一種水力振蕩器閥板結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及石油開采【技術領域】內的一種便于向鉆頭有效施壓、提高鉆井效率、防止鉆具粘卡的水力振蕩器閥板結構，包括水力振蕩器，所述水力振蕩器上端與鉆桿連接，水力振蕩器包括依次密封連接的上接頭、定子、外殼和下接頭，所述定子內套設有轉子，所述轉子下端連接有閥板結構，所述閥板結構包括閥體、動閥板和定閥板，所述閥體上端通過傳動部件與轉子同步連接，所述定子與轉子之間設有便于液流通過的環(huán)空，所述閥體設有與環(huán)空連通的閥腔，所述動閥板密封嵌裝在閥腔下側內部并與閥體同步轉動，所述定閥板固定嵌裝在下接頭上端，所述動閥板與定閥板的相對面貼緊配合連接，所述動閥板與定閥板上分別設有大于半圓的扇形通道。
【專利說明】一種水力振蕩器閥板結構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油開采【技術領域】，特別涉及一種在大斜度井、水平井等復雜結構井開采中有效增加鉆頭鉆壓以提高鉆速和開采效率的水力振蕩器閥板結構。
【背景技術】
[0002]隨著我國各大油田開發(fā)大斜度井、水平井及水平分支井等復雜結構井的數(shù)量增力口，如何有效地向鉆頭施加鉆壓成為人們普遍關注的問題。目前鉆井主要通過復合鉆進和井下動力工具滑動鉆進兩種鉆進方式。由于這些復雜結構沿程水力損耗增大，井底鉆頭可用水馬力相當?shù)?，一般都是靠鉆柱自身重量向鉆頭施加鉆壓破碎巖石。然而在大斜度井、大位移井及水平井的鉆井施工中，這些傳統(tǒng)的加壓方式受到一定的限制，其存在的主要問題是:
[0003]1、由于井斜較大，鉆柱自身重量在井眼方向的分量小或近似為零，很難滿足預先設計的鉆壓；
[0004]2、水平井中，由于鉆柱自身重量對井壁的正壓力大，增大了鉆具在井壁上的摩阻，從而制約了向鉆頭上施加有效的鉆壓；
[0005]3、對于水平井，由于施工的水平段越來越長，然而在井斜大的井段施工過程中，往往會出現(xiàn)托壓、粘卡等現(xiàn)象；
[0006]4、對于復合鉆進、尤其是在井下動力工具滑動鉆進過程中，無法保證給鉆頭施加真實、有效的鉆壓，嚴重影響全井平均機械鉆速及鉆井周期。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，提供一種便于向鉆頭有效施壓、提高鉆井效率，并且有效防止鉆進過程中跳鉆、托壓和粘卡的水力振蕩器閥板結構，以便于提高大斜度井和水平井的鉆井效率。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種水力振蕩器閥板結構，包括水力振蕩器，所述水力振蕩器上端與鉆桿連接，水力振蕩器包括依次密封連接的上接頭、定子、外殼和下接頭，所述定子內套設有轉子，所述轉子下端連接有閥板結構，所述閥板結構包括閥體、動閥板和定閥板，所述閥體上端通過傳動部件與轉子同步連接，所述定子與轉子之間設有便于液流通過的環(huán)空，所述閥體設有與環(huán)空連通的閥腔，所述動閥板密封嵌裝在閥腔下側內部并與閥體同步轉動，所述定閥板固定嵌裝在下接頭上端，所述動閥板與定閥板的相對面貼緊配合連接，所述動閥板與定閥板上分別設有大于半圓的扇形通道。
[0009]本發(fā)明的水力振蕩器閥板結構，使用中，上部通過上接頭與鉆桿連接，下部通過下接頭與鉆柱及鉆頭連接，工作中，鉆桿內的高壓液體驅動轉子旋轉，并將壓液能轉換為機械能，轉子通過傳動部件帶動閥體及動閥板同步轉動，同時動閥板沿與定閥板的貼緊面轉動過程中，兩者的扇形通道相互重疊連通，其重疊面積從大向小，再從小到大周期性變化，使高壓液流的流通面積也周期性變化，使閥體上部的液流壓力周期性的變化，產(chǎn)生水力脈沖振蕩，從而實現(xiàn)對井下鉆頭的脈沖加壓，為井下鉆頭提供真實有效的加壓，以提聞鉆井效率。本發(fā)明的水力振蕩器閥板結構上部連接的鉆桿延伸至井口通過轉盤固定，下部連接的桿柱未端連接鉆頭。