一种用于定向钻井作业的水力振荡器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于定向钻井作业的水力振荡器，由动力短节和振动短节组成：其中动力短节包括动力外壳、轴承、转轴、叶片、连接架、旋转筒和活塞；振动短节包括滑套、滑轴、连接套和碟簧。本实用新型专利技术的优点在于采用旋转筒结构直接推动振动短节进行周期性往复振动，相对于传统利用水压变化的驱动方式，振荡频率减缓，且振荡幅度和周期更加稳定，有效避免了高频振动对井下高精密仪器的影响，保证钻具整体的工作稳定性；另外，本实用新型专利技术在使用时钻井液不会冲蚀水力振荡器的易损部件，包括滚轮、碟簧等，振荡器的使用寿命得到有效延长。

A hydraulic oscillator for directional drilling

【技术实现步骤摘要】
一种用于定向钻井作业的水力振荡器
本专利技术涉及钻井设备
，具体涉及一种用于定向钻井作业的水力振荡器。
技术介绍
在定向钻井作业过程中,钻具组合或钻杆与井壁接触,造成钻具和井壁之间摩擦阻力较大，使钻压传递过程中损耗增大、钻进效率降低；随着井眼水平段加长，出现脱压、粘连、丢失工具现象越来越多，从而大大限制了钻进速度，制约了水平段长度的延伸，因此如何减小阻力、实现快速钻进和提高井水平段长度已成为业界关注的焦点。而水力振荡器在水力的作用下，可以产生沿钻具组合或者钻杆轴线方向上的振动，该振动可有效的改变轴向荷载的转换、降低摩擦阻力，有效传递稳定的钻压，从而有效解决钻具与井壁之间的摩擦阻力，防止钻具脱压，提高钻进速度，特别是有螺杆的滑动钻进过程中，可保护钻头提高机械钻速和钻头的进尺，缩短钻井周期，减少钻头的起下钻次数及卡钻的风险。传统水力振荡器是由振动短节和动力短节组成，当钻井液经过动力短节时，驱动螺杆旋转，螺杆末端固定阀盘的过流孔设置在中心，与有偏心过流孔的振荡阀盘紧密配合，由于转子旋转，2个阀盘的过流孔发生周期性交错与重合，使工具下端过流面积发生周期性变化，导致工具上部压力产生周期性变化，形成脉冲压力。当压力升高时，钻井液压力推动活塞和芯轴压缩碟簧，芯轴伸出；而当压力降低时，芯轴回到原位，这样脉冲压力就引起了振动短节的轴向振动，改变钻柱与井壁的摩擦条件，达到降低摩阻和提速的目的。然而，传统水力振荡器的振荡方式存在以下缺陷：由于钻井液流走或者积压的过程均是循序渐进的，但是过流面积变化右较快，所以使得内部水压变化周期过短，导致振荡频率较快，振荡幅度小且不稳定，这容易影响井下高精密仪器的正常工作，例如对MWD的测量产生影响，导致仪器无信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于定向钻井作业的水力振荡器，其解决了传统水力振荡器振荡频率太快、振荡幅度小且不稳定的缺陷。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于定向钻井作业的水力振荡器，由动力短节和振动短节组成：所述动力短节包括动力外壳、轴承、转轴、叶片、连接架、旋转筒和活塞，所述转轴通过轴承活动连接在动力外壳内，所述叶片均匀布置在转轴上，所述旋转筒通过连接架安装在转轴的顶端，旋转筒由外筒和内筒粘接组成，所述内筒的高度大于外筒高度，且外筒的顶部端面设为起伏结构，所述活塞设在动力外壳的内壁上，且活塞的内侧与旋转筒的外筒紧密接触；所述振动短节包括滑套、滑轴、连接套和碟簧，所述滑套连接在动力外壳的端部，所述滑轴活动设在滑套内部，所述连接套一端固定连接于滑轴上，另一端紧贴于旋转筒的内筒外壁，且在该端头设有支撑杆，所述支撑杆上设有滚轮，所述滚轮压在旋转筒的外筒顶部端面，所述碟簧一端连接于滑套，另一端连接于连接套。