[发明专利]钻井井下涡轮驱动随钻振动器

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻探定向井钻井领域，特别涉及一种钻井随钻振动器。 

背景技术

目前石油钻探方面的定向井钻井施工中，钻头的旋转动力主要依靠涡轮钻具和螺杆钻具提供。其特点是钻柱为滑动钻进，钻头是旋转钻进。特别是水平井和大位移井的施工,钻具在井中主要分成三个段，即直井段，斜井段和水平段。处于斜井段和水平段这部分钻具由于自重作用，在钻柱的轴向上会产生摩阻力，使井口所加的钻压不能全部加在井底的钻头上，因此影响了正常钻进。为了减小摩阻力可在水平段或斜井段钻柱中设置一个振动器，使钻柱在钻进过程中在轴向上处于连续振动状态中，以克服一部分摩阻力，使钻头上所加钻压得到改善。但目前已有的振动器的驱动力来自于振动器自身所带的螺杆马达；这种类型的振动器造价高，寿命短，而且对其下部设置的随钻仪器发出的泥浆脉冲有阻碍作用。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钻井井下涡轮驱动随钻振动器。该随钻振动器的驱动力采用涡轮。该随钻振动器特点是造价低，使用寿命长，而且钻柱内流体连通，对其下部设置的随钻仪器发出的泥浆脉冲没有阻碍作用。 

本发明所采取的技术方案是：一种钻井井下涡轮驱动随钻振动器，该振动器一般连接在井下水平段钻柱中或斜井段的钻柱中。该振动器从上往下外侧顺序相连的是：振动中心筒、振动传动筒、主外筒和下接头，其中振动传动筒上部内侧与振动中心筒对应部位采用花键相连，用来传递钻柱周向扭转力，振动传动筒下部与主外筒采用丝扣连接，主外筒的下部与下接头也采用丝扣连接，并用下接头O型密封圈对水眼与环空进行静态隔离密封；振动中心筒下部外侧对应主外筒上部内侧的环空从上往下顺序设置了碟簧上垫环、碟簧片、碟簧下垫环和振动活塞筒，其中振动活塞筒与振动中心筒用丝扣连接，并且振动中心筒下端设有中心筒O型密封圈对其进行水眼与环空的静态隔离密封，振动活塞筒下端设有活塞筒Y型密封圈对其进行水眼与环空的动态隔离密封；主外筒下部内侧从上往下顺序设置了涡轮定子套、涡轮支撑外筒、上轴承套外筒和下轴承套，它们的中心在轴向上设有中心轴，中心轴从上往下顺序相连的是轴端压帽、涡轮转子、上轴承内环支撑、以及由轴承端部内环、轴承端部外环、轴承内环、轴承外环和钢珠组成的上轴承组、其下部是同样结构的下轴承组、再下面是下轴承内环筒和轴端压帽，其中涡轮转子与中心轴通过健传递扭矩，上下轴承组均设有轴承外环顶套，上轴承套外筒与上轴承套通过焊接块的焊接成为刚性连接，上轴承套外侧设置成一对螺旋面，该螺旋面汇聚相交于扇形流道，中心轴的中部设有凸出的扇形旋转阀块。 

当泥浆流过随钻振动器时，通过涡轮副作用泥浆流动的动能就会转换成涡轮转子旋转的机械能驱动中心轴旋转，由此中心轴上的扇形旋转阀块也将随之旋转。当扇形旋转阀块转到扇形流道处重合时，由于流道面积变小使流体的上游出现脉动高压，该脉动高压作用在振动活塞筒的下端部和旋转阀块的上端部就会产生一个轴向力，该轴向力使碟簧片压缩，钻柱伸长；当扇形旋转阀块与扇形流道转到不相重位置时脉动高压消失，碟簧片回位，随之伸长的钻柱也回位，由此形成一次振动。扇形旋转阀块转速的快慢决定了随钻振动器的振动频率。由于水平段或斜井段钻柱的振动使钻具对井壁的摩阻降低，因而地面所加钻压能正常加到钻头上，从而解决了本发明要解决的技术问题。另一方面，涡轮加工方便，使用寿命长，维护也方便。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明随钻振动器主体总成的纵向剖面构造图。 

图2是图1的A-A横向剖面构造图。 

图3是图1的B-B横向剖面构造图。 

图4是图1位于C段的部分剖面构造图。 

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，一种钻井井下涡轮驱动随钻振动器，该振动器从上往下外侧顺序相连的是：振动中心筒1、振动传动筒2、主外筒3和下接头23，其中振动传动筒2上部内侧与振动中心筒1对应部位采用花键32相连，用来传递钻柱周向扭转力，振动传动筒2下部与主外筒3采用丝扣连接，主外筒3的下部与下接头23也采用丝扣连接，并用下接头O型密封圈22密封；振动中心筒1下部外侧对应主外筒3上部内侧的环空从上往下顺序设置了碟簧上垫环4、碟簧片5、碟簧下垫环6和振动活塞筒7，其中振动活塞筒7与振动中心筒1用丝扣连接，并且振动中心筒1下端设有中心筒O型密封圈9，振动活塞筒7下端设有活塞筒Y型密封圈8；主外筒3下部内侧从上往下顺序设置了涡轮定子套10、涡轮支撑外筒31、上轴承套外筒16和下轴承套20，它们的中心在轴向设有中心轴19，中心轴19从上往下顺序相连的是轴端压帽11、涡轮转子14、上轴承内环支撑15、由轴承端部内环24、轴承端部外环25、轴承内环26、轴承外环27和钢珠30组成的上轴承组、下轴承组（结构与上轴承组相同）、下轴承内环筒21和轴端压帽11，其中涡轮转子14与中心轴19通过健13传递扭矩，上下轴承组均设有轴承外环顶套18，上轴承套外筒16与上轴承套17通过焊接块28的焊接成为刚性连接，上轴承套17外侧设置成一对螺旋面36，该螺旋面36汇聚相交与扇形流道33，中心轴19的中部设有凸出的扇形旋转阀块37。