CN108678675A - 一种三维水力振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维水力振荡器,属钻井工具技术领域。它由它由上壳体、下壳体、上接头、下接头和螺杆构成,上壳体内通过对称设置的扶正轴承安装有上旋转轴,上旋转轴的下端头固装有上凸轮,上凸轮下方的上壳体内活动安装有下凸轮,上凸轮与下凸轮接触连接;下凸轮下方的上壳体内通过弹簧安装有螺杆,螺杆与下凸轮固定连接,工作时,下旋转轴带动偏心块转动,偏心块旋转产生径向离心力,从而产生周向振荡力;该振荡力即可减少钻头破岩过程中钻具所受的摩阻,从而提高钻井效率。解决了现有管柱与井壁接触后存在较大的摩擦阻力,影响钻进速度,以及降低钻井效率的问题。对减少摩阻、提高钻井效率具有积极的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维水力振荡器,属钻井工具技术领域。
背景技术
由于水平井、水平分支井,以及大位移井能够帮助油田实现增产,近几年在各大油田越来越多地应用到钻井中。在这类井中,管柱与井壁接触后存在较大的摩擦阻力,摩阻过大时,管柱会发生正弦弯曲或者螺旋屈曲,严重造成卡钻,影响钻进速度,降低钻井效率。
常规钻井时,钻具组合与井壁之间处于静摩擦状态。无论是直井、定向井还是水平井,钻进过程中钻柱与井壁之间的摩阻都是影响钻速的重要因素,振荡器产生轴向力和径向力,形成振荡效果,将管柱与井壁之间的摩擦由静摩擦力转换为动摩擦力,达到减摩的目的。在水平段或造斜段,管柱与井壁荡器之间的摩阻较大,此时需要使用振荡器。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种可有效降低摩阻,减少钻头破岩过程中钻具所受的摩阻,从而提高钻井效率的三维水力振荡器。
本发明的技术方案是:
一种三维水力振荡器,它由它由上壳体、下壳体、上接头、下接头和螺杆构成,上壳体和下壳体之间螺纹连接;上壳体的一端螺纹安装有上接头;下壳体的一端螺纹安装有下接头;其特征在于:上壳体内通过对称设置的扶正轴承安装有上旋转轴,扶正轴承之间的上旋转轴上装有涡轮组;上旋转轴的下端头固装有上凸轮,上凸轮下方的上壳体内活动安装有下凸轮,上凸轮与下凸轮接触连接;下凸轮下方的上壳体内通过弹簧安装有螺杆,螺杆与下凸轮固定连接,弹簧下方的下壳体内通过对称设置的轴承安装有下旋转轴;轴承之间的下旋转轴上固装有偏心块,下旋转轴的顶部端口固装有下轮盘,下轮盘上方设置有轴帽,轴帽与下旋转轴螺纹连接;螺杆的一端经轴帽、下轮盘延伸至下旋转轴内;所述的下轮盘上方的轴帽内的螺杆上装有上轮盘,上轮盘与下轮盘啮合连接。
所述的下旋转轴为空心体。
所述的上凸轮和下凸轮分别为T 形体, 上凸轮和下凸轮分别由凸轮盘和凸轮杆构成;凸轮盘的中心位置固装有凸轮杆。
所述的凸轮杆为空心体,凸轮杆的顶部为锥形。
所述的下凸轮的凸轮盘上对称设置有限位杆,下凸轮对应的上壳体内壁上轴向设置有滑槽,下凸轮通过限位杆与滑槽的配合与上壳体滑动连接。
所述的上轮盘和下轮盘分别呈圆盘状,上轮盘和下轮盘上分别均布有传动齿;上轮盘和下轮盘之间通过传动齿的配合相互间歇啮合连接。
所述的上轮盘中心部位设置有矩形的装配孔。上轮盘通过装配孔安装在螺杆上。
所述的下轮盘中心部位设置有圆形的中心孔,用于螺杆的穿过。
本发明的有益效果在于:
该三维水力振荡器工作时,钻井液冲击涡轮组旋转,从而带动上旋转轴旋转,上旋转轴带动上凸轮转动,由于上轮盘和下轮盘啮合连接;上凸轮转动的过程中压迫下凸轮,从而带动螺杆上下运动,螺杆向下运动时,上凸轮与下凸轮啮合,在螺杆向下运动的压迫力下带动上轮盘转动,进而通过下轮盘带动下旋转轴和偏心块转动,偏心块旋转产生径向离心力,从而产生周向振荡力;该振荡力即可减少钻头破岩过程中钻具所受的摩阻,从而提高钻井效率。解决了现有管柱与井壁接触后存在较大的摩擦阻力,致使管柱会发生正弦弯曲或者螺旋屈曲,严重造成卡钻、影响钻进速度,以及降低钻井效率的问题。该水力振荡器具有结构简单,使用方便,振荡效果好的特点,对减少摩阻、提高钻井效率具有积极的意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的上凸轮的结构示意图;