进一步改进在于，所述外筒顶部端面上与筒心对称的任意两个点的高度相等，所述支撑杆和滚轮有两组，且对称设在连接套的端头。进一步改进在于，所述外筒顶部端面的起伏结构由半径相等的外凸半圆弧面和内凹半圆弧面交替连接组成。进一步改进在于，所述连接架为十字型结构或者三叉结构。进一步改进在于，所述旋转筒的外筒由Al2O3耐磨陶瓷材料制成，内筒由耐磨橡胶材料制成，且在内筒的筒壁内部均匀嵌装有扩张环。进一步改进在于，所述扩张环由两个夹板和若干根弹性棒组成，所述弹性棒弯曲成圆弧状后依次首尾串接围成环形圈，两块夹板分别夹在环形圈的两侧面，两块夹板之间通过螺钉固定连接，且螺钉交替分列在弹性棒的内侧和外侧。进一步改进在于，所述旋转筒的外筒上设有若干条环形凹槽，所述活塞的内侧形成有与环形凹槽相匹配的环形突起，所述环形突起对应嵌在环形凹槽内。本专利技术的有益效果在于：采用旋转筒结构直接推动振动短节进行周期性往复振动，相对于传统利用水压变化的驱动方式，振荡频率减缓，且振荡幅度和周期更加稳定，有效避免了高频振动对井下高精密仪器的影响，保证钻具整体的工作稳定性；另外，本专利技术在使用时钻井液不会冲蚀水力振荡器的易损部件，包括滚轮、碟簧等，振荡器的使用寿命得到有效延长。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为旋转筒与连接套的连接关系图；图3为连接架的十字型结构示意图；图4位连接架的三叉结构示意图；图5为扩张环的结构示意图；图中：1、动力外壳；2、轴承；3、转轴；4、叶片；5、连接架；6、活塞；7、外筒；8、内筒；9、起伏结构；10、滑套；11、滑轴；12、连接套；13、碟簧；14、支撑杆；15、滚轮；16、扩张环；17、夹板；18、弹性棒；19、环形凹槽；20、环形突起。具体实施方式下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。结合图1至图5所示，一种用于定向钻井作业的水力振荡器，由动力短节和振动短节组成。其中，动力短节包括动力外壳1、轴承2、转轴3、叶片4、连接架5、旋转筒和活塞6，转轴3通过轴承2活动连接在动力外壳1内，轴承2上设有一些透水孔(图中未示出)，用于钻井液的流通；叶片4均匀布置在转轴3上，旋转筒通过连接架5安装在转轴3的顶端，旋转筒由外筒7和内筒8粘接组成，外筒7和内筒8的底部平齐，内筒8的顶部高度大于外筒7高度，且外筒7的顶部端面设为起伏结构9，活塞6设在动力外壳1的内壁上，且活塞6的内侧与旋转筒的外筒7紧密接触，用于动力外壳1与旋转筒之间的密封阻水。另外，振动短节包括滑套10、滑轴11、连接套12和碟簧13，滑套10连接在动力外壳1的端部，滑轴11活动设在滑套10内部，连接套12一端固定连接于滑轴11上，另一端紧贴于旋转筒的内筒8外壁，且在该端头设有支撑杆14，支撑杆14上设有滚轮15，滚轮15压在旋转筒的外筒7顶部端面，碟簧13一端连接于滑套10，另一端连接于连接套12。作为本专利技术的实施例结构，上述外筒7顶部端面上与筒心对称的任意两个点的高度相等，支撑杆14和滚轮15有两组，且对称设在连接套12的端头。由此，无论旋转筒怎么转动，两个滚轮15均能同时压在外筒7顶部端面上，保持升降的同步，这样能提供较好的支撑及驱动作用。作为本专利技术的实施例结构，上述外筒7顶部端面的起伏结构9由半径相等的外凸半圆弧面和内凹半圆弧面交替连接组成。