一种扭摆振荡器.pdf

本发明涉及一种扭摆振荡器，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。该扭摆振荡器包括主轴、外套管、止推轴承A、止推轴承B和限流环，主轴上套装有外套管，外套管的圆周内壁上均布有内凸块，内凸块一侧的主轴上装有止推轴承A，止推轴承A一侧的主轴上通过调整套A和调整套B装有限流环。该扭摆振荡器通过流道口与外壳内凸块的相对运动产生动阀与定阀效果，从而产生压力脉冲实现径向振动、扭摆运动以及轴向振动，可有效提高机械钻速。解决了现有钻井过程中会产生较大摩阻、托压现象，不仅严重影响水平井的机械钻速，同时也容易引起粘卡等井下复杂事故发生的问题，特别适用于油井钻井使用。

1.  一种扭摆振荡器；包括主轴（1）、外套管（2）、止推轴承A（3）、止推轴承B（4）和限流环（5），其特征在于：主轴（1）上套装有外套管（2），外套管（2）的圆周内壁上均布有内凸块（6），内凸块（6）一侧的主轴（1）上装有止推轴承A（3），止推轴承A（3）一侧的主轴（1）上通过调整套A（7）和调整套B（8）装有限流环（5），止推轴承A（3）另一侧的主轴（1）上通过滑动密封底座A（9）和挡圈A（10）装有密封圈A（11）；内凸块（6）另一侧的主轴（1）上装有调整套C（12），调整套C（12）一侧的主轴（1）上对称状安装有扶正轴承（13），扶正轴承13）之间设置有涡轮转子（14）和涡轮定子（15），调整套C（12）另一侧的主轴（1）上装有止推轴承B（16），止推轴承B（16）一侧的主轴（1）上通过滑动密封底座B（17）和挡圈B（18）装有密封圈B（19）；所述的内凸块（6）和调整套C（12）对应的主轴（1）上分别设置有流道口（25）。

2.  根据权利要求1所述的一种扭摆振荡器；其特征在于：所述的外套管（2）圆周外表面间隔状对称设置有外凸块（24）。

3.  根据权利要求1所述的一种扭摆振荡器；其特征在于：所述的外套管（2）一端端口通过固紧螺栓固装有端盖（22），外套管（2）另一端端口螺纹安装有外管连接头（23）。