當動閥板與定閥板的扇形通道最大重合、過流截面為完全重合的扇形通道的截面，液流通過時壓降最小，流體的流動方向是偏向扇形開口一面的偏方向流動；由于流體偏方向運動時，在動閥板與定閥板處產(chǎn)生一個徑向分力，此時，整個鉆具、水力振蕩器及鉆柱相當于一個簡支梁，轉盤與鉆頭為簡支梁兩頭的支點，簡支梁在閥板結構的動閥板與定閥板液流通道流通面積周期變化下產(chǎn)生水力振蕩，并在徑向分力的作用下產(chǎn)生徑向彎曲變形；當動閥板與定閥板的扇形通道最小重合，過流截面積呈對稱的啞鈴形時，壓降最大，流體的流動方向是沿啞鈴開口方向對稱流動，此時，徑向分力消失鉆具、水力振蕩器及鉆柱在彈性恢復力的作用下，恢復原狀；這種周期性的變化可防止整個鉆具及鉆柱發(fā)生粘卡現(xiàn)象，同時還可防止鉆井液攜帶巖屑時的巖屑沉淀現(xiàn)象發(fā)生。
[0010]為保證動閥板與定閥板貼緊面的緊密配合，所述動閥板與定閥板的配合貼緊面為光滑的鏡面。
[0011]為提高動閥板與定閥板的耐磨性能，所述動閥板與定閥板的材質為YG8硬質合金。
[0012]為保證水力脈沖振蕩的強度，所述轉子與定子環(huán)空的流通截面積為S，所述扇形通道的截面積也為S。
[0013]為便于實現(xiàn)轉子與閥體的傳動連接，所述轉子偏心設置于定子內，所述傳動部件包括轉子下端外殼內依次連接的萬向軸上接頭、萬向軸和萬向軸傳動桿，所述萬向軸傳動桿下端外周與外殼通過滑動軸承部件滑動密封連接，所述外殼下端內壁與下接頭螺紋密封連接，所述萬向軸傳動桿下端與閥體通過花鍵傳動連接。
[0014]為便于實現(xiàn)轉子的偏心復合運動保證液壓扭矩的傳遞，所述轉子的外周軸向呈螺旋形，徑向截面呈花瓣形，所述定子內壁的軸向呈中心對稱的波浪形，徑向截面呈與轉子瓣形相同的花瓣形，所述轉子相對定子偏心設置并且當轉子自轉及繞定子中心公轉時與定子的波浪形內壁互不干涉，所述轉子下端與萬向軸上接頭上端螺紋密封連接。
[0015]為便于實現(xiàn)上部的偏心復心運動轉變?yōu)橄虏康耐倪\動，所述滑動軸承部件包括與外殼內壁固定套裝的滑動靜軸承和固定套裝在萬向軸傳動桿下部外周并與滑動靜軸承滑動配合連接的滑動動軸承，所述滑動靜軸承內壁固定設有與滑動動軸承配合的耐磨套，所述滑動靜軸承與外殼配合連接面間設有密封圈。
[0016]為便于萬向軸的傳動連接，所述萬向軸與萬向軸上接頭和萬向軸傳動桿間分別通過萬向節(jié)連接。
[0017]為便于扭矩傳遞，所述閥體上端向上延伸入萬向軸傳動桿內并通過配合設置的導向耐磨環(huán)往復滑動連接，所述閥體下部外周與萬向軸傳動桿下部通過配合設置的花鍵傳動連接。
[0018]因此本發(fā)明的水力振蕩器閥板結構有如下的有益效果:
[0019]1、通過水力振蕩器的閥板結構，將液壓能轉化為機械能，并使液流通道截面積的周期變化，產(chǎn)生水力脈沖，并在加壓過程中使鉆具及鉆柱產(chǎn)生往復彈性位移，避免大斜度井、水平井鉆壓受重力分力、浮力和摩擦阻力的影響從而獲得真實、穩(wěn)定的鉆壓。
[0020]2、液流通道周期變化過程中，對鉆具及鉆頭實現(xiàn)水力脈沖加壓，并使鉆具及鉆柱在動閥板與定閥板的連接處產(chǎn)生周期的徑向彎曲變形，防止鉆具及鉆柱發(fā)生粘卡現(xiàn)象。
[0021 ] 3、水力脈沖振蕩過程中，可有效緩解鉆具產(chǎn)生的橫向和縱向振動，從而減少鉆具的疲勞破壞，延長鉆具和鉆頭的使用壽命。
[0022]4、水力脈沖振蕩過程中，可以減少鉆具及鉆柱摩阻，防止托壓。
[0023]5、水力脈沖振蕩過程中，可以防止發(fā)生跳鉆，提高機械鉆速。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為配有本發(fā)明的水力振蕩器閥板結構的水力振蕩器結構圖。
[0025]圖2為圖1中I段的局部放大圖。
[0026]圖3為閥板結構的中動閥板與定閥板的扇形通道重疊面積最小時的示意圖。
[0027]圖4為圖3中的A— A向剖面圖。
[0028]圖5為閥板結構的中動閥板與定閥板的扇形通道重疊面積最大時的示意圖。
[0029]圖6為圖5中的B— B向剖面圖。
[0030]圖7為動閥板和動閥板的結構圖。
[0031]圖8為圖1中的C—C剖面圖。
[0032]圖9為動閥板與定閥板扇形通道重疊面積最大時整個鉆具、水力振蕩器和鉆柱組成的簡支梁示意圖。