一般，外凸半圆弧面和内凹半圆弧面均各有两个，即外筒7转动一圈时，滚轮15在外筒7的顶部端面经过两次上升至最高处和两次下降至最低处，产生两个周期性的振荡，半圆弧形顶面的结构有助于增加滚轮15滚动时的平稳性。作为本专利技术的实施例结构，上述连接架5为十字型结构或者三叉结构(如图3和4所示)。由于连接架5中间需要流通钻井液通，所以在保证稳定的连接作用前提下，需要形成较大面积的流通路径。作为本专利技术的实施例结构，上述旋转筒的外筒7由Al2O3耐磨陶瓷材料制成，Al2O3耐磨陶瓷材料能提供较高的强度以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于定向钻井作业的水力振荡器，由动力短节和振动短节组成，其特征在于：/n所述动力短节包括动力外壳（1）、轴承（2）、转轴（3）、叶片（4）、连接架（5）、旋转筒和活塞（6），所述转轴（3）通过轴承（2）活动连接在动力外壳（1）内，所述叶片（4）均匀布置在转轴（3）上，所述旋转筒通过连接架（5）安装在转轴（3）的顶端，旋转筒由外筒（7）和内筒（8）粘接组成，所述内筒（8）的高度大于外筒（7）高度，且外筒（7）的顶部端面设为起伏结构（9），所述活塞（6）设在动力外壳（1）的内壁上，且活塞（6）的内侧与旋转筒的外筒（7）紧密接触；/n所述振动短节包括滑套（10）、滑轴（11）、连接套（12）和碟簧（13），所述滑套（10）连接在动力外壳（1）的端部，所述滑轴（11）活动设在滑套（10）内部，所述连接套（12）一端固定连接于滑轴（11）上，另一端紧贴于旋转筒的内筒（8）外壁，且在该端头设有支撑杆（14），所述支撑杆（14）上设有滚轮（15），所述滚轮（15）压在旋转筒的外筒（7）顶部端面，所述碟簧（13）一端连接于滑套（10），另一端连接于连接套（12）。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于定向钻井作业的水力振荡器，由动力短节和振动短节组成，其特征在于：
所述动力短节包括动力外壳（1）、轴承（2）、转轴（3）、叶片（4）、连接架（5）、旋转筒和活塞（6），所述转轴（3）通过轴承（2）活动连接在动力外壳（1）内，所述叶片（4）均匀布置在转轴（3）上，所述旋转筒通过连接架（5）安装在转轴（3）的顶端，旋转筒由外筒（7）和内筒（8）粘接组成，所述内筒（8）的高度大于外筒（7）高度，且外筒（7）的顶部端面设为起伏结构（9），所述活塞（6）设在动力外壳（1）的内壁上，且活塞（6）的内侧与旋转筒的外筒（7）紧密接触；
所述振动短节包括滑套（10）、滑轴（11）、连接套（12）和碟簧（13），所述滑套（10）连接在动力外壳（1）的端部，所述滑轴（11）活动设在滑套（10）内部，所述连接套（12）一端固定连接于滑轴（11）上，另一端紧贴于旋转筒的内筒（8）外壁，且在该端头设有支撑杆（14），所述支撑杆（14）上设有滚轮（15），所述滚轮（15）压在旋转筒的外筒（7）顶部端面，所述碟簧（13）一端连接于滑套（10），另一端连接于连接套（12）。


2.根据权利要求1所述的一种用于定向钻井作业的水力振荡器，其特征在于：所述外筒（7）顶部端面上与筒心对称的任意两个点的高度相等，所述支撑杆（14）和滚轮（15）有两组，且对...

【专利技术属性】
技术研发人员：向长树，
申请(专利权)人：达坦能源科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31