一种简易式水力振荡工具的制作方法

1.本发明涉及的是应用在石油工程领域中的钻井装置，具体涉及一种简易式水力振荡工具。


背景技术：

2.目前，油田的钻井已从最初的直井发展为定向井及水平井，其大位移的斜度以及钻具自身重力的双重影响下使得常规钻具紧贴下侧井壁，从而导致钻井过程中摩擦过大，产生较多钻井问题，如钻柱托压、卡钻等，严重影响钻进速度。为有效降低摩擦阻力，减少钻井事故，一般采用振荡工具来将钻具与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，从而达到降低摩阻，提高钻井效率的目的。
3.目前已有的水力振荡工具,如公告号为cn105937378b的中国发明专利采用的是螺杆马达的方案，其结构与常见同类型工具皆具有结构复杂的缺点；公告号为cn205477369u的中国实用新型专利公开的一种水力振荡器，其工作时是通过螺杆马达带动转阀动作，转阀转动过程中会与定阀产生磨损的问题，进而导致现有的水力振荡器存有使用寿命短的问题。螺杆马达法为最常见的使用方法，但是螺杆马达上设有橡胶件，而橡胶件不耐高温，属于易损部件，从而进一步缩短了水力振荡器的寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种简易式水力振荡工具，这种水力振荡系统用来解决目前利用水力动力产生径向振动的方法存在的结构复杂、使用寿命短的问题。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种简易式水力振荡工具包括限流上接筒、限流推头、保护内筒、连动杆、主动齿轮、从动齿条、环壁碟簧、运动外筒、下接筒，限流上接筒下端与保护内筒上端螺纹连接，保护内筒下端与下接筒上端通过螺纹，保护内筒及其上隔板、下隔板形成保护腔；运动外筒环绕在保护内筒外并自由落在下接筒上的环形台阶上，运动外筒与保护内筒形成环形空间，运动外筒的上端口位于限流上接筒环形台阶下方；限流推头半球形头部与限流上接筒内部的中间流道口接触配合，限流推头中部沿保护内筒中的上隔板中间限位孔内壁滑动；连动杆上端铰接限流推头，下端与主动齿轮固定连接，主动齿轮与保护内筒铰接，主动齿轮与连动杆位于保护腔内；从动齿条内附于运动外筒内壁，保护内筒与从动齿条相对应部位设置条形孔，主动齿轮从条形孔伸出且与从动齿条啮合，从动齿条沿运动外筒内壁滑动；从动齿条的上、下均设置环壁碟簧，上部环壁碟簧固结于运动外筒上壁，下端接触配合从动齿条；下部环壁碟簧下端固结于运动外筒下壁，上端接触配合从动齿条；限流上接筒、上隔板、下隔板均设置过流孔。
6.上述方案中限流上接筒内部设置有过流板，过流板的中心为中间流道口，过流孔均匀分布在中间流道口周围；上隔板的过流孔、下隔板的过流孔均为弧形的。
7.上述方案中限流推头上部为半球形，半球形头部与中间流道口接触配合，通过改变过流面积形成稳定的周期性连续射流；限流推头下部设置连接孔，铰轴穿过连接孔、连动
杆的孔将限流推头与连动杆连接起来。
8.上述方案中连动杆、主动齿轮、从动齿条共有两组，两组连动杆、主动齿轮、从动齿条以轴线对称分布。
9.上述方案中两个连动杆上端均与限流推头通过销钉铰接，两个连动杆下端分别与相对应的主动齿轮固结在一起，与主动齿轮保持同步运动；两个主动齿轮分别与保护内筒通过销钉限位，形成铰接，使得主动齿轮可以绕销钉转动。
10.本发明具有以下有益效果：1、本发明适用于超低压流体驱动场合的高效率新型水力振荡系统，以限流推头、连动杆、主动齿轮组合的往复运动，能够产生稳定轴向振动，振荡频率高，振动幅度小，在提高钻头破岩效率的同时减少振荡对其他部件的破坏。
11.2、本发明工具结构简单，液流在腔内畅通性好，流体液能利用率高；工作性能稳定，是一种新型、稳定、可靠、安全的振荡系统，易于在油田的使用与推广。
12.3、本发明通过限流推头与连动杆、主动齿轮的配合，加上上下两端环壁碟簧的动力支持，保证限流推头稳定的上下往复运动，提供了稳定的周期性过流面积改变，故发生故障的机率自然降低。
13.4、本发明下接筒下端连接接钻头，产生的高频轴向振动和稳定的脉冲射流可以提高钻头牙齿吃入岩石的深度、加快岩屑脱离井底的速度，提高机械钻速，能够有效降低钻井成本。
14.5、本发明无电子元件与易损工件，极大减少起下钻次数，提高钻井效率。
15.6、本发明振荡频率可由主动齿轮的设计根据钻井需要来更改，适用范围广，灵活性比较强，对钻压要求低。
16.7、本发明采用齿轮与齿条传动，具有极大的承载能力，使得工具工作更加稳定，使用寿命可以明显提高。另外齿轮传动比其他传动更加精密，极大降低机械损失，实现稳定高效，来配合高频的振荡。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
18.图2是本发明中限流上接筒的主视图。
19.图3是本发明中限流上接筒的俯视图。
20.图4是本发明中限流推头的主视图。
21.图5是本发明中限流推头的右视图。
22.图6是本发明中保护内筒的右视图。
23.图7是本发明中保护内筒的剖面图。
