[发明专利]螺杆式负压脉冲水力振荡器

说明书

本发明公开了一种用于石油钻井等领域中的具有促进排屑功能的水力振荡器。其技术方案是：上接头、定子外壳、万向轴外壳、轴承支撑短节、下接头依次通过螺纹连接；动力总成包括上接头、转子压紧帽、螺杆转子、橡胶定子和定子外壳；螺杆转子、万向轴和传动轴依次通过螺纹连接；阀门总成包括过流传动轴、凸轮系统、喷嘴、弹簧系统和下接头，过流传动轴和凸轮座通过螺纹连接，凸轮通过螺钉固定在凸轮座上，阀芯通过键槽与下接头配合；凸轮系统将螺杆马达的旋转运动转化为阀芯的轴向运动，从而实现阀门的开闭。本发明可有效减小水平井、大位移井下部钻具与井壁的摩阻力，能提高钻井液携岩能力，在提高钻井效率的同时，可避免粘卡等井下事故。

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

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(如超深井)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，使螺杆产生的轴向力不会传递给阀芯，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，设计一种新型螺杆式负压脉冲水力振荡器。

螺杆式负压脉冲水力振荡器，由上接头、转子压紧帽、定子外壳、螺杆转子、橡胶定子、万向轴、万向轴壳体、传动轴、过流传动轴、O型密封圈A、止推轴承、O型密封圈B、轴承支撑短节、凸轮座、定位螺钉、凸轮、滚子、阀芯、喷嘴、O型密封圈C、弹簧座、弹簧、下接头组成，其特征在于上接头、定子外壳、万向轴外壳、轴承支撑短节、下接头依次通过螺纹连接；转子压紧帽位于定子外壳内部，上接头和螺杆转子之间，转子压紧帽与定子外壳采用过盈配合，用于限定转子的轴向运动；橡胶定子浇注在定子外壳内部，表面呈内螺旋形，与螺杆转子配合，螺杆转子头数与橡胶定子头数之比为3:4；螺杆转子、万向轴、传动轴、过流传动轴和凸轮座依次通过螺纹连接；过流传动轴与轴承支撑短节之间采用间隙配合；O型密封圈A和O型密封圈B位于过流传动轴和轴承支撑短节之间，用于对轴承的密封；凸轮与凸轮座通过定位螺钉相连接；滚子被安装在阀芯上端凸起的外侧，滚子外圆与凸轮曲面接触；阀芯中部沿其径向方向上开有两个相隔180°的圆孔，阀芯上端设有两个相隔180°的凸起结构，并在其径向方向上开有两个圆孔，圆孔与滚子轴配合，阀芯下端开有滑动键槽，并通过滑动键槽与下接头配合，实现其周向定位；下接头的中部径向方向上开有了两个相互间隔180°的通孔，通孔内设有螺纹，下接头内壁开有与阀芯配合的滑动键槽；喷嘴外部设有螺纹，内孔为正六边形，并通过螺纹与下接头上的径向孔配合；弹簧座位于阀芯下端，其上表面与阀芯下端接触，弹簧座大端下表面与弹簧接触，被弹簧托起，弹簧座大端开有滑动键槽，弹簧座通过键槽与下接头配合，实现其周向定位，弹簧座小端径向方向上开有6个相互间隔180°的长孔；弹簧位于弹簧座和下接头之间。