[发明专利]一种涡轮式井下水力振荡器

摘要

本发明涉及一种涡轮式井下水力振荡器，属石油井下设备技术领域。包括上壳体、下壳体、上接头、下接头、花键套和中间接头，上壳体和下壳体之间通过中间接头相互螺纹连接，下壳体的端头螺纹安装有下接头，上壳体的端头通过花键套螺纹安装有上接头；下壳体内通过涡轮轴端帽和推力轴承装有涡轮轴。该水力振荡器采用涡轮驱动，没有偏心运动引起的横向振动，对LWD、MWD等工具的信号采集工作不产生影响；通过自身轴向的周期性高频蠕动，使钻柱与井壁之间的摩擦条件发生变化、钻柱弹性送钻的瞬时滑动摩擦系数的增长速度降低，从而降低摩阻、提高机械钻速。

主权项

1.一种涡轮式井下水力振荡器，包括上壳体（1）、下壳体（2）、上接头（3）、下接头（4）、花键套（5）和中间接头（6），其特征在于：上壳体（1）和下壳体（2）之间通过中间接头（6）相互螺纹连接，下壳体（2）的端头螺纹安装有下接头（4），上壳体（1）的端头通过花键套（5）螺纹安装有上接头（3）；所述的上壳体（1）与花键套（5）螺纹连接；上壳体（1）上设有排液孔（21）；下壳体（2）内通过涡轮轴端帽（7）和推力轴承（8）装有涡轮轴（9），涡轮轴（9）上通过扶正轴承A（10）和扶正轴承B（11）装有涡轮组件，扶正轴承A（10）通过涡轮轴端冒（7）与涡轮轴（9）螺纹固定，扶正轴承B（11）通过涡轮轴轴肩固定在涡轮轴（9）上；推力轴承（8）一端的下壳体（2）内通过阀座（14）安装有阀盘（15）；阀盘（15）中心轴线处开设有通孔，以为推力轴承（8）减少载荷；阀座（14）与下接头螺纹连接；阀盘（15）和阀座（14）上分别设有两个对应的过流孔（16），阀盘（15）和阀座（14）的过流孔（16）端面之间设置有间隙，其目的是防止钻井液过流面积最小时系统产生憋压现象；阀盘（15）与涡轮轴（9）螺纹连接；涡轮轴端帽（7）一侧的上壳体（1）内安装有台阶轴（17），花键套（5）与台阶轴（17）螺纹连接；台阶轴（17）与上接头（3）螺纹连接；台阶轴（17）上通过台阶轴端帽（18）装有活塞（19），活塞（19）一侧的台阶轴（17）上装有碟 形弹簧（20），碟 形弹簧（20）与活塞（19）接触连接所述的阀盘（15）上设置有压力平衡腔，通过将低压引入压力平衡装置内腔，可使液流压力作用在阀盘（15）的端面并产生一个沿轴向向上的作用力，该作用力可减小推力轴承（8）的负载，以延长推力轴承（8）的工作寿命和该水力振荡器的使用寿命；工作时，阀盘（15）与阀座（14）上的过流孔（16）发生交错重叠，使钻井液在通过时的流通面积发生周期性变化，进而使阀盘（15）上游液流压力发生周期性变化，产生了压力脉冲；当阀盘（15）与阀座（14）之间的过流面积变小时，阀盘（15）上游压力升高，当阀盘（15）与阀座（14）的过流孔分别位于中心轴线两侧时，阀盘（15）上游高压液流压力达到极大值，液流压力作用在活塞（19）和台阶轴（17）上使碟形弹簧（20）压缩并将钻井液的高压动能转变为碟簧势能进行存储，碟形弹簧（20）的压缩运动通过壳体将运动传递到钻头，从而使井底钻具向下振动；当阀盘（15）与阀座14之间的过流面积变大时，阀盘（15）上游压力降低，当过流面积最大时，即当阀盘（15）与阀座（14）的过流孔分别位于中心轴线同一侧时，阀盘（15）上游高压液流压力达到极小值，由于钻压大于极小的液流压力，碟形弹簧（20）释放能量并通过该水力振荡器的壳体将运动传递到钻头，使钻头向上运动；由于涡轮组在高压钻井液作用下可提供稳定的旋转运动，并具有一定的周期，在周期性压力脉冲作用下，该水力振荡器即可产生沿轴向的周期性高频蠕动，使钻柱与井壁之间的摩擦条件发生变化、钻柱弹性送钻的瞬时滑动摩擦系数的增长速度降低，从而降低摩阻、提高机械钻速。