一種開關式鑽井用水力振蕩器的製作方法
2023-12-09 19:31:11 1
本發明涉及一種鑽井用水力振蕩器,尤其涉及一種開關式鑽井用水力振蕩器。
背景技術:
在石油開採中,由於水平井、水平分支井、以及大位移井能夠幫助油田實現增產,近幾年在各大油田越來越多地應用到鑽井中。在這類井的鑽進過程中,由於管柱與井壁接觸後存在較大的摩擦阻力,一旦摩阻過大,管柱會發生正弦彎曲或者螺旋屈曲,嚴重造成卡鑽,進而影響鑽進速度,降低鑽井效率。
為提高鑽進速度和鑽井效率,目前國內外發明了多種振蕩器,如:nov水力振蕩器、水力脈衝誘發振動鑽井工具、軸向水力振蕩器、徑向水力振蕩器等。上述振蕩器都是通過產生周期變化的軸向力,形成振蕩效果,將管柱與井壁之間的摩擦由靜摩擦力轉換為動摩擦力,達到減摩的目的。但是,現有振蕩器有以下缺點:自身壓耗偏大,對鑽井泵要求較高;並且大多振蕩器具有運動部件,衝蝕較為嚴重,壽命短;在另一方面,垂直井段的鑽進過程中,由於管柱與井壁摩擦阻力不大,振蕩器的使用會消耗鑽井泵的能量;在水平段或造斜段的鑽進過程中,管柱與井壁蕩器之間的摩阻較大,此時需要使用振蕩器。而現有振蕩器沒有開關,一旦運行,除非停泵,否則不能關斷。
技術實現要素:
本發明的目的在於:提供一種可根據需求決定是否需要水力振蕩器工作,且使用壽命長,適應性較好,振蕩頻率低,且具有開關功能的開關式鑽井用水力振蕩器。
本發明的技術方案是:
一種開關式鑽井用水力振蕩器,包括外殼、開關筒、切換筒、彈簧壓筒和振蕩件;其特徵在於:外殼內裝有開關筒;開關筒的一端設置有切換筒,切換筒的一端活動插裝在開關筒內,開關筒上設置有切換銷釘,切換銷釘與插裝在開關筒內的切換筒滑動連接;開關筒外端的切換筒和切換筒上套裝有彈簧壓筒;開關筒的另一端設置有振蕩件,振蕩件一側的切換筒上設置有推力球軸承b,振蕩件與外殼之間鍵連接。
所述的開關筒上設置有開關筒凸緣,開關筒凸緣一側的開關筒上對稱設置有銷釘孔;開關筒凸緣另一側的開關筒中心孔為斜孔;所述的開關筒上裝有彈簧。
所述的振蕩件由振蕩筒和振蕩體構成,振蕩體和振蕩筒呈上下狀設置;振蕩體的截面呈半圓形,振蕩筒的截面呈c型;振蕩筒和振蕩體之間緊密接觸連接。
所述的振蕩體上設置有平行鍵,平行鍵一側的振蕩體上設置有進孔凹槽,進孔凹槽上設置有流體進孔,平行鍵另一側的振蕩體上設置有出孔凹槽,出孔凹槽上設置有流體出孔。
所述的振蕩體內設置有流體腔,流體腔與流體出孔連通,流體腔一側的振蕩體內設置有切換流道,切換流道的一端與流體腔連通,切換流道的另一端與流體進孔連通。
所述的切換流道呈y字形。
所述的流體進孔外圍的振蕩體內設置有循環反饋流道,循環反饋流道與切換流道連通。
所述的切換流道外側的振蕩體內設置有反饋流道,反饋流道的一端與循環反饋流道連通;反饋流道的另一端與流體腔連通。
所述的切換筒與彈簧壓筒之間設置有推力球軸承a。
所述的切換筒上設置有切換筒凸緣,切換筒凸緣一側的切換筒截面呈橢圓,切換筒凸緣另一側的切換筒圓周上設置有切換凹槽。
所述的切換凹槽呈m字型。
本發明的有益效果在於:
