水力振蕩軸向沖擊器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及的是水力振蕩軸向沖擊器，這種水力振蕩軸向沖擊器包括外殼、轉動體、周期性擾流平板、收縮筒，轉動體、周期性擾流平板、收縮筒安裝在外殼內，轉動體包括葉輪軸和轉動密封，葉輪軸具有導流葉片，葉輪軸的下部有外螺紋，轉動密封由轉動座、連接柱、巴掌構成，轉動座上設置有中心孔，中心孔帶有內螺紋，轉動座下固定連接柱，每個連接柱底端連接一個巴掌，葉輪軸與轉動座螺紋連接；巴掌抵在周期性擾流平板上，周期性擾流平板具有與巴掌數目相同的擾流孔，當巴掌轉動到與擾流孔相對應的部位時，相應的巴掌可將相應的擾流孔同時堵死；收縮筒下部有外螺紋，收縮筒底部具有安裝孔，收縮筒的內腔分為三段。本發明對鉆井液流干擾作用強，產生脈沖效果明顯，提高鉆速十分明顯，提高了水力沖擊功利用效率。
【專利說明】水力振蕩軸向沖擊器
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油行業鉆井用的適用于中硬到硬地層的一種高效破巖工具，具體涉及水力振蕩軸向沖擊器。
【背景技術】
[0002]目前，石油資源已經成為了人類的最重要的資源之一，想要發展經濟就需要有充足的石油供應。然而隨著我國石油勘探開發的發展，新區的勘探開發不斷擴大，采油井的深度不斷加深，進入的地層越來越老，鉆遇地層越來越復雜，巖石也越來越硬，動力沿程損失大，液柱對井底的壓持效應明顯，鉆井速度慢，工具易損壞，從而導致鉆井周期加長，鉆井成本變高，嚴重制約了油氣田開發的進程。因此，國內外對如何提高鉆井破巖效率，從而提高鉆井速度非常重視。
[0003]由此，液動沖擊器便應運而生。它充分的利用了水力能量，使鉆頭在旋轉工作的同時產生縱向振動，而且還伴有脈沖射流空化作用，可大大的提高破巖效率，提高鉆速，縮短建井周期，大大的降低建井成本。但常規的沖擊器由于較多連接、活動件，形成易損、薄弱部位，大大降低了沖擊器壽命。而且，常規鉆具中彈簧等緩沖儲能裝置的存在，也降低了沖擊器的沖擊功，影響了沖擊器沖擊效能。這些問題的存在嚴重制約了液動沖擊器在現場的推廣使用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供水力振蕩軸向沖擊器，這種水力振蕩軸向沖擊器用于解決目前隨著鉆遇地層越來越復雜而產生的鉆井速度慢、沖擊器沖擊效能低的問題。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:這種水力振蕩軸向沖擊器包括外殼、轉動體、周期性擾流平板、收縮筒，轉動體、周期性擾流平板、收縮筒安裝在外殼內，轉動體包括葉輪軸和轉動密封，葉輪軸具有導流葉片，葉輪軸的下部有外螺紋，轉動密封由轉動座、連接柱、巴掌構成，轉動座上設置有中心孔，中心孔帶有內螺紋，轉動座下固定連接柱，每個連接柱底端連接一個巴掌，葉輪軸與轉動座螺紋連接；巴掌抵在周期性擾流平板上，周期性擾流平板具有與巴掌數目相同的擾流孔，當巴掌轉動到與擾流孔相對應的部位時，相應的巴掌可將相應的擾流孔同時堵死；收縮筒下部有外螺紋，收縮筒底部具有安裝孔，收縮筒的內腔分為三段，三段的內徑順次減小。
