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斜面式葉輪水力振蕩器

閱讀：633發(fā)布：2023-01-26

專利匯可以提供斜面式葉輪水力振蕩器專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種用于石油鉆井等領(lǐng)域中的具有減阻提高機(jī)械轉(zhuǎn)速的 振蕩器 。其技術(shù)方案是：上接頭、殼體和下接頭依次通過 螺紋 絲扣連接；節(jié)流 閥 板與上接頭通過螺紋絲扣連接； 節(jié)流閥 板與圓柱銷通過 鎖 緊螺釘連接；圓柱銷位于 葉輪 與節(jié)流閥板之間；葉輪軸、葉輪與葉輪 外殼 焊接 為一體，葉輪外殼與外殼體之間安裝有串 軸承 ，串軸承上下兩端通過內(nèi)、外套筒 定位 ，葉輪外殼下端與球軸承上端相 接觸 ，球軸承安裝在短軸上，短軸與外殼體通過 螺紋連接 固定在外殼體上。本發(fā)明的斜面式葉輪 水 力 振蕩器內(nèi)部無 橡膠 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，并且可有效減小水平井、大位移井下部鉆具與井壁的摩阻力，增強(qiáng)鉆壓傳遞能力，在提高鉆井效率的同時(shí)，可避免粘卡等井下事故。，下面是斜面式葉輪水力振蕩器專利的具體信息內(nèi)容。

1.基于斜面式葉輪水力振蕩器，由上接頭、節(jié)流閥板、圓柱銷、鎖緊螺釘A、葉輪、葉輪軸、葉輪殼體、串軸承、內(nèi)套筒、外套筒、外殼體、球軸承、短軸、鎖緊螺釘B、軸承端蓋、下接頭組成，其特征在于上接頭(1)、外殼體(11)、下接頭(16)依次通過螺紋絲扣連接；節(jié)流閥板(2)中間設(shè)有通孔，與上接頭(1)之間通過鎖緊螺釘A(4)連接；圓柱銷(3)與節(jié)流閥板(2)、上接頭(1)之間通過鎖緊螺釘A(4)連接，圓柱銷(3)對葉輪(6)進(jìn)行限位；葉輪軸(5)和葉輪(6)通過焊接與葉輪外殼(7)連接；葉輪外殼(7)的上下端表面均為斜面，葉輪外殼(7)與外殼體(11)之間安裝有串軸承(8)，串軸承(8)通過內(nèi)套筒(9)和外套筒(10)實(shí)現(xiàn)定位，葉輪外殼(7)在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿球軸承(12)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)軸向移動，同時(shí)球軸承(12)沿著短軸(13)轉(zhuǎn)動；
葉輪軸(5)為階梯軸狀，前端焊接有圓錐頭，下端通過焊接與葉輪外殼(7)相連，葉輪軸(5)的軸向移動將改變節(jié)流閥板(2)中間通孔鉆井液過流面積的變化，如此往復(fù)，便會產(chǎn)生一個(gè)周期性波動，利用鉆井液實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生軸向振動；球軸承(12)安裝在短軸(12)上，短軸(12)通過鎖緊螺釘B(14)與外殼體(11)、軸承端蓋(15)連接，軸承端蓋(15)可防止泥漿進(jìn)入球軸承(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪外殼，其特征在于：所述的葉輪外殼(7)的上下表面均為斜面，可在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著球軸承(13)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)軸向移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪軸，其特征在于：所述的葉輪軸(5)前端焊接有圓錐頭，通過軸向移動可與節(jié)流閥板(2)實(shí)現(xiàn)鉆井液過流面積的變化，產(chǎn)生軸向脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球軸承，其特征在于：所述的球軸承(12)上端與葉輪殼體(7)相接觸，且會在摩擦力的作用下沿著短軸(13)轉(zhuǎn)動，減少與葉輪外殼(7)接觸面積，降低葉輪外殼(7)轉(zhuǎn)動時(shí)的摩擦力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)流閥板，其特征在于：所述的節(jié)流閥板(2)通過鎖緊螺釘A(4)與上接頭(1)、圓柱銷(3)連接；其軸向均勻分布6個(gè)鎖緊螺釘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪、葉輪軸和葉輪外殼的連接方式，其特征在于：所述的葉輪(6)、葉輪軸(5)與葉輪外殼(7)的連接方式通過焊接連接到一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱銷，其特征在于：所述的圓柱銷(3)與上接頭(1)通過鎖緊螺釘A(4)連接對葉輪(6)進(jìn)行限位。

說明書全文

斜面式葉輪水力振蕩器

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于石油天然氣鉆探工程領(lǐng)域一種新型井下工具，特別是具有減阻提速功能的新型水力振蕩器。

背景技術(shù)