該開關式鑽井用水力振蕩器,通過開關筒控制流體流入振蕩件,實現振蕩件的開、關狀態的切換,開關筒可以由流體流量進行控制,當流量達不到開關所需流量時,開關不會開啟或關閉,不存在開和關的中間狀態,流體流經振蕩件部分時,經過射流換向後,形成漩渦,背壓逐漸增大,達到最大時,流體自動換向,再次形成漩渦,在漩渦重複形成的過程中,背壓實現周期性的變化,實現工具振蕩效果。該鑽井用水力振蕩器的振蕩件部分沒有任何運動部件,且未一直處於工作狀態,因此使用壽命長,同時用于振蕩頻率低,不影響井下脈衝信號的採集。解決了現有振蕩器沒有開關,一旦運行,除非停泵,否則不能關斷的問題;對提高鑽進速度和鑽井效率具有積極意義。
附圖說明
圖1為本發明去掉殼體後的結構示意圖;
圖2為本發明的剖視結構示意圖;
圖3為本發明的開關筒的結構示意圖;
圖4為本發明的切換筒的結構示意圖;
圖5為本發明的彈簧壓筒的結構示意圖;
圖6為本發明的振蕩體的結構示意圖;
圖7為本發明的振蕩體的側視結構示意圖;
圖8為圖7的b-b向截面結構示意圖;
圖9為本發明的振蕩筒的結構示意圖;
圖10為本發明的切換凹槽的展開示意圖;
圖11為本發明的振蕩體的工作示意圖。
圖中:1、外殼,2、開關筒,3、切換筒,4、彈簧壓筒,5、振蕩件,6、銷釘孔,7、切換筒凸緣,8、切換凹槽,9、切換銷釘,10、推力球軸承a,11、彈簧,12、開關筒凸緣,13、推力球軸承b,14、振蕩筒,15、振蕩體,16、平行鍵,17、進孔凹槽,18、流體進孔,19、出孔凹槽,20、流體出孔,21、流體腔,22、切換流道,23、循環反饋流道,24、反饋流道。
具體實施方式
該開關式鑽井用水力振蕩器包括外殼1、開關筒2、切換筒3、彈簧壓筒4和振蕩件5;外殼1內裝有開關筒2;開關筒2圓周上設置有開關筒凸緣12,開關筒凸緣12一側的開關筒2上對稱設置有銷釘孔6;開關筒凸緣12另一側的開關筒2的中心孔為斜孔。開關筒2的一端設置有切換筒3。切換筒3上設置有切換筒凸緣7,切換筒凸緣7一側的切換筒2截面呈橢圓形,切換筒凸緣7另一側的切換筒3圓周上設置有切換凹槽8。切換凹槽8由豎直槽和波浪槽構成,切換凹槽8呈m字型。
切換筒3的一端活動插裝在開關筒2內,開關筒2上通過銷釘孔6設置有切換銷釘9,切換銷釘9與插裝在開關筒2內切換筒3的切換凹槽8滑動連接。開關筒2外端的切換筒3和開關筒2上套裝有彈簧壓筒4;切換筒3的切換筒凸緣7與彈簧壓筒4的一端端頭之間設置有推力球軸承a10。彈簧壓筒4的另一端端頭與開關筒凸緣12之間的開關筒2上裝有彈簧11。
開關筒2的另一端設置有振蕩件5,振蕩件5一側的切換筒2上設置有推力球軸承b13。該開關式鑽井用水力振蕩器的振蕩件5由振蕩筒14和振蕩體15構成,振蕩體15和振蕩筒14呈上下狀設置;振蕩體15的截面呈半圓形,振蕩筒14的截面呈c型;振蕩筒14和振蕩體15之間緊密接觸連接。
振蕩體15上設置有平行鍵16,與平行鍵16對應的外殼1內壁上設置有平行鍵槽;振蕩體15與外殼1之間通過平行鍵16與平行鍵槽的配合鍵連接。工作過程中在平行鍵16的作用下振蕩筒14和振蕩體15固定不旋轉。
平行鍵16一側的振蕩體15上設置有進孔凹槽17,進孔凹槽17上設置有流體進孔18,平行鍵16另一側的振蕩體15上設置有出孔凹槽19,出孔凹槽19上設置有流體出孔20。