[0006]上述方案中外殼內腔有環形凸起，轉動體通過上固定平板、下固定平板、配合筒與外殼連接，上固定平板是帶中心孔和扇形流道的圓板，下固定平板是帶有圓臺形中心孔和扇形流道的圓板，配合筒將上固定平板支撐在下固定平板上，葉輪軸插入上固定平板的中心孔內，葉輪軸下部穿過圓臺形中心孔并坐在下固定平板上，下固定平板與外殼螺紋連接，上固定平板被頂在環形凸起下。
[0007]上述方案中外殼上端有內螺紋，外殼與上部鉆鋌螺紋連接，外殼下部連接傳動短接；傳動短接為具有頂面的筒狀物，腔體為二段式，其頂面的周邊緣為圓角，并在圓角處均勻設置有與內腔相通的斜孔，傳動短接外壁設置有卡簧槽，傳動短接下段腔體內壁有與鉆頭連接的內螺紋，便于內部零件的放入以及固定，傳動短接下邊緣帶有外檐，外檐具有凹槽，夕卜殼下端具有凸齒，傳動短接與外殼相互咬合在一起，二者通過相互咬合，可將上部鉆柱的扭矩傳遞下去。
[0008]上述方案中外殼與傳動短接之間設置有O型圈，安裝O型圈可實現傳動短接的軸向密封。
[0009]上述方案中傳動短接具有六個斜孔，這六個斜孔直通傳動短接內腔，形成液體的流動通道。
[0010]上述方案中周期性擾流平板上沿周向分布有1-10個擾流孔。
[0011]上述方案中周期性擾流平板上沿周向分布有2-4個擾流孔。
[0012]本發明具有以下有益效果:
1、本發明周期性擾流平板對鉆井液流干擾作用強，產生脈沖效果明顯，會在鉆頭產生很好的縱向振動，提高鉆速十分明顯，解決了目前隨著鉆遇地層越來越復雜而產生的鉆井速度慢的問題。
[0013]2、本發明縱向振動頻率，幅值可通過擾流孔大小、數目很方便，很簡單地調整。
[0014]3、本發明不存在彈簧等緩沖復位裝置，也不存在沖擊錘等中間機構，減少了能量損耗，提高了水力沖擊功利用效率，解決了沖擊效能低的問題。
[0015]4、本發明結構簡單，易于實現，成本較低，便于在油田現場的推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明中轉動體的結構示意圖；
圖3是本發明中葉輪軸的結構示意圖；
圖4是本發明中下固定平板的結構示意圖；
圖5是本發明中轉動密封的結構示意圖；
圖6是本發明中周期性擾流平板的結構示意圖；
圖7是本發明中收縮筒的結構示意圖；
圖8是本發明中外殼的結構示意圖；
圖9是本發明中傳動短接的結構示意圖。
[0017]圖中:1.外殼；2.上母扣；3.周期性擾流平板；4.收縮筒；5.傳動短接；6.下母扣；7.葉輪軸；8.上固定平板；9.下固定平板；10.配合筒；11.轉動密封；12.擴展腔；13.葉片；14.巴掌；15.扇形流道；16.中心孔；17.連接柱；18.擾流孔；19.收縮腔；20.收縮筒外螺紋；21.卡簧槽；22.凸齒；23.軸向密封槽；24.斜孔；25.安裝孔；26.外檐；27.倒圓臺。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0019]如圖1所示，這種水力振蕩軸向沖擊器包括外殼1、轉動體、周期性擾流平板3、收縮筒4、傳動短接5，將轉動體、周期性擾流平板3、收縮筒4安裝在外殼I內，收縮筒4從下端將周期性擾流平板3頂固住，轉動體的巴掌14抵在周期性擾流平板3，轉動體可在周期性擾流平板3上面自由轉動，轉動時可將周期性擾流平板3的擾流孔18全部堵住；外殼I上端是上母扣2 (即外殼上端有內螺紋)，外殼I與上部鉆鋌螺紋連接，外殼I下部連接傳動短接5，傳動短接5的下部為下母扣6 (即傳動短接下部有內螺紋)，傳動短接5與鉆頭相接。