[0033]圖10為圖9中II處的局部放大圖。
[0034]圖11為動閥板與定閥板扇形通道重置面積最小時整個鉆具、水力振蕩器和鉆柱組成的簡支梁示意圖。
[0035]圖12為圖11中III處的局部放大圖。
[0036]其中，I上接頭；2定子；3轉子；4萬向軸上接頭；5外殼；6萬向軸；7萬向軸傳動桿；8滑動靜軸承；8a耐磨套；9滑動動軸承；10閥體；11動閥板；12定閥板；13下接頭；14密封圈；15導向耐磨環(huán)；16鉆桿；17轉盤；18鉆柱；19鉆頭。
【具體實施方式】
[0037]如圖1一圖12為本發(fā)明的水力振蕩器閥板結構，包括水力振蕩器，水力振蕩器上端與鉆桿連接，水力振蕩器包括依次密封連接的上接頭1、定子2、外殼5和下接頭13，定子2內套設有轉子3，轉子3下端連接有閥板結構，閥板結構包括閥體10、動閥板11和定閥板12，閥體10上端通過傳動部件與轉子3同步連接，定子2與轉子3之間設有便于液流通過的環(huán)空，閥體10設有與環(huán)空連通的閥腔，動閥板11密封嵌裝在閥腔下側內部并與閥體10同步轉動，定閥板12固定嵌裝在下接頭13上端，動閥板11與定閥板12的相對面貼緊配合連接，并且動閥板與定閥板的配合貼緊面為光滑的鏡面，動閥板11與定閥板12上分別設有大于半圓的扇形通道；為提高動閥板11與定閥板12的耐磨性能，動閥板11與定閥板12的材質為YG8硬質合金；轉子3與定子2環(huán)空的流通截面積為S，扇形通道的截面積也為S。
[0038]為便于實現(xiàn)轉子3與閥體的傳動連接，轉子3偏心設置于定子2內，傳動部件包括轉子3下端外殼內5依次連接的萬向軸上接頭4、萬向軸6和萬向軸傳動桿7，萬向軸傳動桿7下端外周與外殼5通過滑動軸承部件滑動密封連接，外殼5下端內壁與下接頭13螺紋密封連接，萬向軸傳動桿7下端與閥體10通過花鍵傳動連接；轉子3的外周軸向呈螺旋形，如圖8所示，徑向截面呈花瓣形，定子2內壁的軸向呈中心對稱的波浪形，徑向截面呈與轉子3瓣形相同的花瓣形，轉子3相對定子2偏心設置并且當轉子3自轉及繞定子2中心公轉時與定子2的波浪形內壁互不干涉，轉子3下端與萬向軸上接頭4上端螺紋密封連接；為便于實現(xiàn)上部的偏心復心運動轉變?yōu)橄虏康耐倪\動，如圖2所示，滑動軸承部件包括與外殼5內壁固定套裝的滑動靜軸承8和固定套裝在萬向軸傳動桿7下部外周并與滑動靜軸承8滑動配合連接的滑動動軸承9，滑動靜軸承8內壁固定設有與滑動動軸承9配合的耐磨套，滑動靜軸承8與外殼8配合連接面間設有密封圈14 ;為便于萬向軸6的傳動連接，萬向軸6與萬向軸上接頭4和萬向軸傳動桿6間分別通過萬向節(jié)連接；為便于扭矩傳遞，閥體10上端向上延伸入萬向軸傳動桿7內并通過配合設置的導向耐磨環(huán)IOa往復滑動連接，閥體10下部外周與萬向軸傳動桿7下部通過配合設置的花鍵傳動連接。
[0039]本發(fā)明的水力振蕩器閥板結構，使用中，如圖9一圖12所示，上部通過上接頭I與鉆桿16連接，井口設有用于固定鉆桿16的轉盤17，下部通過下接頭13與鉆柱1820及鉆頭19連接，工作中，鉆桿16內的高壓液體在螺旋液壓的驅動作用下自轉的同時繞定子中心公轉將壓液能轉換為機械能，轉子3依次驅動萬向軸上接頭4、萬向軸6和萬向軸傳動桿6轉動,并通過滑動軸承部件將上部的偏心復合運動轉變同心運動,萬向軸傳動桿7帶動閥體10及動閥板11轉動，動閥板11沿與定閥板12的貼緊面轉動過程中，兩者的扇形通道相互重疊連通，其重疊面積從大向小，再從小到大周期性變化，使高壓液流的流通面積也周期性變化，使閥體10上部的液流壓力周期性的變化，產(chǎn)生水力脈沖振蕩，從而實現(xiàn)對井下鉆頭實現(xiàn)脈沖加壓，為井下鉆頭提供真實有效的加壓，并可防止鉆進過程中發(fā)生托壓、跳鉆現(xiàn)象，提高鉆速及鉆井效率、延長鉆具的使用壽命。當動閥板11與定閥板12扇形通道最大重合、過流截面為完全重合的扇形通道，液流通過時壓降最小，流體的流動方向是偏向扇形開口一面的偏方向流動；由于流體偏方向運動時，在動閥板11與定閥板12處產(chǎn)生一個徑向分力，此時，整個鉆桿17、水力振蕩器及鉆柱18相當于一個簡支梁，轉盤16、鉆頭19為簡支梁兩頭的支點，簡支梁在閥板結構的動閥板11與定閥板12液流通道流通面積周期變化下產(chǎn)生水力振蕩，并在徑向分力的作用下產(chǎn)生徑向彎曲變形；當動閥板11與定閥板12的扇形通道最小重合，過流截面積成對稱的啞鈴形時，壓降最大，流體的流動方向是沿啞鈴開口方向對稱流動，此時，徑向分力消失鉆具、水力振蕩器及鉆桿在彈性恢復力的作用下，恢復原狀；這種周期性的變化可防止整個鉆桿17及鉆柱18發(fā)生粘卡現(xiàn)象，同時還可防止鉆井液攜帶巖屑時的巖屑沉淀現(xiàn)象發(fā)生。
