利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器的制作方法

本发明涉及一种用于石油钻井、地质钻探、固井和连续油管领域中的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器。

背景技术：

新型油气井开采使钻井工程面临更复杂的情况，为满足深井、超深井的新型钻井条件和煤层气、页岩气、海洋气等的新型油气资源的需求，对应的新钻井方法和工具也不断发展。在这些新型钻井技术发展过程中，提高机械转速、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，产生一定频率的振动，近几年得到发展迅速。与其他方法相比，这类井下工具具有能量转换效率高、经济效益、灵活多变的特点，从而获得了广泛关注和运用。

钻井工程面临的地层工作环境更加复杂，钻井深度不断增加，岩石在底层围压作用下硬度和强度都会有明显增加，导致钻头破岩效率不高。钻头在钻进深井地层时，普遍存在钻进速度很慢、钻井花费的成本高，而钻井速度的提高关键在于如何提高钻头的破岩效率。根据现场实验实践研究数据表明，在旋转钻进的同时对钻头施加周期性冲击载荷，有利于提高钻头的破岩效率，提高钻进的速度。为了解决现有问题发明设计出一种利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，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，通过机身结构作用于钻头，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如井位移等目的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种靠钻井液流动使螺杆转子旋转改变流道产生振动的振荡器，其目的是为了提高机械转速、减小井壁摩擦、增大井眼靶径，加快固井速度和用于连续油管中。本发明的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器通过旋转开关旋转实现液体流道周期性变化，利用流道变化导致流体液压力周期性变化，从而产生变化的轴向力作用于钻头加快钻头的破岩效率。

本发明的技术方案是：利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，其特征在于：所述的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器包括螺杆总成和振荡短节两部分，在振荡短节前端连接冲击接头，后端连接螺杆总成；所述的螺杆总成包括钻杆、O型密封圈、定子壳体、滤头、转子、定子橡胶，定子壳体内壁硫化有定子橡胶，定子橡胶与转子形成密封腔，转子下端设计有内螺纹孔，定子壳体后部安装滤头，通过螺纹扣将钻杆连接到定子壳体后部，所述的振荡短节包括密封垫圈、旋转开关、振荡本体、卡环、拼环、内撑套、支撑块、流道块，旋转开关通过螺纹与转子连接，密封垫圈安装在旋转开关和转子之间，通过锥螺纹扣型将定子壳体和振荡本体上部连接，将流道块通过卡环、拼环和内撑套安装到振荡本体内部，支撑块安放于流道块和旋转开关之间，当钻井液流过螺杆总成，转子旋转，转子通过螺纹连接带动旋转开关旋转，旋转开关改变钻井液进入流道块的形式，钻井液在流道块的两个流体流道入口周期性变化，使液体压力产生周期性变化，产生以轴向振动为主的复合振动，通过振荡本体将振动向前传递，作用在钻头上，从而能加快钻头破岩速度，防止卡钻，提高钻井效率。利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器通过振荡器上端螺纹和振荡器下端螺纹分别与其它钻具相连，能够提高水平井、大位移井钻进时钻压的传递效率，减少水平段钻具前行钻进的摩擦阻力。

上述方案中利用流体压力变化产生振动实现轴向冲击的钻井工具，其特征在于：振荡短节内部是由2件结构对称的流道块组成，旋转开关在螺杆转子的带动下旋转，相应地改变液体进入流道块方式，使液体流动压力产生周期型变化，从而产生轴向振动冲击力。

上述方案中在流道块进液口和旋转开关间设有支撑块，用于让旋转开关与振荡短节的两个流道口存在一定的距离，目的是防止流体流道堵死导致螺杆总成不能正常工作。

上述方案中的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，按流道进液口数目分为二孔型、三孔型、四孔型和多孔型利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，按流道形状分为R型、U型和V型利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器。