[0020]參閱圖2，轉動體包括葉輪軸7和轉動密封11，參閱圖3，葉輪軸7具有導流葉片13，葉輪軸7的下部有外螺紋，導流葉片13與外螺紋之間的葉輪軸有一段倒圓臺27。參閱圖5，轉動密封11由轉動座、連接柱17、巴掌14構成，轉動座上設置有中心孔16，中心孔16帶有內螺紋，轉動座下固定連接柱17，每個連接柱17底端連接一個巴掌14，葉輪軸7與轉動座螺紋連接，鉆井液不斷沖擊葉輪軸葉片13，使葉輪軸7轉動。葉輪軸7帶動轉動密封11旋轉。轉動密封11的巴掌14抵在周期性擾流平板3上，參閱圖6，周期性擾流平板3具有與巴掌14數目相同的擾流孔18，周期性擾流平板3上周向可以分布有1-10個擾流孔18，當然最佳為2-4，擾流孔18是鉆井液流動的通道。當巴掌14轉動到與擾流孔18相對應的部位時，相應的巴掌14可將相應的擾流孔18同時堵死。在旋轉過程中，當巴掌14與周期性擾流平板的擾流孔18重合時，鉆井液被完全切斷。隨著轉動的繼續，這種截斷消失，鉆井液通過擾流孔18繼續向下流動。在這種截斷放開的交替中，鉆井液連續流轉變為不連續的脈沖流。
[0021]參閱圖7，收縮筒4下部有外螺紋20，收縮筒4底部具有安裝孔25，以便于使用扳手等工具在外殼體外部用力旋轉上進。收縮筒4的內腔分為三段，為三級收縮模式，三段的內徑順次減小。脈沖波動經收縮筒4收縮聚能后進而作用于傳動短接5及鉆透使其產生縱向振動。第一段起收攏所用流體的作用，第二段較最長，為收縮腔19，收縮腔19可起到聚能的作用。
[0022]參閱圖8，外殼I內腔有環形凸起，轉動體通過上固定平板8、下固定平板9、配合筒10與外殼I連接，上固定平板8是帶中心孔16和扇形流道的圓板，參閱圖4，下固定平板9是帶有圓臺形中心孔和扇形流道15的圓板，配合筒10將上固定平板8支撐在下固定平板9上，葉輪軸7插入上固定平板8的中心孔內，葉輪軸7下部穿過圓臺形中心孔并坐在下固定平板上9，下固定平板9與外殼I螺紋連接，外殼I內有四級擴展腔12，其第一級內放置轉動體，轉動體依靠下固定平板9外的螺紋與擴展腔第一段下的螺紋配合頂緊固定，上固定平板8被頂在環形凸起下；第三級內放置周期性擾流平板3和收縮筒4。
[0023]參閱圖9，傳動短接5為具有頂面的筒狀物，頂面能夠更好地承受脈沖液體的壓力波動，腔體為二段式，其頂面的周邊緣為圓角，并在圓角處均勻設置有與內腔相通的六個斜孔24，斜孔24是液體的流動通道；傳動短接5外壁設置有卡簧槽21，外殼I內壁也有卡簧槽21，兩卡簧槽相對應，卡簧置于兩卡簧槽構成的空間內，防止在上提鉆柱的過程中傳動短接脫落，造成事故；傳動短接5外壁有軸向密封槽23，軸向密封槽23內放置有O型圈，安裝O型圈可實現傳動短接的軸向密封；傳動短接5下段腔體內壁有與鉆頭連接的內螺紋，便于內部零件的放入以及固定，傳動短接5下邊緣帶有外檐26，外檐26具有凹槽，外殼I下端具有凸齒22，傳動短接5與外殼I相互咬合在一起，二者通過相互咬合，可將上部鉆柱的扭矩傳遞下去。
[0024]本發明工作時，鉆井液經上固定平板的扇形流道后，不斷沖擊葉輪軸7的葉片13，使葉輪軸7轉動。葉輪軸7帶動轉動密封11旋轉。在旋轉中，當巴掌14與擾流孔18正好相對時，鉆井液流被完全堵死。隨著轉動的繼續，巴掌14與擾流孔18錯開，液流又通過擾流孔18繼續流動。就這樣連續不斷的截斷放開，連續的鉆井液流轉化為非連續的脈沖流。這種脈沖經收縮腔19收攏與聚能后直接作用在傳動短接5上，進而作用于下母扣6連接的鉆頭，使其產生縱向振動。
