[發明專利]一種渦輪式井下水力振蕩器

有效

• 申請號: 201611008296.7
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106639944B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 馮進;魏俊
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: E21B28/00
• 分類號: E21B28/00;E21B7/24
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務所(普通合伙) 42216
• 代理人: 陳德斌

1.一種渦輪式井下水力振蕩器，包括上殼體（1）、下殼體（2）、上接頭（3）、下接頭（4）、花鍵套（5）和中間接頭（6），其特征在于：上殼體（1）和下殼體（2）之間通過中間接頭（6）相互螺紋連接，下殼體（2）的端頭螺紋安裝有下接頭（4），上殼體（1）的端頭通過花鍵套（5）螺紋安裝有上接頭（3）；所述的上殼體（1）與花鍵套（5）螺紋連接；上殼體（1）上設有排液孔（21）；下殼體（2）內通過渦輪軸端帽（7）和推力軸承（8）裝有渦輪軸（9），渦輪軸（9）上通過扶正軸承A（10）和扶正軸承B（11）裝有渦輪組件，扶正軸承A（10）通過渦輪軸端冒（7）與渦輪軸（9）螺紋固定，扶正軸承B（11）通過渦輪軸軸肩固定在渦輪軸（9）上；推力軸承（8）一端的下殼體（2）內通過閥座（14）安裝有閥盤（15）；閥盤（15）中心軸線處開設有通孔，以為推力軸承（8）減少載荷；閥座（14）與下接頭螺紋連接；閥盤（15）和閥座（14）上分別設有兩個對應的過流孔（16），閥盤（15）和閥座（14）的過流孔（16）端面之間設置有間隙，其目的是防止鉆井液過流面積最小時系統產生憋壓現象；閥盤（15）與渦輪軸（9）螺紋連接；渦輪軸端帽（7）一側的上殼體（1）內安裝有臺階軸（17），花鍵套（5）與臺階軸（17）螺紋連接；臺階軸（17）與上接頭（3）螺紋連接；臺階軸（17）上通過臺階軸端帽（18）裝有活塞（19），活塞（19）一側的臺階軸（17）上裝有碟 形彈簧（20），碟 形彈簧（20）與活塞（19）接觸連接所述的閥盤（15）上設置有壓力平衡腔，通過將低壓引入壓力平衡裝置內腔，可使液流壓力作用在閥盤（15）的端面并產生一個沿軸向向上的作用力，該作用力可減小推力軸承（8）的負載，以延長推力軸承（8）的工作壽命和該水力振蕩器的使用壽命；

工作時，閥盤（15）與閥座（14）上的過流孔（16）發生交錯重疊，使鉆井液在通過時的流通面積發生周期性變化，進而使閥盤（15）上游液流壓力發生周期性變化，產生了壓力脈沖；當閥盤（15）與閥座（14）之間的過流面積變小時，閥盤（15）上游壓力升高，當閥盤（15）與閥座（14）的過流孔分別位于中心軸線兩側時，閥盤（15）上游高壓液流壓力達到極大值，液流壓力作用在活塞（19）和臺階軸（17）上使碟形彈簧（20）壓縮并將鉆井液的高壓動能轉變為碟簧勢能進行存儲，碟形彈簧（20）的壓縮運動通過殼體將運動傳遞到鉆頭，從而使井底鉆具向下振動；

當閥盤（15）與閥座14之間的過流面積變大時，閥盤（15）上游壓力降低，當過流面積最大時，即當閥盤（15）與閥座（14）的過流孔分別位于中心軸線同一側時，閥盤（15）上游高壓液流壓力達到極小值，由于鉆壓大于極小的液流壓力，碟形彈簧（20）釋放能量并通過該水力振蕩器的殼體將運動傳遞到鉆頭，使鉆頭向上運動；由于渦輪組在高壓鉆井液作用下可提供穩定的旋轉運動，并具有一定的周期，在周期性壓力脈沖作用下，該水力振蕩器即可產生沿軸向的周期性高頻蠕動，使鉆柱與井壁之間的摩擦條件發生變化、鉆柱彈性送鉆的瞬時滑動摩擦系數的增長速度降低，從而降低摩阻、提高機械鉆速。