一種開關式鑽井用水力振蕩器的製作方法

2023-12-09 19:31:11

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。