能有效减轻托压现象。在减小送进过程中的摩擦阻力、提高机械钻速、增加水平进尺和缩短钻进周期方面具有明显优势。但是，由于现有的水力振荡器的结构限制，转速与振动频率之比不可调,无法产生高频率振动以满足钻井的要求，且动力部分多采用涡轮或螺杆，结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可将钻进过程中的静摩擦变为动摩擦，能产生高频轴向冲击；以有效降低摩阻，提高钻进速度的转轮动力的水力振荡器。
本发明的技术方案是：
一种转轮动力的水力振荡器；它由花键轴、上壳体、下壳体、中间接头和下接头构成，其特征在于：上壳体内通过连接套安装有花键轴，上壳体的一端通过中间接头螺纹安装有下壳体，下壳体的端头螺纹安装有下接头；下接头与中间接头之间的下壳体内通过上扶正轴承安装有转轮，转轮一侧的下壳体内通过下扶正轴承安装有转阀；转阀与转轮螺纹连接。
所述的花键轴圆周上均布有滑键，与滑键对应的连接套内壁设置有键槽，花键轴与连接套之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。
所述的上壳体内壁和滑键一端的花键轴圆周上分别设置有限位台肩，限位台肩之间的花键轴上装有碟簧。
所述的上壳体与连接套螺纹连接。
所述的上壳体内的花键轴端头螺纹安装有防掉头，防掉头与上壳体内壁上的凸台接触连接。
所述的下接头上设置有下接头中心孔，下接头中心孔外侧的下接头上设置有多个连通孔，连通孔与下接头中心孔连通。
所述的转轮为十字结构，转轮上设置有液流孔，液流孔外侧的转轮上均布有多条螺旋流道，螺旋流道与液流孔连通，螺旋流道一侧的转轮上设置有密封圈。
所述的转轮上螺纹安装有定位块，定位块与中间接头之间设置有滚珠轴承。
所述的转阀为圆盘状，转阀上设有与连通孔对应的流道孔。
本发明的有益效果在于：
该转轮动力的水力振荡具有结构简单紧凑，活动件少，成本低廉的特点。工作过程中随着转轮的转动，使过流面积得以周期性改变，由此产生间歇压力脉冲，从而带动振动短节产生周期性轴向振动，由此将将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦，可有效降低摩阻，提高钻井效率，降低钻井成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的A处放大结构示意图；
图3为本发明的转轮的截面结构示意图；
图4为本发明的转阀的截面结构示意图。
图中：1、花键轴，2、上壳体，3、下壳体，4、中间接头，5、下接头，6、连接套，7、碟簧，8、防掉头，9、上扶正轴承，10、转轮，11、液流孔，12、螺旋流道，13、下扶正轴承，14、转阀，15、下接头中心孔，16、连通孔，17、流道孔，18、定位块，19、滚珠轴承。
具体实施方式
该转轮动力的水力振荡器由花键轴1、上壳体2、下壳体3、中间接头4和下接头5构成，上壳体2内通过连接套6安装有花键轴1，上壳体2与连接套6螺纹连接；花键轴1圆周上均布有滑键，与滑键对应的连接套6内壁设置有键槽，花键轴1与连接套6之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。
上壳体2内壁和滑键一端的花键轴1圆周上分别设置有限位台肩，限位台肩之间的花键轴1上装有碟簧7。上壳体2内的花键轴1端头螺纹安装有防掉头8，防掉头8与上壳体2内壁上的凸台接触连接，防掉头8的目的是防止花键轴1滑出。
上壳体1的一端通过中间接头4螺纹安装有下壳体3，下壳体3的端头螺纹安装有下接头5；下接头5上设置有下接头中心孔15，下接头中心孔15外侧的下接头5上设置有多个连通孔16，连通孔16与下接头中心孔15连通。
下接头5与中间接头4之间的下壳体3内通过上扶正轴承9安装有转轮10，转轮10为十字结构，转轮10上设置有液流孔11，液流孔11外侧的转轮10上均布有多条螺旋流道12，螺旋流道12与液流孔11连通，螺旋流道12一侧的转轮10上设置有密封圈，以在工作中防止钻井液回流。
转轮10一侧的下壳体3内通过下扶正轴承13安装有转阀14；转阀14与转轮10螺纹连接。转阀14为圆盘状，转阀14上设有与连通孔16对应的流道孔17。
转轮10的一端螺纹安装有定位块18，定位块18与中间接头4之间设置有滚珠轴承19。