【權利要求】
1.一種水力振蕩軸向沖擊器,其特征在于:這種水力振蕩軸向沖擊器包括外殼(I)、轉動體、周期性擾流平板(3 )、收縮筒(4)，轉動體、周期性擾流平板(3 )、收縮筒(4)在外殼(I)內，轉動體包括葉輪軸(7)和轉動密封(11)，葉輪軸(7)具有導流葉片(13)，葉輪軸(7)的下部有外螺紋，轉動密封(11)由轉動座、連接柱(17)、巴掌(14)構成，轉動座上設置有中心孔(16)，中心孔(16)帶有內螺紋，轉動座下固定連接柱(17)，每個連接柱(17)底端連接一個巴掌(14)，葉輪軸(7)與轉動座螺紋連接；巴掌(14)抵在周期性擾流平板(3)上，周期性擾流平板(3)具有與巴掌(14)數目相同的擾流孔(18)，當巴掌(14)轉動到與擾流孔(18)相對應的部位時，相應的巴掌(14)可將相應的擾流孔(18)同時堵死；收縮筒(4)下部有外螺紋，收縮筒(4)底部具有安裝孔(25)，收縮筒(4)的內腔分為三段，三段的內徑順次減小。
2.根據權利要求1所述的水力振蕩軸向沖擊器，其特征在于:所述的外殼(I)內腔有環形凸起，轉動體通過上固定平板(8)、下固定平板(9)、配合筒(10)與外殼(I)連接，上固定平板(8)是帶中心孔(16)和扇形流道的圓板，下固定平板(9)是帶有圓臺形中心孔和扇形流道(15)的圓板，配合筒(10)將上固定平板(8)支撐在下固定平板(9)上，葉輪軸(7)插入上固定平板的中心孔(16)內，葉輪軸(7)下部穿過圓臺形中心孔并坐在下固定平板(9)上，下固定平板(9)與外殼(I)螺紋連接，上固定平板(8)被頂在環形凸起下。
3.根據權利要求2所述的水力振蕩軸向沖擊器，其特征在于:所述的外殼(I)上端有內螺紋，外殼(I)與上部鉆鋌螺紋連接，外殼(I)下部連接傳動短接(5);傳動短接(5)為具有頂面的筒狀物，腔體為二段式，其頂面的周邊緣為圓角，并在圓角處均勻設置有與內腔相通的斜孔(24)，傳動短接(5)外壁設置有卡簧槽(21)，傳動短接(5)下段腔體內壁有與鉆頭連接的內螺紋，傳動短接(5)下邊緣帶有外檐(26)，外檐(26)具有凹槽，外殼(I)下端具有凸齒，傳動短接(5)與外殼(I)相互咬合在一起。
4.根據權利要求3所述的水力振蕩軸向沖擊器，其特征在于:所述的外殼(I)與傳動短接(5)之間設置有O型圈。
5.根據權利要求4所述的水力振蕩軸向沖擊器，其特征在于:所述的傳動短接(5)具有六個斜孔(24 )，這六個斜孔(24 )直通傳動短接(5 )內腔，形成液體的流動通道。
6.根據權利要求5所述的水力振蕩軸向沖擊器，其特征在于:所述的周期性擾流平板(3)上沿周向分布有1-10個擾流孔(18)。
7.根據權利要求6所述的水力振蕩軸向沖擊器，其特征在于:所述的周期性擾流平板(3 )上沿周向分布有2-4個擾流孔(18 )。
【文檔編號】E21B4/16GK104265160SQ201410359479
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】李瑋, 紀照生, 夏法峰, 付璐, 馬朝陽, 劉岢鑫 申請人:東北石油大學