4.  根据权利要求3所述的一种扭摆振荡器；其特征在于：所述的外管连接头（23）与主轴（1）之间设置有间隙。

5.  根据权利要求1所述的一种扭摆振荡器；其特征在于：所述的滑动密封底座B（17）一侧的主轴（1）上通过固紧螺栓和压紧套（20）装有压紧环（21）。

6.  根据权利要求1所述的一种扭摆振荡器；其特征在于：所述的主轴（1）一端设置有外螺纹，主轴（1）另一端设置有内螺纹。

一种扭摆振荡器
技术领域
本发明涉及一种扭摆振荡器，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。
背景技术
在钻井过程中，摩阻是影响钻速的重要因素。常规钻井时，钻具组合与井壁之间处于静摩擦状态。无论是直井、定向井还是水平井，钻进过程中钻柱与井壁之间的摩阻都是影响钻速的重要因素，由钻具组合与井壁摩擦所造成的额外扭矩与摩阻会导致机械钻速低，工具面控制困难，单趟钻进尺很少，异常严重的钻柱和钻头磨损等。当累积摩擦力超过所施加钻压时，就会出现托压现象，迫使管柱发生正旋弯曲或螺旋屈曲。对于定向井和水平井而言，高摩阻还会形成弯曲井眼，从而造成钻机钻达最大深度的能力降低，甚至会影响到油井产量。在水平井钻井过程中，尤其钻具在井眼曲率较大的井段，或在过长水平段同样会产生较大摩阻、托压现象，无法有效施加钻压。摩阻大、托压问题不仅严重影响水平井的机械钻速，同时也容易引起粘卡等井下复杂事故的发生。
实践表明，利用国内外专家研制了产生轴向振动的水力振荡器用于降低摩阻。水力振荡器通过压力脉冲使钻具在井下受到的静摩擦变成动摩擦。通过水力振荡器的高频振动，改变了只靠钻具自身重力的加压方式。水力振荡器在井下带动钻具振动时，将钻具与井壁间的静摩擦力转变为动摩擦力。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种在钻井过程中可实现扭摆、径向以及轴向振动，将钻进过程中的静摩擦变为动摩擦，可有效降低摩阻，提高机械钻进的扭摆振荡器。
本发明的技术方案是：
一种扭摆振荡器；包括主轴、外套管、止推轴承A、止推轴承B和限流环，其特征在于：主轴上套装有外套管，外套管的圆周内壁上均布有内凸块，内凸块一侧的主轴上装有止推轴承A，止推轴承A一侧的主轴上通过调整套A和调整套B装有限流环，止推轴承A另一侧的主轴上通过滑动密封底座A和挡圈A装有密封圈A；内凸块另一侧的主轴上装有调整套C，调整套C一侧的主轴上对称状安装有扶正轴承，扶正轴承之间设置有涡轮转子和涡轮定子，调整套C另一侧的主轴上装有止推轴承B，止推轴承B一侧的主轴上通过滑动密封底座B和挡圈B装有密封圈B；所述的内凸块和调整套C对应的主轴上分别设置有流道口。
所述的外套管圆周外表面间隔状对称设置有外凸块。
所述的外套管一端端口通过固紧螺栓固装有端盖，外套管另一端端口螺纹安装有外管连接头。
所述的外管连接头与主轴之间设置有间隙。
所述的滑动密封底座B一侧的主轴上通过固紧螺栓和压紧套装有压紧环。
所述的主轴一端设置有外螺纹，主轴另一端设置有内螺纹。
本发明的有益效果是：
该扭摆振荡器，结构简单紧凑；在钻进过程中，通过流道口与外壳内凸块的相对运动产生动阀与定阀效果，从而产生压力脉冲实现径向振动、扭摆运动以及轴向振动，进而可有效提高机械钻速。解决了现有钻井过程中会产生较大摩阻、托压现象，不仅严重影响水平井的机械钻速，同时也容易引起粘卡等井下复杂事故发生的问题，特别适用于油井钻井使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1A处的放大结构示意图；
图3为图1B处的放大结构示意图；
图4为图1A-A向截面示意图。
图中：1、主轴，2、外套管，3、止推轴承A，4、止推轴承B，5、限流环，6、内凸块，7、调整套A，8、调整套B，9、滑动密封底座A，10、挡圈A，11、密封圈A，12、调整套C，13、扶正轴承，14、涡轮转子，15、涡轮定子，16、止推轴承B，17、滑动密封底座B，18、挡圈B，19、密封圈B，20、压紧套，21、压紧环，22、端盖，23、外管连接头，24、外凸块，25、流道口。
具体实施方式
该扭摆振荡器包括主轴1、外套管2、止推轴承A3、止推轴承B4和限流环5。主轴1上套装有外套管2，外套管2圆周外表面间隔状设置有外凸块24，外凸块24在外套管2圆周外表面呈180度设置；外套管2的的圆周内壁上均布有3个内凸块6，内凸块6一侧的主轴1上装有止推轴承A3，止推轴承A3一侧的主轴1上通过调整套A7和调整套B8装有限流环5，限流环5允许有少量泥浆液进入止推轴承A3部分，以起到润滑作用。止推轴承A3另一侧的主轴1上通过滑动密封底座A9和挡圈A10装有密封圈A11，以实现密封。
内凸块6另一侧的主轴1上装有调整套C12，内凸块6和调整套C12对应的主轴1上分别设置有3个流道口25。
调整套C12一侧的主轴1上对称状安装有扶正轴承13，扶正轴承13之间的主轴1上设置有涡轮转子14和涡轮定子15；扶正轴承13用于调整涡轮定转子14之间的径向串动；涡轮转子14与外套管2之间相对固定。
调整套C12另一侧的主轴1上装有止推轴承B16，止推轴承B16一侧的主轴1上通过滑动密封底座B17和挡圈B18装有密封圈B19；滑动密封底座B19一侧的主轴1上通过固紧螺栓和压紧套20装有压紧环21；用于前段（内凸块6另一侧的）各部件的轴向定位。
该扭摆振荡器的主轴1一端设置有外螺纹，主轴1另一端设置有内螺纹。工作时用于与钻杆连接。外套管2一端端口通过固紧螺栓固装有端盖22，外套管2另一端端口螺纹安装有外管连接头23。外管连接头22与主轴1之间设置有间隙。该扭摆振荡器防止外套管2轴向串动，调整套A7与内凸块6相接触，产生的轴向力可通过限流环5传递到止推轴承A3。另一侧，调整套C12与外套管2内肩相接触，将轴向力传递给止推轴承B16。
该扭摆振荡器工作时，钻井液进入主轴1后从流道口24进入涡轮部分，从而带动涡轮转子14旋转，由于涡轮转子14相对固定外套管2，从而带动外套管2一起旋转。由于外套管2圆周外表面间隔状对称设置有外凸块24，且外凸块24在外套管2圆周外表面呈180度设置；外套管2旋转过程中，当外凸块24与井壁接触时，外套管2其他部分脱离井壁；外套管2周期旋转，即可实现该扭摆振荡器的径向振动，同时由于外凸块24与井壁的作用亦可实现振荡器的扭摆运动。工作过程中止推轴承A3用于承受轴向力；止推轴承B16用于承受另一侧轴向力。
该扭摆振荡器的3个内凸块6分别对应3个流道口25，内凸块6宽度略小于流道口25宽度。当钻井液带动涡轮转子14与外套管2一起旋转时，内凸块6与流道口25之间实现周期性的开合，即可产生周期性的压力脉冲，从而产生轴向振动，由此在进行钻进过程中可有效降低摩阻，提高机械转速。
该扭摆振荡器相比现有用的水力振荡器，省略了传统水力振荡器的震荡短节与动力短节，整体结构更为简单紧凑。在钻进过程中可实现径向振动、扭摆运动以及轴向振动的三维层次的降磨减阻，从而效提高机械钻速。并且该扭摆振荡器没有传统意义上的定阀与动阀阀片，而是通过流道口25与内凸块6的相对运动产生动阀与定阀效果，从而产生压力脉冲实现轴向振动，并降低磨损效果；解决了现有钻井过程中会产生较大摩阻、托压现象，不仅严重影响水平井的机械钻速，同时也容易引起粘卡等井下复杂事故发生的问题，特别适用于油井钻井使用。