该转轮动力的水力振荡器由花键轴1、上壳体2、连接套6、碟簧7构成动力短节，由下壳体3、下接头5、转阀14和转轮10构成振荡短节。工作时，钻井液由花键轴1的中心孔进入转轮10，转轮10的液流孔11下端封闭，钻井液经过转轮10上的螺旋流道12进入转轮10与下壳体3之间的间隙，并形成冲击，从而推动转轮10旋转，由于转轮10下部与转阀14螺纹连接，转阀14随转轮10转动。由于转阀14对下接头5的下接头中心孔15形成密封；迫使钻井液由转阀14的流道孔17进入下接头5的连通孔16，随着转轮10的转动，由此使转阀14对连通孔16形成周期性的启闭，从而使过流面积周期性改变，产生简谐压力脉冲，带动振荡短节产生周期性轴向振动，与此同时，简谐压力波传递到蝶形弹簧7，带动连接套6和上壳体2在轴向产生简谐振动；由此将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦，可有效降低摩阻，提高钻井效率，降低钻井成本。
该水力振荡器具有简单紧凑，活动件少，成本低廉的优点。并且通过调节转阀14的流道孔17和下接头5上连通孔16的数量；可以调节转速与振动频率的比例，以适应不同的井下工况。
Claims (7)
1.一种转轮动力的水力振荡器；它由花键轴（1）、上壳体（2）、下壳体（3）、中间接头（4）和下接头（5）构成，上壳体（2）内通过连接套（6）安装有花键轴（1），上壳体（2）的一端通过中间接头（4）螺纹安装有下壳体（3），下壳体（3）的端头螺纹安装有下接头（5）；下接头（5）上设置有下接头中心孔（15），下接头中心孔（15）外侧的下接头（5）上设置有多个连通孔（16），下接头（5）与中间接头（4）之间的下壳体（3）内通过上扶正轴承（9）安装有转轮（10），其特征在于：所述的转轮（10）为十字结构，转轮（10）上设置有液流孔（11），液流孔（11）外侧的转轮（10）上均布有多条螺旋流道（12），螺旋流道（12）与液流孔（11）连通，螺旋流道（12）一侧的转轮（10）上设置有密封圈，转轮（10）上螺纹安装有定位块（18），定位块（18）与中间接头（4）之间设置有滚珠轴承（19）；转轮（10）一侧的下壳体（3）内通过下扶正轴承（13）安装有转阀（14）；转阀（14）上设有与连通孔（16）对应的流道孔（17）；转阀（14）与转轮（10）螺纹连接；工作时，钻井液由花键轴1的中心孔进入转轮（10），钻井液经过转轮（10）上的螺旋流道（12）进入转轮（10）与下壳体（3）之间的间隙，并形成冲击，从而推动转轮（10）旋转，由于转轮（10）下部与转阀（14）螺纹连接，转阀（14）随转轮（10）转动；由于转阀（14）对下接头（5）的下接头中心孔（15）形成密封；迫使钻井液由转阀（14）的流道孔17进入下接头（5）的连通孔（16），随着转轮（10）的转动，由此使转阀（14）对连通孔（16）形成周期性的启闭，从而使过流面积周期性改变，产生简谐压力脉冲，带动振荡短节产生周期性轴向振动，与此同时，简谐压力波传递到蝶形弹簧（7），带动连接套（6）和上壳体（2）在轴向产生简谐振动；由此将钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦，以降低摩阻，提高钻井效率。
2.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器；其特征在于：所述的花键轴（1）圆周上均布有滑键，与滑键对应的连接套（6）内壁设置有键槽，花键轴（1）与连接套（6）之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。
3.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器；其特征在于：所述的上壳体（2）内壁和滑键一端的花键轴（1）圆周上分别设置有限位台肩，限位台肩之间的花键轴上装有碟簧（7）。
4.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器；其特征在于：所述的上壳体（2）与连接套（6）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器；其特征在于：所述的上壳体（2）内的花键轴（1）端头螺纹安装有防掉头（8），防掉头（8）与上壳体（2）内壁上的凸台接触连接。
6.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器；其特征在于：下接头中心孔（15）外侧的下接头（5）上设置有多个连通孔（16），连通孔（16）与下接头中心孔（15）连通。
7.根据权利要求1所述的一种转轮动力的水力振荡器；其特征在于：所述的转阀（14）为圆盘状。
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