一種可調(diào)振幅的水力脈沖發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油天然氣鉆井、修井作業(yè)工具領(lǐng)域，尤其是一種可調(diào)振幅的水力脈沖發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石油、天然氣勘探開(kāi)發(fā)鉆井過(guò)程中摩阻成為制約鉆井發(fā)展、限制鉆井水平段施工長(zhǎng)度的主要因素。水力脈沖軸向振蕩減阻工具可以通過(guò)在井眼內(nèi)向上振蕩鉆具從而使鉆具與井壁間靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦來(lái)降低摩擦力實(shí)現(xiàn)鉆壓的準(zhǔn)確傳遞。
[0003]然而在上述工具實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于水力脈沖減阻鉆井，如何提高水力脈沖軸向振蕩減阻工具的振蕩力一直困擾現(xiàn)場(chǎng)施工人員，目前普遍采取的盤(pán)閥偏心結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用橢圓孔的形式進(jìn)行改變過(guò)流面積進(jìn)而產(chǎn)生脈沖壓力，如在專利公開(kāi)號(hào)CN202883880U中敘述的一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的鉆柱軸向振蕩減阻工具，該種類型工具結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求來(lái)調(diào)節(jié)水力脈沖的振幅，僅能夠在小范圍幅度內(nèi)調(diào)整水力脈沖振幅，使的該種類型工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)效果有限，無(wú)法更大范圍有效破除鉆具與井壁間的摩阻，振蕩鉆具的長(zhǎng)度非常有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種可調(diào)振幅的水力脈沖發(fā)生裝置，用于提高水力脈沖軸向振蕩減阻工具在用于大位移井鉆井過(guò)程中通過(guò)自身產(chǎn)生的縱向振蕩的振幅，從而來(lái)大幅度減少井下鉆具組合與井眼之間摩阻，使鉆壓準(zhǔn)確有效的傳遞到鉆頭上。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種可調(diào)振幅的水力脈沖發(fā)生裝置，由螺桿馬達(dá)與水力脈沖閥組短節(jié)兩部分構(gòu)成，螺桿馬達(dá)包括定子總成3和轉(zhuǎn)子4，其特征在于:水力脈沖閥組短節(jié)包括過(guò)水接頭5、動(dòng)閥6、彈簧7、襯套8、定閥9、壓緊接頭10和下接頭11 ;其中，過(guò)水接頭5連接在轉(zhuǎn)子4的下部，動(dòng)閥6套裝在過(guò)水接頭5下部，過(guò)水接頭5與動(dòng)閥6之間裝配有彈簧7，通過(guò)彈簧7使動(dòng)閥6與定閥9緊密結(jié)合，動(dòng)閥6與定閥9的中心流道孔在其結(jié)合面上構(gòu)成偏心孔配合；襯套8裝配在定子總成3與動(dòng)閥6環(huán)形空間內(nèi)，襯套8具有跑道形狀的截面；定閥9與定子總成3固定；下接頭11連接在定子總成3下部，并通過(guò)壓緊接頭10將定閥9限定在定子總成3內(nèi)；所述馬達(dá)為1:2螺桿馬達(dá)，轉(zhuǎn)子4中心為偏心結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)子4沿襯套8截面的長(zhǎng)軸方向作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0007]上述方案進(jìn)一步包括:
[0008]動(dòng)閥6中心流道孔為偏心孔，且滿足動(dòng)閥6中心孔偏心方向在轉(zhuǎn)子4往復(fù)擺動(dòng)的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡中心上。
[0009]定閥9中心流道孔為偏心孔，且滿足定閥9中心孔偏心方向在轉(zhuǎn)子4往復(fù)擺動(dòng)的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡中心上。
[0010]定閥9通過(guò)定向鍵12軸向鎖定在定子總成3內(nèi)。
[0011 ] 所述螺桿馬達(dá)還包括檔板2，檔板2設(shè)置在定子總成3上部通過(guò)螺紋與定子總成3相連后對(duì)轉(zhuǎn)子4進(jìn)行軸向限位。
[0012]所述壓緊接頭10和下接頭11為一體結(jié)構(gòu)；在定子總成3上連接有上接頭I。
[0013]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理:根據(jù)容積式鉆井液?jiǎn)晤^馬達(dá)(即I '2馬達(dá))的運(yùn)動(dòng)特性來(lái)看，在任意截面上，該截面上的螺桿截面中心沿襯套截面的長(zhǎng)軸方向作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且所作的運(yùn)動(dòng)范圍一定在定子內(nèi)腔跑道型的有效截面內(nèi)。并且轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔作偏心距為e的行星運(yùn)動(dòng)，即既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在1:2結(jié)構(gòu)馬達(dá)下，公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速比為1:1，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速由鉆井泥漿和馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量共同決定。