[发明专利]一种三维振动水力振荡器

摘要

本发明涉及一种三维振动水力振荡器，属石油开采设备技术领域。该振荡器包括中心管、上接头、下接头、涡轮主轴、转子轴和调整接头。中心管的一端装有上接头，中心管的另一端装有下接头；中心管内通过对称设置的扶正轴承A和扶正轴承B安装有涡轮主轴，扶正轴承B一侧的涡轮主轴上装有推力轴承，推力轴承一侧的涡轮主轴上装有分流套和限流套。该振荡器可使管柱产生高频径向与轴向振动，使静摩擦变为动摩擦，有效减小管柱外壁与井壁的摩擦系数，使得钻头处能获得有效钻压，从而避免避免水平井及大斜度井的加压中因重力分力、浮力和摩擦力影响而造成的假加压问题。

主权项

1.一种三维振动水力振荡器，包括中心管（1）、上接头（2）、下接头（3）、涡轮主轴（4）、转子轴（5）和调整接头（6），其特征在于：中心管（1）的一端螺纹安装有上接头（2），中心管（1）的另一端通过调整接头（6）安装有下接头（3）；调整接头（6）分别与中心管（1）和下接头（3）螺纹连接；中心管（1）内通过对称设置的扶正轴承A（7）和扶正轴承B（8）安装有涡轮主轴（4），涡轮主轴（4）为变径轴，涡轮主轴（4）的上端面设置有一字型槽（24），涡轮主轴（4）的中间部位径向均布有通孔（13）；扶正轴承A（7）和扶正轴承B（8）之间的涡轮主轴（4）上装有涡轮组（9），涡轮组（9）的定子和转子分别与中心管（1）和涡轮主轴（4）过度配合进行连接与固定；扶正轴承B（8）一侧的涡轮主轴（4）上通过对称设置的隔环A（10）和隔环B（11）装有推力轴承（12），推力轴承（12）一侧的涡轮主轴（4）上装有分流套（14）和限流套（15）；限流套（15）与通孔（13）对应，限流套（15）与涡轮主轴（4）、分流套（14）之间设置有间隙；下接头（3）内通过扶正轴承C（16）安装有转子轴（5），转子轴（5）上设置有凸台（20）和键槽；转子轴（5）与涡轮主轴（4）螺纹连接；扶正轴承C（16）一侧的转子轴（5）上通过螺母（17）和连接键（18）安装有偏心转子（19），扶正轴承A（7）、扶正轴承B（8）、扶正轴承C（16）和推力轴承（12）共同保证涡轮主轴（4）和转子轴（5）自由转动，并且不产生轴向和径向位移；偏心转子（19）转动时可产生径向离心力使其产生径向振动，从而引起管柱产生共震；扶正轴承C（16）另一侧的转子轴（5）上螺纹安装有动阀（21），动阀（21）一侧的下接头（3）上螺纹安装有定阀（22）；动阀（21）和定阀（22）上分别设置有偏心流道（23）；动阀（21）和定阀（22）的端面之间相互接触但是不影响相对滑动；动阀（21）和定阀（22）的偏心流道（23）的偏心距一样；当动阀（21）转动时，动阀（21）的偏心流道（23）与定阀（22）的偏心流道（23）周期性重合与分离，即液体的过流面积周期性变化，当定阀（22）的偏心流道（23）与动阀（21）的偏心流道（23）相位相差180度时，过流面积最小，此时转子轴（5）内流道将产生憋压，进而产生轴向冲击力使管柱轴向振动；三维振动水力振荡器的工作过程为：1）、钻井液经过上接头（2）的流道进入涡轮组（9）并驱动其旋转从而带动涡轮主轴（4）旋转；2）、流出涡轮组（9）的钻井液大部分在限流套（15）和通孔（13）的作用下流进涡轮主轴（4）内部的流道，少部分钻井液经限流套（15）与分流套（14）之间的间隙流道进入推力轴承（12），以润滑轴承；3）、转子轴（5）在涡轮主轴（4）的作用下高速转动从而带动偏心转子（19）转动，4）、由于偏心转子（19）组的质量大，转速高，于是产生较大的径向离心力；该离心力将引起高频的径向振动，并引起上下管柱或钻具组合的径向振动；5）、与此同时，动阀（21）随转子轴（5）转动，动阀（21）的转动会使液体的过流面积产生周期性变化，当过流面积达到最低时，转子轴（5 ）内部将会产生憋压引起的较大轴向冲击力使管柱产生轴向振动；6）、在径向振动和轴向振动的作用下，管柱与井壁的接触情况发生改变，由静摩擦转变为动摩擦，从而有效减小管柱外壁与井壁的摩擦系数，使得钻头处能获得有效钻压，避免了水平井及大斜度井的加压中因重力分力、浮力和摩擦力影响而造成的假加压问题。