[0040]本發(fā)明并不局限于上述實施例，凡是在本發(fā)明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據(jù)所公開的技術內容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種水力振蕩器閥板結構，包括水力振蕩器，所述水力振蕩器上端與鉆桿連接，水力振蕩器包括依次密封連接的上接頭、定子、外殼和下接頭，所述定子內套設有轉子，其特征在于，所述轉子下端連接有閥板結構，所述閥板結構包括閥體、動閥板和定閥板，所述閥體上端通過傳動部件與轉子同步連接，所述定子與轉子之間設有便于液流通過的環(huán)空，所述閥體設有與環(huán)空連通的閥腔，所述動閥板密封嵌裝在閥腔下側內部并與閥體同步轉動，所述定閥板固定嵌裝在下接頭上端，所述動閥板與定閥板的相對面貼緊配合連接，所述動閥板與定閥板上分別設有大于半圓的扇形通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述動閥板與定閥板的配合貼緊面為光滑的鏡面。
3.根據(jù)權利要求1所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述動閥板與定閥板的材質為YG8硬質合金。
4.根據(jù)權利要求1所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述轉子與定子環(huán)空的流通截面積為S，所述扇形通道的截面積也為S。
5.根據(jù)權利要求1所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述轉子偏心設置于定子內，所述傳動部件包括轉子下端外殼內依次連接的萬向軸上接頭、萬向軸和萬向軸傳動桿，所述萬向軸傳動桿下端外周與外殼通過滑動軸承部件滑動密封連接，所述外殼下端內壁與下接頭螺紋密封連接，所述萬向軸傳動桿下端與閥體通過花鍵傳動連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述轉子的外周軸向呈螺旋形，徑向截面呈花瓣形，所述定子內壁的軸向呈中心對稱的波浪形，徑向截面呈與轉子瓣形相同的花瓣形，所述轉子相對定子偏心設置并且當轉子自轉及繞定子中心公轉時與定子的波浪形內壁互不干涉，所述轉子下端與萬向軸上接頭上端螺紋密封連接。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述滑動軸承部件包括與外殼內壁固定套裝的滑動靜軸承和固定套裝在萬向軸傳動桿下部外周并與滑動靜軸承滑動配合連接的滑動動軸承，所述滑動靜軸承內壁固定設有與滑動動軸承配合的耐磨套，所述滑動靜軸承與外殼配合連接面間設有密封圈。
8.根據(jù)權利要求5或6所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述萬向軸與萬向軸上接頭和萬向軸傳動桿間分別通過萬向節(jié)連接。
9.根據(jù)權利要求5或6所述的水力振蕩器閥板結構，其特征在于，所述閥體上端向上延伸入萬向軸傳動桿內并通過配合設置的導向耐磨環(huán)往復滑動連接，所述閥體下部外周與萬向軸傳動桿下部通過配合設置的花鍵傳動連接。
【文檔編號】E21B28/00GK203403820SQ201320435878
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權日:2013年7月22日
【發(fā)明者】祝兆清, 常青忠, 王端癢 申請人:揚州天業(yè)石油機械有限公司