[0002] 近年來，隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，石油、天然氣的需求和開采量也日益增多。然而，為了緩解我國石油資源的短缺問題，人們開始向深井、超深井等環(huán)境條件嚴(yán)峻的領(lǐng)域進(jìn)行石油開采。新型油氣井開采使鉆井工程面臨更復(fù)雜的情況，為滿足新鉆井條件或新型油氣資源(如煤層氣、頁巖氣、海洋油氣等)的需要，對應(yīng)的新鉆井方法與工具也不斷發(fā)展。在水平井和大位移井中，隨著入井深度增加，鉆柱與井壁之間的摩擦力逐漸增大導(dǎo)致鉆壓損失，也不利于機(jī)械鉆速的提高，同時(shí)還會嚴(yán)重影響鉆井的靶徑及井眼質(zhì)量，這也是制約水平井、大位移井技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。在解決這些問題的方法中，通過機(jī)械方式工作的井下工具利用鉆井液實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，以此產(chǎn)生一定的預(yù)期振動，在近幾年發(fā)展迅速。在井下鉆柱引入水力振蕩器，可以使鉆柱產(chǎn)生一定頻率和振幅的周期性的振動，使送進(jìn)過程中的靜摩阻變成動摩阻，在減小送進(jìn)過程中的摩擦阻力、提高機(jī)械鉆速、增加水平進(jìn)尺和縮短鉆進(jìn)周期方面具有明顯優(yōu)勢。鉆井工程面臨的地層工作環(huán)境復(fù)雜，鉆井深度不斷增加，導(dǎo)致鉆頭破巖效率不高鉆頭在鉆進(jìn)深井地層時(shí)，普遍存在鉆進(jìn)速度很慢、鉆井花費(fèi)的成本高，而鉆井速度的提高關(guān)鍵在于如何提高鉆頭的破巖效率。同時(shí)，現(xiàn)場的泵壓過高限制了鉆井的排量，影響機(jī)械鉆速和井眼清潔；并且可能發(fā)生多次的MWD故障、PDC鉆頭過早鈍化和在油基泥漿和高溫中不穩(wěn)定表現(xiàn)和高故障率的現(xiàn)象。
[0003] 為了解決現(xiàn)有問題發(fā)明設(shè)計(jì)出一種斜面式葉輪的新型水力振蕩器，利用鉆井液實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生軸向振動，通過機(jī)身結(jié)構(gòu)作用于鉆頭，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過程減摩降阻、增大鉆頭有效鉆壓、提高機(jī)械鉆速、降低MWD故障以及延伸鉆柱如井位移等目的。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 本發(fā)明的目的在于：為克服現(xiàn)有水平井、大位移井鉆進(jìn)摩阻大，井口鉆壓無法有效傳遞給鉆頭的不足，鉆井液的攜巖能力不高以及現(xiàn)有軸向振動工具使用效果不理想的問題，設(shè)計(jì)一種新型脈沖振蕩器。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于斜面式葉輪水力振蕩器，由上接頭、節(jié)流閥板、圓柱銷、鎖緊螺釘A、葉輪、葉輪軸、葉輪殼體、串軸承、內(nèi)套筒、外套筒、外殼體、球軸承、短軸、鎖緊螺釘B、軸承端蓋、下接頭組成，其特征在于上接頭、外殼體、下接頭依次通過螺紋絲扣連接；節(jié)流閥板中間設(shè)有通孔，與上接頭之間通過鎖緊螺釘A連接；圓柱銷與節(jié)流閥板、上接頭之間通過鎖緊螺釘A連接，圓柱銷對葉輪進(jìn)行限位；葉輪軸和葉輪通過焊接與葉輪外殼連接；葉輪軸為階梯軸狀，前端焊接有圓錐頭，下端通過焊接與葉輪外殼相連，通過軸向移動，實(shí)現(xiàn)鉆井液過流面積的變化，產(chǎn)生軸向振動；葉輪外殼的上下端截面均為斜面，葉輪外殼與外殼體之間安裝有串軸承，可以減小葉輪外殼運(yùn)動時(shí)的摩擦力；串軸承通過內(nèi)套筒、外套筒實(shí)現(xiàn)固定，內(nèi)套筒、外套筒卡在串軸承與外殼體之間，實(shí)現(xiàn)定位；葉輪外殼在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿球軸承轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)軸向移動，同時(shí)球軸承沿著短軸轉(zhuǎn)動；球軸承安裝在短軸上，短軸通過鎖緊螺釘B與外殼體、軸承端蓋連接，軸承端蓋可以防止泥漿進(jìn)入球軸承。本發(fā)明的斜面式葉輪的新型水力振蕩器內(nèi)部無橡膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，并且可有效減小水平井、大位移井下部鉆具與井壁的摩阻力，增強(qiáng)鉆壓傳遞能力，在提高鉆井效率的同時(shí)，可避免粘卡等井下事故。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是：(1)只需要較小的立管壓力就可以產(chǎn)生軸向脈沖；(2)高頻振動有效地克服了下部鉆具的摩阻力，實(shí)現(xiàn)井口鉆壓的有效傳遞，提高機(jī)械鉆速，同時(shí)因?yàn)楣ぞ弑旧淼恼駝?，防止鉆具長時(shí)間貼在下井壁上，從而避免了粘卡等井下事故的發(fā)生。(3)沒有類似馬達(dá)的動力總成，由葉輪替代，可產(chǎn)生正脈沖壓降，可以在提高鉆速的同時(shí)降低泵壓，減小對泵的消耗，延緩PDC鉆頭的鈍化；(4)斜面式葉輪水力振蕩器能提供一個(gè)頻率可調(diào)的周期性軸向沖擊力；(5)對MWD幾乎無影響。附圖說明
[0007] 圖1為本發(fā)明所述的斜面式葉輪振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖中：1-上接頭、2-節(jié)流閥板、3-圓柱銷、4-鎖緊螺釘A、5-葉輪軸、6-葉輪、7-葉輪殼體、8-串軸承、9-內(nèi)套筒、10-外套筒、11-外殼體、12-球軸承、13-短軸、14-鎖緊螺釘B、15-軸承端蓋、16-下接頭。
[0009] 圖2為本發(fā)明所述的平鍵式葉輪三維示意圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明所述的花鍵式葉輪三維示意圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明所述的節(jié)流閥板的剖面圖。
[0012] 圖中：2-節(jié)流閥板，4-鎖緊螺釘。
[0013] 圖5為本發(fā)明所述的葉輪外殼三維示意圖。
[0014] 圖6為本發(fā)明附圖1中A的局部放大圖，放大倍率為6倍。
[0015] 圖中：7-葉輪殼體；9-內(nèi)套筒；10-外套筒；11-外殼體；12-球軸承；13-短軸；14-鎖緊螺釘B；15-軸承端蓋。