振蕩體15內設置有流體腔21,流體腔21與流體出孔20連通,流體腔21一側的振蕩體15內設置有呈y字形的切換流道22,切換流道22的一端與流體腔21連通,切換流道22的另一端與流體進孔18連通。
流體進孔18外圍的振蕩體15內設置有循環反饋流道23,循環反饋流道23與切換流道22連通。切換流道22外側的振蕩體15內設置有反饋流道24,反饋流道24的一端與循環反饋流道23連通;反饋流道24的另一端與流體腔21連通。
該開關式鑽井用水力振蕩器的振蕩件5與外殼1之間為密封連接;初始狀態時,開關筒2底端中心孔的斜孔與振蕩筒14連通,工作時的流體(鑽進液)可順利穿過該振蕩器;此時無振蕩效果。
工作過程中,當需要切換振蕩與否(開關筒2是否轉動)時,將流體流量從正常值增加到切換值,流體從切換筒3入口流入,這一過程中,流體對切換筒3端面形成的衝擊力增加,壓迫切換筒3向開關筒2內滑動,由於切換筒3圓周上設置有呈m字型的切換凹槽8,且開關筒2上通過銷釘孔6設置有切換銷釘9,切換銷釘9與插裝在開關筒2內切換筒3的切換凹槽8滑動連接。切換筒3向開關筒2內滑動的過程中,迫使切換銷釘9沿切換凹槽8的豎直槽開始運動,與此同時,切換筒3通過切換筒凸緣7依次壓迫推力球軸承a、彈簧壓筒4和彈簧11;彈簧11蓄能。
當切換銷釘9運動至切換凹槽8的波浪槽上升傾斜段處時,開關筒2被迫開始旋轉;當切換銷釘9運動至切換凹槽8的波浪槽頂端處時,開關筒2停止運動;此時降低流體流量至正常值後,衝擊力減小,同時在彈簧11的復位作用下,切換銷釘9沿切換凹槽8的波浪槽下行向另一豎直槽運行;此時開關筒2繼續旋轉,當切換銷釘9下行運動至切換凹槽8的豎直槽時,開關筒2停止旋轉,至此,開關筒2的底端中心孔的斜孔與振蕩體15的進孔凹槽17連通,開關筒2的切換運動完成。
由於該開關式鑽井用水力振蕩器的振蕩件5與外殼1之間為密封連接;當開關筒2的底端中心孔的斜孔與振蕩體15的進孔凹槽17連通後,流體由振蕩體15的流體進孔18進入至振蕩體15內。
流體進入至振蕩體15內後產生射流,並通過切換流道22進入流體腔21,由於切換流道22呈y字形;進入切換流道22的流體為湍流,不穩定,當切換流道22中任何一個支流道中流體流量大於另外一個支流道的流體流量時,在流體腔21內大流量支流道中的流體會衝擊小流量支流道中的流體,並形成渦流,由此產生背壓。當流體腔21內的流體形成渦流一段時間後(即,流體匯集一定量後),部分流體從流體出孔20流出,部分流體從反饋流道24進入循環反饋流道23中,由於循環反饋流道23與切換流道22連通;循環反饋流道23中的流體對切換流道22中中的流體形成衝擊(阻礙);以使流體腔21內的渦流消散,當背壓逐漸增大達到最大時,流體自動換向,再次形成漩渦,在漩渦重複形成的過程中;迫使流體腔21內的流體背壓周期性地變化,形成周期性改變的振蕩力,由此實現振蕩力並作用至管柱,達到降低管柱與井壁之間摩阻的目的。
該開關式鑽井用水力振蕩器需要關閉時,將流體流量值降低到切換值,切換銷釘9從切換凹槽8的豎直槽退出;開關筒2轉動,開關筒2的底端中心孔的斜孔與振蕩筒14連通,開關筒2的切換完成。