[發明專利]機械式非線性控制的近鉆頭可變頻增壓震蕩工具

有效

• 申請號: 202111081322.X
• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113719267B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 祝效華;程飛龍;石昌帥
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B44/02
• 分類號: E21B44/02
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 王杰

1.機械式非線性控制的近鉆頭可變頻增壓震蕩工具，由中芯軸(1)，O型密封圈A(2)，碟簧上支座(3)，碟簧外殼(4)，碟簧組(5)，下外殼(6)，活塞軸(7)，O型密封圈B(8)，中接頭(9)，渦輪上接頭(10)，O型密封圈D(11)，渦輪上止端蓋(12)，渦輪外殼(13)，渦輪組(14)，渦輪中芯軸(15)，下固定套筒(16)，往復閥套外殼(17)，往復閥套(18)，通孔閥(19)，下接頭(20)，限位銷釘(21)，多級螺旋閥套(22)，O型密封圈C(23)，上固定套筒(24)，O型密封圈F(25)，引流套(26)，渦輪軸承(27)，軸承下支撐套(28)，O型密封圈E(29)組成；其技術特征在于：中芯軸(1)與碟簧上支座(3)為間隙配合，二者之間安裝有O型密封圈A(2)；碟簧外殼(4)通過錐形螺紋分別與碟簧上支座(3)和下外殼(6)相連接，下外殼(6)對碟簧組(5)起支撐作用；活塞軸(7)與由中芯軸(1)通過錐形螺紋連接，并對碟簧組(5)起支撐作用，所述活塞軸與下外殼(6)為間隙配合，二者之間安裝有O型密封圈B(8)；渦輪上接頭(10)與中接頭(9)和渦輪外殼(13)均為通過錐形螺紋連接；多級螺旋閥套(22)與渦輪上接頭(10)通過限位銷釘(21)進行初始定位，二者之間還有階梯運動槽(224)；渦輪上止端蓋(12)與渦輪中芯軸(15)通過普通螺紋連接，二者之間安裝有O型密封圈F(25)，所述渦輪上止端蓋(12)限制渦輪轉子軸向運動；上固定套筒(24)、下固定套筒(16)分別對渦輪定子軸向定位；渦輪軸承(27)通過軸承下支撐套(28)和下固定套筒(16)軸向定位，引流套(26)對渦輪轉子和渦輪軸承(27)軸向定位；往復閥套外殼(17)通過錐形螺紋與渦輪外殼(13)和通孔閥(19)連接，所述往復閥套外殼(17)與往復閥套(18)之間有花鍵(181)連接，限制往復閥套(18)的旋轉；所述往復閥套外殼(17)與渦輪中芯軸(15)通過往復螺旋槽傳遞運動，二者之間安裝有O型密封圈E(29)；通孔閥(19)通過錐形螺紋與下接頭(20)連接；

機械式非線性控制的近鉆頭可變頻增壓震蕩工具，其技術特征在于：當工具未啟用時，鉆井液經過中芯軸(1)內孔依次流經活塞軸(7)內孔、中接頭(9)內孔、渦輪上接頭(10)內孔、多級螺旋閥套(22)內孔、渦輪中芯軸(15)內孔、往復閥套(18)內孔、通孔閥(19)的環周孔(192)，最后從下接頭(20)內孔流出，工具不產生機械動作，工具未工作；當需要開啟工具時，首先第一步，投入與主斜面(225)相對應的不可溶金屬球，通過憋壓剪斷限位銷釘(21)，第二步憋壓，渦輪上接頭(10)內孔處的導向塊(101)沿著多級螺旋閥套(22)的階梯運動槽(224)運動，因此多級螺旋閥套(22)則實現軸向運動，貫通旁通孔(221)，此時旁通孔(221)開放1/4流道；當工具開啟后，鉆井液經過中芯軸(1)內孔依次流經活塞軸(7)內孔、中接頭(9)內孔、渦輪上接頭(10)內孔，通過多級螺旋閥套(22)的旁通孔(221)流入渦輪組(14)帶動渦輪中芯軸(15)旋轉，鉆井液經過渦輪組(14)后經過引流套(26)、渦輪中芯軸(15)的斜孔(151)流入渦輪中芯軸(15)內孔、往復閥套(18)內孔、通孔閥(19)環周孔，最后從下接頭(20)內孔流出；隨著渦輪中芯軸(15)的旋轉運動，渦輪中芯軸(15)通過往復導向槽(152)和傳遞塊(182)帶動往復閥套(18)實現往復運動，導向槽(152)在換向過渡處有較大的圓角確保順利過渡；往復閥套(18)內孔將與通孔閥(19)的密封膠塞(191)實現關-開-關周期變換；當工具內腔鉆壓升高時，壓力驅動活塞軸(7)壓縮碟簧組(5)，碟簧組(5)將儲存沖擊能量，當工具腔內壓力釋放時，碟簧組(5)沖擊能量釋放帶動中芯軸(1)運動，從而實現沖擊震蕩。

2.根據權利要求1所述的機械式非線性控制的近鉆頭可變頻增壓震蕩工具，其特征在于：投球開啟為初次開啟，通過后續投入與副斜面A(226)配合的可溶金屬球實現后續的開啟工作；后續開啟時，與初次開啟步驟相同，通過投入可溶金屬球的方式，同第二步過程中利用壓力剪斷導向塊(101)，實現導向塊(101)的長度變化，迫使導向塊(101)沿著既定階梯運動槽(224)運動；開啟級數結合工具實際工作情況進行調整，為3～5級。