具體實(shí)施方式

[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：根據(jù)附圖1所示，所述斜面式葉輪水力振蕩器，由上接頭1、節(jié)流閥板2、圓柱銷3、鎖緊螺釘A4、葉輪軸5、葉輪6、葉輪殼體7、串軸承8、內(nèi)套筒9、外套筒10、外殼體11、球軸承12、短軸13、鎖緊螺釘B14、軸承端蓋15、下接頭16組成，其特征在于上接頭1、外殼體11、下接頭1依次通過螺紋絲扣連接；節(jié)流閥板2中間設(shè)有通孔，與上接頭1之間通過鎖緊螺釘A4連接；圓柱銷3與節(jié)流閥板2、上接頭1之間通過鎖緊螺釘A4連接，圓柱銷3對葉輪6進(jìn)行限位；葉輪軸5和葉輪6通過焊接與葉輪外殼7連接；葉輪軸5為階梯軸狀，前端焊接有圓錐頭，下端通過焊接與葉輪外殼7相連，葉輪軸5的軸向移動將改變節(jié)流閥2中部通孔鉆井液過流面積的變化，產(chǎn)生軸向振動；葉輪外殼7的上下端表面均為斜面，葉輪外殼7與外殼體11之間安裝有串軸承8，可以減小葉輪外殼7運(yùn)動時(shí)的摩擦力；串軸承8通過內(nèi)套筒9、外套筒10實(shí)現(xiàn)定位，內(nèi)套筒9、外套筒10卡在串軸承8與外殼體11之間，實(shí)現(xiàn)定位；葉輪外殼7在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿球軸承12轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)軸向移動，同時(shí)球軸承12沿著短軸13轉(zhuǎn)動；球軸承12安裝在短軸13上，上端與葉輪殼體7相接觸，且會在摩擦力的作用下沿著短軸13轉(zhuǎn)動，減少與葉輪外殼7接觸面積，降低葉輪外殼7轉(zhuǎn)動時(shí)的摩擦力；短軸13通過鎖緊螺釘B14與外殼體11、軸承端蓋(15)連接，軸承端蓋(15)可以防止泥漿進(jìn)入球軸承(12)。
[0017] 工作過程中，斜面式葉輪水力振蕩器下部接螺桿動力鉆具配合使用通過產(chǎn)生軸向振動作用于下部鉆具或連續(xù)油管工具串，顯著減少摩阻并提高傳遞到鉆頭上的鉆壓，實(shí)現(xiàn)長水平段的鉆磨作業(yè)。從鉆桿流出的鉆井液直接從上接頭1流入水力振蕩器內(nèi)部，從上接頭1流過的鉆井液直接沖擊葉輪6，使葉輪6產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并伴隨產(chǎn)生一定的軸向力。鉆井液沖擊葉輪6后，葉輪6帶動葉輪軸5和葉輪外殼7一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，產(chǎn)生水力脈沖；葉輪外殼7在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿球軸承9轉(zhuǎn)動，并沿鉆具井眼向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)軸向移動，同時(shí)葉輪軸5的軸向移動改變了葉輪軸5與節(jié)流閥板2之間鉆井液的過流面積，如此往復(fù)，便會產(chǎn)生一個(gè)周期性波動，利用鉆井液實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生軸向振動。產(chǎn)生的軸向振動可顯著減小水平段施工中常見的阻力，使工具內(nèi)部壓力產(chǎn)生周期性波動，從而使斜面式葉輪水力振蕩器產(chǎn)生一個(gè)周期性振動，提高鉆井液的攜巖能力，顯著提高機(jī)械鉆速。斜面式葉輪水力振蕩器內(nèi)部無橡膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大增強(qiáng)了該井下工具在高溫、油基泥漿和受污染的液相環(huán)境中工作的穩(wěn)定性。
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