上述方案中的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，振荡短节内部流体流道的形状改变液体流动方式，从而改变液体压力并产生振动。流道形状分为R型、U型和V型，其中U型和V型流道是轴对称流道，R型流道是综合U型和V型特点设计的一种流道，R型流道不光产生轴向振动还能得到相应的径向振动防止卡钻和加快钻头破岩速度、提高效率。

上述方案中的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，振荡短节内部流体流道进液口数目不同，目的是在不改变螺杆转速条件下实现不同的振动频率。二孔型利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器两孔是中心对称分布，三孔型利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器三孔是周向120度均匀分布，四孔型利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器的四孔分布有圆周均匀分布和中心轴对称两种形式，根据不同的钻井实际工况选择相适应的孔数目能更加有效地提高钻井效率。

本发明的有益效果是：(1)利用钻井液驱动螺杆带动旋转开关旋转周期性改变流道，导致液体压力周期性变化从而使R型短节产生轴向振动，简化了机械结构，提高了工具可靠性，工具压耗较低，有效节利用钻井能量；(2)能够为钻头提供额外的具有一定频率的轴向冲击，加速钻头破岩，提高钻井机械钻速，缩短钻井周期，节省钻机租凭费用、材料和人工成本；(3)螺杆旋转振动冲击器内无弹性体，可以适用于大部分工作环境，不受化学腐蚀、温度的影响；(4)延长钻头的使用寿命，减少起下钻的次数，使用范围比较广还能增加分支井、水平井等结构井的井深。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明图1中的A-A截面图。

图3是本发明图1中的B-B截面图。

图4是本发明图1中的C-C截面图。

图5旋转开关结构示意图。

图6旋转开关结构三维示意图。

图7钻井液在R型短节流道中流动示意图。

图8钻井液在R型短节流道中流动示意图。

图9是R型流道块结构示意图

图10是V型流道块结构示意图。

图11是U型流道块结构示意图。

图12是三孔型流道块结构示意图。

图13是四孔对称型流道块结构示意图。

图14是四孔周向均匀分布型流道块结构示意图。

图中1.钻杆，2.O型密封圈，3.定子壳体，4.滤头，5.转子，6.定子橡胶，7.密封垫圈，8.旋转开关，9.振荡本体，10.卡环，11.拼环，12.内撑套，13.支撑块，14.流道块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见附图1，利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器，其特征在于：所述的利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器包括螺杆总成和振荡短节两部分，在振荡短节前端连接冲击接头，后端连接螺杆总成；所述的螺杆总成包括钻杆1、O型密封圈2、定子壳体3、滤头4、转子5、定子橡胶6，定子壳体3内壁硫化有定子橡胶6，定子橡胶6与转子5形成密封腔，转子5下端设计有内螺纹孔，定子壳体3后部安装滤头4，通过螺纹扣将钻杆连接到定子壳体3后部。

所述的振荡短节包括密封垫圈7、旋转开关8、振荡本体9、卡环10、拼环11、内撑套12、支撑块13、流道块14，旋转开关8通过螺纹与转子5连接，密封垫圈7安装在旋转开关8和转子5之间，通过锥螺纹扣型将定子壳体3和振荡本体9上部连接，将流道块14通过卡环11、拼环12和内撑套13安装到振荡本体9内部，支撑块13安放于流道块14和旋转开关8之间，当钻井液流过螺杆总成，使转子5旋转，转子5通过螺纹连接带动旋转开关8旋转，旋转开关8改变钻井液进入流道块14的形式，钻井液在流道块14的两个流体流道入口周期性变化，使液体压力产生周期性变化，产生以轴向振动为主的复合振动，通过振荡本体9将振动向前传递，作用在钻头上，从而能加快钻头破岩速度，防止卡钻，提高钻井效率。利用螺杆与多孔流道实现涡激振动的振荡器通过振荡器上端螺纹和振荡器下端螺纹分别与其它钻具相连，能够提高水平井、大位移井钻进时钻压的传递效率，减少水平段钻具前行钻进的摩擦阻力。