图3为本发明的下凸轮的结构示意图;
图4为本发明的螺杆的结构示意图;
图5为本发明的上轮盘的结构示意图;
图6为本发明的下轮盘的结构示意图。
图中:1、上壳体,2、下壳体2,3、上接头,4、下接头,5、螺杆,6、扶正轴承,7、上旋转轴,8、涡轮组,9、上凸轮,10、下凸轮,11、凸轮盘,12、凸轮杆,13、限位杆,14、弹簧,15、轴承,16、下旋转轴,17、偏心块,18、下轮盘,19、轴帽,20、上轮盘,21、传动齿,22、装配孔。
具体实施方式
该三维水力振荡器由它由上壳体1、下壳体2、上接头3、下接头4和螺杆5构成,上壳体1和下壳体2之间螺纹连接;上壳体1的中心孔为阶梯孔;上壳体1的一端螺纹安装有上接头3;下壳体2的一端螺纹安装有下接头4。上壳体1内通过对称设置的扶正轴承6安装有上旋转轴7,扶正轴承6之间的上旋转轴7上装有涡轮组8;涡轮组8包括转子和定子。上旋转轴7的下端头固装有上凸轮9,上凸轮9下方的上壳体1内活动安装有下凸轮10。上凸轮9和下凸轮10分别为T 形体, 上凸轮9和下凸轮10分别由凸轮盘11和凸轮杆12构成;凸轮盘11的中心位置固装有凸轮杆12;凸轮杆12为空心体,凸轮杆12的顶部为锥形。
下凸轮10的凸轮盘11上对称设置有限位杆13,下凸轮10对应的上壳体1内壁上轴向设置有滑槽,下凸轮10通过限位杆13与滑槽的配合与上壳体1滑动连接。上凸轮9与下凸轮10接触滑动连接。
下凸轮10下方的上壳体1内通过弹簧14安装有螺杆5,螺杆5为T型体;螺杆5与下凸轮10固定连接,工作过程中,上旋转轴7带动上凸轮9转动,由于限位杆13的限位作用下凸轮10不能周向转动,只能轴向移动,上凸轮9转动的过程中,通过凸轮杆12顶部的锥形坡面压迫下凸轮10,迫使下凸轮10轴向下行,当上凸轮9和下凸轮10的锥形顶部接触时,即表明下凸轮10轴向下行到位,随着上凸轮9的继续转动,上凸轮9和下凸轮10的锥形顶部接触状态逐步解除,与此同时也在弹簧14的作用下,下凸轮10上行复位;如此反复,使下凸轮10和螺杆5轴向往复运动。
弹簧14下方的下壳体2内通过对称设置的轴承15安装有下旋转轴16;下旋转轴16为空心体。工作过程中,在轴承15的作用下,下旋转轴16只能周向转动,不能轴向移动。轴承15之间的下旋转轴16上固装有偏心块17,下旋转轴16的顶部端口固装有下轮盘18,下轮盘18上方设置有轴帽19,轴帽19与下旋转轴16螺纹连接固定。下轮盘18上方、轴帽19内的螺杆5上装有上轮盘20。上轮盘20和下轮盘18分别呈圆盘状,上轮盘20和下轮盘19上分别均布有传动齿21;上轮盘20和下轮盘18之间通过传动齿21的配合相互间歇啮合连接。上轮盘20中心部位设置有矩形的装配孔22。上轮盘20通过装配孔22安装在螺杆5上。
轴帽19、下轮盘18上分别设置有用于螺杆5穿过的中心孔,螺杆5的一端经轴帽19、下轮盘10的中心孔延伸至下旋转轴16内。
该三维水力振荡器工作时,由上接头3进入的钻井液冲击涡轮组8从而带动上旋转轴7旋转,上旋转轴7带动上凸轮9转动,由于上凸轮9与下凸轮10接触连接;上凸轮9转动的过程中压迫下凸轮10,从而带动螺杆5上下运动,螺杆5向下运动时,上轮盘20同时随螺杆5向下运动,当上轮盘20向下运动与下轮盘18相互啮合时,在下轮盘18的阻力作用下,上轮盘20的下行被阻挡不在随螺杆5向下运动;此时,螺杆5还在继续向下运动,由于上轮盘20的下行被阻挡,不在随螺杆5继续向下运动,螺杆5的下行力挤压上轮盘20迫使上轮盘20转动。
由于上轮盘20与下轮盘18相互啮合;上轮盘20转动的同时带动下轮盘18转动;下轮盘18从而带动下旋转轴16转动,进而带动偏心块17转动;偏心块17旋转产生径向离心力,从而产生周向振荡力;该振荡力即可减少钻头破岩过程中钻具所受的摩阻,提高钻井效率。