在螺桿一襯套副的任意斷面上，螺桿轉(zhuǎn)子斷面中心位于襯套斷面的長(zhǎng)軸上；隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿轉(zhuǎn)子斷面中心沿襯套斷面的長(zhǎng)軸方向作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0014]利用上述的轉(zhuǎn)子在定子的截面上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將轉(zhuǎn)子下部聯(lián)接的動(dòng)閥與固定在定子總成內(nèi)的定閥偏心配合，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，動(dòng)閥在定閥上做來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且隨著運(yùn)動(dòng)位置的變化，兩者形成的過(guò)流面積在不斷的變化，最大面積為兩者通孔重合時(shí)，即轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)到定子的通孔處；最小面積為兩者剛好偏移至最遠(yuǎn)處，即處于跑道型截面的另外一端。由于過(guò)流面積的不斷變化，從而形成流體在此處的壓力降不斷的變化，從而形成軸向壓力振蕩。
[0015]綜上，振蕩發(fā)生機(jī)構(gòu)是一個(gè)動(dòng)閥和一個(gè)固定閥組成，動(dòng)閥與正容積式鉆井液馬達(dá)的轉(zhuǎn)子相連，定閥固定在接頭的底部，由于為1:2的定轉(zhuǎn)子比配置，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)閥作近線性的前后掃動(dòng)，動(dòng)閥在定閥上方掃動(dòng)的過(guò)程中會(huì)周期性地對(duì)流道產(chǎn)生限制，總的流道面積將在最大與最小之間產(chǎn)生變化，從而在鉆柱內(nèi)產(chǎn)生希望的壓力脈沖。
[0016]振幅的調(diào)整通過(guò)以下結(jié)構(gòu)的限位方式實(shí)現(xiàn):
[0017]將定閥的中心孔相對(duì)定閥截面中心偏移一個(gè)位置，定閥中心孔偏心距為el，當(dāng)el=e (轉(zhuǎn)子偏心距)，且偏移的方向剛好在轉(zhuǎn)子往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡中心上時(shí)(定閥中心孔偏移位置在轉(zhuǎn)子往復(fù)擺動(dòng)長(zhǎng)軸上)，這種結(jié)構(gòu)方案是轉(zhuǎn)子帶動(dòng)動(dòng)閥每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，在動(dòng)閥上只做一次來(lái)回運(yùn)動(dòng)，最大最小面積僅變化一次，引起軸向振蕩一次。此時(shí)產(chǎn)生的水力脈沖最大，能夠產(chǎn)生的水力脈沖振蕩比無(wú)論哪種其他橢圓偏心結(jié)構(gòu)或者其他偏心結(jié)構(gòu)均大，且不會(huì)產(chǎn)生截流效應(yīng)，產(chǎn)生憋泵問(wèn)題。通過(guò)調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)子偏心距e，或者調(diào)整定閥的中心孔偏心距el的大小(一般使el < e)，能夠產(chǎn)生任意需要的水力脈沖振幅大小。
[0018]上述結(jié)構(gòu)調(diào)整方式還可以通過(guò)調(diào)整動(dòng)閥中心孔偏心距e2來(lái)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)閥中心孔e2的偏心方向也在轉(zhuǎn)子往復(fù)擺動(dòng)的定子橡膠內(nèi)橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡中心上。
[0019]本實(shí)用新型的可調(diào)振幅的水力脈沖發(fā)生裝置應(yīng)用于水力振蕩工具的下部，通過(guò)產(chǎn)生的大幅度水力脈沖反饋至振蕩短節(jié)內(nèi)部的響應(yīng)活塞上，產(chǎn)生相應(yīng)的振蕩力，振蕩力的大小與水力脈沖振幅成正比關(guān)系，通過(guò)調(diào)整增大水力脈沖振幅，可以提高馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的鉆柱軸向振蕩減阻工具振蕩力，突破大位移井的鉆進(jìn)深度的限制，使大位移井的靶點(diǎn)更遠(yuǎn)，用最簡(jiǎn)單有效的方式加強(qiáng)動(dòng)力鉆具各方面的性能。
[0020]本實(shí)用新型通過(guò)利用螺桿的公轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)閥與定閥之間的往復(fù)擺動(dòng)；定閥與動(dòng)閥之間無(wú)串動(dòng)，定閥始終直接貼在動(dòng)閥上；動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，偏心與轉(zhuǎn)子的偏心一致，利用馬達(dá)的偏心來(lái)提供盤(pán)閥面積的變化，偏心越大，盤(pán)閥面積變化越大，通過(guò)偏心變化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生可調(diào)振幅的水力脈沖；動(dòng)閥、定閥直接在定子殼體下端，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閥件少，成本低，穩(wěn)定可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為可調(diào)振幅水力脈沖發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為水力脈沖閥組短節(jié)示意圖；
[0023]圖3為可調(diào)振幅水力脈沖發(fā)生裝置E-E剖面示意圖；
[0024]圖4為襯套斷面結(jié)