24.图8是本发明中保护内筒的俯视图。
25.图9是本发明中主动齿轮的主视图。
26.图10是本发明中从动齿条的右视图。
27.图11是本发明中从动齿条的立体图。
28.图12是本发明中运动外筒的剖面图。
29.图中：1限流上接筒；2限流推头；3保护内筒；4连动杆；5主动齿轮；6 下接筒；7环壁
碟簧；8从动齿条；9运动外筒；10保护腔；11限位孔；12条形孔；13上隔板；1 4下隔板；15过流孔；16中间流道口。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步的说明：结合图1
‑
图12所示，这种水力振荡工具包括限流上接筒1、限流推头2、保护内筒3、连动杆4、主动齿轮5、从动齿条8、环壁碟簧7、运动外筒9、下接筒6，限流上接筒1螺纹连接在保护内筒3上方，保护内筒3下方与下接筒6上端螺纹连接，限流上接筒1下端外部具有环形台阶，下接筒6上端外部具有同样的环形台阶，运动外筒9环绕在保护内筒3外并自由落在下接筒6上端外部的环形台阶上，运动外筒9内有空心的环形空间，运动外筒9的上端口位于限流上接筒外部环形台阶下方，运动外筒9可以沿保护内筒3外壁上下滑动，限流上接筒1下端外部环形台阶可以限制运动外筒9的上行位置。保护内筒3上部设置上隔板13，下部设置下隔板14，保护内筒3及其上隔板13、下隔板14形成保护腔10，建立一个空心的空间。
31.限流推头2的头部位于上隔板13上面，限流推头2的下部位于上隔板下面，限流推头2的中部位于上隔板13的限位孔11内，限流推头1沿上隔板13的限位孔11内壁滑动，限流推头2半球形头部与限流上接筒1的中间流道口16接触配合，连动杆4上端铰接限流推头2，连动杆4下端与主动齿轮5固结，限流推头2下半部与连动杆4、主动齿轮5都处于保护内筒3中的保护腔10里。主动齿轮5通过销钉限位于保护腔10下半部分，并通过与销钉的铰接实现定轴转动，从动齿条8内附于运动外筒9内壁，保护内筒3与从动齿条8相对应部位设置条形孔12，主动齿轮5从条形孔12伸出且与从动齿条8啮合；从动齿条8的上、下均设置环壁碟簧7，上部环壁碟簧7固结于运动外筒9上壁，下端接触配合从动齿条8；下部环壁碟簧7下端固结于运动外筒9下壁，上端接触配合从动齿条8；主动齿轮5的定轴转动带动从动齿条8沿运动外筒9内壁上的导槽上下直线移动，从而挤压分别固结在运动外筒9上下两端环形空间内的环壁碟簧7，通过环壁碟簧7的储能和释能带动运动外筒9沿保护内筒3外壁上下运动，上行时撞击限流上接筒1下端外部的环形台阶，下行时撞击下接筒6上端外部的环形台阶，实现振荡。
32.限流上接筒1下端的外螺纹与保护内筒3上端的内螺纹相匹配进行连接，保护内筒3下端的内螺纹与下接筒6上端的外螺纹相匹配进行连接，形成内部流道。
33.限流上接筒1内部设置有过流板，过流板的中心为中间流道口16，过流孔15均匀分布在中间流道口16周围，中间流道口16与限流推头2半球形头部接触配合，限流推头2的顶部半球形与限流上接筒1的中间过流口可完全接触，用以与限流推头半球体接触配合改变过流面积形成稳定的周期性连续射流。
34.保护内筒3内部上隔板的中间为限位面，限位面上有限位孔11，限位面的两侧为弧形过流孔，下隔板14两侧也为弧形过流孔，限位孔11保证限流推头2的上下运动。保护内筒3内部设有对称分布的两个条形孔12，保证主动齿轮5的定轴转动。保护腔10保护处在保护壳内部的连杆与主动齿轮5， 上隔板13与限流推头2通过限位孔11接触配合并对限流推头2实现限位，条形孔12与主动齿轮5连接并对主动齿轮5实现限位。
35.限流上接筒1下端外部设有环形台阶，下接筒6上端外部设有环形台阶，保证运动外筒9的上下振荡运动。
36.连动杆4上端与限流推头2通过限流推头下方的连接孔铰接，连动杆4下端与主动齿轮5固结，以保证限流推头2的上下运动可以有效的传递给主动齿轮5，从而带动主动齿轮5的定轴转动。
37.主动齿轮5的转动带动内附于运动外筒9内壁导槽口内的从动齿条8的上下移动，从动齿条8的上下移动，挤压固结于运动外筒环形空心上下壁的环壁碟簧7，环壁碟簧7的储能和释能同时作用于和反作用于运动外筒9和从动齿条8，使得运动外筒9上下振荡，从动齿条8反作用于主动齿轮5，通过连动杆4反作用于限流推头2，实现运动的往复循环。
38.本发明工作过程如下：流体从限流上接筒1上部流入，经过限流上接筒1内部的中间流道口16，冲击限流推头2使其向下运动，限流推头2离开限流上接筒1内部的中间流道口16，流体过流面积增大；同时限流推头2经过连动杆4传递到主动齿轮5带动主动齿轮5的定轴转动；主动齿轮5的定轴转动，带动从动齿条8的上下移动；从动齿条8的上下移动带动环壁碟簧7的储能和释能；环壁碟簧7的储能和释能带动运动外筒9的上下移动并撞击限流上接筒1和下接筒6实现振荡；环壁碟簧7的释能同时带动从动齿条8的上下移动，从动齿条8的上下移动带动主动齿轮5的定轴转动，主动齿轮5的定轴转动带动连动杆4传递到限流推头2，使得限流推头2往上移动堵住中间流道口16，形成一个运动周期。