当螺杆5下行到位后,在弹簧14的作用下上行复位;这一过程中上轮盘20随螺杆5上行,并脱离与下轮盘18的啮合状态,此时在惯性作用下,下旋转轴16继续转动,当上凸轮9和下凸轮10的锥形顶部再次逐步接触时,螺杆5再次向下运动,使上轮盘20与下轮盘18再次相互啮合;如此反复,使下旋转轴16连续转动。
该水力振荡器具有结构简单,使用方便,振荡效果好的特点,解决了现有管柱与井壁接触后存在较大的摩擦阻力,致使管柱会发生正弦弯曲或者螺旋屈曲,严重造成卡钻、影响钻进速度,以及降低钻井效率的问题。对减少摩阻、提高钻井效率具有积极的意义。
Claims (8)
1.一种三维水力振荡器,它由它由上壳体(1)、下壳体(2)、上接头(3)、下接头(4)和螺杆(5)构成,上壳体(1)和下壳体(2)之间螺纹连接;上壳体(1)的一端螺纹安装有上接头(3);下壳体(2)的一端螺纹安装有下接头(4);其特征在于:上壳体(1)内通过对称设置的扶正轴承(6)安装有上旋转轴(7),扶正轴承(6)之间的上旋转轴(7)上装有涡轮组(8);上旋转轴(7)的下端头固装有上凸轮(9),上凸轮(9)下方的上壳体(1)内活动安装有下凸轮(10),上凸轮(9)与下凸轮(10)接触连接;下凸轮(10)下方的上壳体(1)内通过弹簧(14)安装有螺杆(5),螺杆(5)与下凸轮(10)固定连接,弹簧(14)下方的下壳体(2)内通过对称设置的轴承(15)安装有下旋转轴(16);轴承(15)之间的下旋转轴(16)上固装有偏心块(17),下旋转轴(16)的顶部端口固装有下轮盘(18),下轮盘(18)上方设置有轴帽(19),轴帽(19)与下旋转轴(16)螺纹连接;螺杆(5)的一端经轴帽(19)、下轮盘(18)延伸至下旋转轴(16)内;所述的下轮盘(18)上方、轴帽(19)内的螺杆(5)上装有上轮盘(20),上轮盘(20)与下轮盘(18)啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的下旋转轴(16)为空心体。
3.根据权利要求1所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的上凸轮(9)和下凸轮(10)分别为T 形体, 上凸轮(9)和下凸轮(10)分别由凸轮盘(11)和凸轮杆(12)构成;凸轮盘(11)的中心位置固装有凸轮杆(12)。
4.根据权利要求3所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的凸轮杆(12)为空心体,凸轮杆(12)的顶部为锥形。
5.根据权利要求3所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的下凸轮(10)的凸轮盘(11)上对称设置有限位杆(13),下凸轮(10)对应的上壳体(1)内壁上轴向设置有滑槽,下凸轮(10)通过限位杆(13)与滑槽的配合与上壳体(1)滑动连接。
6.根据权利要求1所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的上轮盘(20)和下轮盘(18)分别呈圆盘状,上轮盘(20)和下轮盘(18)上分别均布有传动齿(21);上轮盘(20)和下轮盘(18)之间通过传动齿(21)的配合相互间歇啮合连接。
7.根据权利要求6所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的上轮盘(20)中心部位设置有矩形的装配孔(22);上轮盘(20)通过装配孔(22)安装在螺杆(5)上。
8.根据权利要求6所述的一种三维水力振荡器,其特征在于:所述的下轮盘(18)中心部位设置有圆形的中心孔,用于螺杆(5)的穿过。
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