[发明专利]负压脉冲振荡器

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气钻探工程领域一种新型井下工具，特别是具有促进排屑功能的新型水力振荡器。

背景技术

近年来，随着我国工业的不断发展，石油、天然气的需求和开采量也日益增多。然而，为了缓解我国石油资源的短缺问题，人们开始向深井、超深井等环境条件严峻的领域进行石油开采。新型油气井开采使钻井工程面临更复杂的情况，为满足新钻井条件或新型油气资源（如煤层气、页岩气、海洋油气等）的需要，对应的新钻井方法与工具也不断发展。在这些新钻井技术发展过程中，提高机械钻速、减小井壁摩擦、增大井眼靶径是需要解决的重要基础问题。在解决这些问题的方法中，以机械方式工作的井下工具利用钻井液实现能量转换，产生一定的预期振动，近几年发展迅速。与其他方法相比，井下工具具有能量转换效率高、经济效益好、灵活多变的特点，从而获得了广泛关注与应用。相关工具类型包括旋冲钻具、液力冲击器等具体实现方式有阀板、螺杆、涡轮、离心叶片等，这些新方法与新工具的出现对减摩降阻、提速增效具有重要的应用意义。现有的水力振荡器会使泵压升高，对泥浆泵的使用寿命会造成不利影响，并且螺杆产生的轴向力会加强动阀板与静阀板之间的摩擦力，进而会加速动阀板和静阀板的磨损，这会大大缩短水力振荡器的使用寿命。

基于此，本文在现有研究基础上，提出一种新型的振荡器，利用钻井液实现能量转换，产生以轴向振动为主的复合振动，由于自身的结构特点，使叶轮产生的轴向力不会通过阀芯管传递给下接头，从旁通喷出的钻井液能搅动井眼环空内的岩屑，以提高钻井液的携岩能力。并结合机身结构参数与钻井参数，实现钻进过程减摩降阻、增大钻头有效钻压、提高机械钻速以及延伸钻柱入井位移等目的。

发明内容

本发明的目的在于：为克服现有水平井、大位移井钻进摩阻大，井口钻压无法有效传递给钻头的不足、钻井液的携岩能力不高以及现有轴向振动工具使用效果不理想的问题，设计一种新型负压脉冲振荡器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的负压脉冲振荡器，由上接头、锁紧帽、调整垫片A、叶轮、平键、叶轮芯轴、叶轮壳体、水帽、阀芯管、调整垫片B、上TC轴承动圈、上TC轴承动圈耐磨套、型密封圈、上TC轴承静圈、上TC轴承静圈耐磨套、半圆键、串轴承、轴承壳体、下TC轴承动圈、下TC轴承动圈耐磨套、下TC轴承静圈耐磨套、喷嘴外壳、喷嘴、下接头、堵头组成，其特征在于上接头（1）、叶轮壳体（7）、轴承壳体（18）、喷嘴外壳（22）和下接头（24）依次通过螺纹连接；叶轮（4）与叶轮芯轴（6）之间通过平键（5）和锁紧帽（2）连接，实现叶轮（4）定位；锁紧帽（2）通过螺纹与叶轮芯轴（6）连接；叶轮芯轴（6）、水帽（8）和阀芯管（9）依次通过螺纹连接；上TC轴承动圈（11）通过螺纹与阀芯管（9）连接；上TC轴承静圈（14）通过半圆键（16）与轴承壳体（18）配合，实现其周向定位；串轴承（17）位于上TC轴承静圈（14）与喷嘴外壳（22）之间，并通过轴承壳体（18）与喷嘴外壳（22）之间的螺纹配合实现串轴承（17）的定位；下TC轴承动圈（19）与阀芯管（9）之间采用螺纹配合；阀芯管（9）下端开有两个相互间隔180°的径向通孔，与之对应，喷嘴外壳（22）下端也开有径向通孔，通孔内装有喷嘴（23）和堵头（25），喷嘴（23）和堵头（25）通过螺纹与喷嘴外壳（22）连接；喷嘴外壳（22）上端内表面设置有下TC轴承静圈耐磨套（21），并通过烧结与喷嘴外壳（22）连接到一起；喷嘴外壳（22）下端的径向通孔成对设置，每对径向通孔相互间隔180°并处于同一平面内。喷嘴外壳（22）下端的通孔可以设置为1对、2对、3对或者4对，附图中以2对通孔为例，通孔的数量根据实际工况要求来确定；当实际工况改变需要改变振动频率时，则可以将其中部分喷嘴（23）换成堵头（25），或者将其中部分堵头（25）换成喷嘴（23），更换的喷嘴（23）或堵头（25）必须是成对更换。阀芯管（9）下端的径向通孔同一平面内，工具装配体完成之后，阀芯管（9）下端两个径向通孔与喷嘴外壳（22）下端的径向通孔处于同一平面内。

本发明与现有技术比较，其有益效果是：(1) 只需要较小的立管压力就可以产生负向脉冲； (2) 常规水力振荡器会使泵压升高，负压脉冲振荡器设有全新的旁通，可以在提高钻速的同时降低泵压，减小对泵的消耗；（3）负压脉冲振荡器能提供一个频率可调的周期性轴向冲击力；（4）负压脉冲振荡器沿径向喷出的钻井液对井壁有冲击搅动的能力，有助于岩屑在环空的运移，提高钻井液携岩能力。

附图说明

图1为本发明所述的负压脉冲振荡器的结构示意图。