一种全金属水力振荡器的制作方法

1.本发明涉及石油天然气开采钻井技术领域，具体涉及一种全金属水力振荡器。


背景技术：

2.在石油开采领域中，大位移井、水平井、水平分支井和其他结构复杂井的数量不断增加，随着井眼水平段长度的不断增加，钻柱受到井壁施加的摩擦阻力也会不断增大，致使钻柱难以下入设计井深，并且在钻压和摩擦阻力的共同作用会发生挠曲变形。由于钻柱受到井壁摩擦阻力的作用，无法向钻头施加准确的钻压，严重影响钻进效率，一旦发生井下遇阻或着卡钻现象更是会对整个钻井过程产生重大影响。因此减小钻柱摩擦阻力，有效送进钻柱，向钻头准确施加钻压是大位移井、水平井、水平分支井和其他结构复杂井钻井技术的一个核心问题。
3.水力振荡器是减小钻柱摩擦阻力的主要工具，该工具通过钻井液的水击作用向钻柱施加周期性的轴向振动，有效减小钻井过程中钻柱与井壁的摩擦阻力，提高钻井破岩效率。现有的水力振荡器主要由动力总成和阀门总成构成，动力总成由橡胶定子和单螺杆转子组成，动力总成工作寿命低，且主要产生轴向振动，振动效果不明显。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种全金属水力振荡器，以解决现有技术中动力总成由橡胶定子和单螺杆转子组成，动力总成工作寿命低，且主要产生轴向振动，振动效果不明显的技术问题。
5.本发明提供一种全金属水力振荡器，该全金属水力振荡器包括：
6.一外筒，该外筒内部中空，形成振荡腔；
7.一设置于振荡腔内的喷射组件，用于喷射水流；
8.一与喷射组件连接的旋转组件，在喷射组件喷射的水流的作用下产生轴向旋转；以及
9.一与旋转组件连接的偏心动力轴，在旋转组件的带动下进行旋转并产生轴向以及径向的振动。
10.优选地，该偏心动力轴包括一定心主体以及一与定心主体连接且相对于定心主体偏心设置的振动体。
11.优选地，偏心动力轴的振动体上设置有减压孔。
12.优选地，定心主体远离振动体的一端设置有连接部，用于与旋转组件连接。
13.优选地，旋转组件包括一涡轮组件以及与涡轮组件连接的下轴承接筒。
14.优选地，下轴承接筒一端为顶杆部，另一端为喷射部，顶杆部与涡轮组件的的涡轮转子连接，喷射部与偏心动力轴连接。
15.优选地，顶杆部与喷射部一体设置，喷射部外表面对称设置有多个喷嘴。
16.优选地，涡轮组件的涡轮定子安装于一轴承外筒内，涡轮定子卡设于轴承外筒内，
并且通过锁紧螺母以及止退滑块固定。
17.优选地，轴承外筒内部设置有一卡装部，该卡装部的内径与顶杆部的外径相匹配，顶杆部从卡装部内穿过。
18.优选地，喷射组件包括一上接头，上接头内部中空，周向设置有多个射流孔，射流孔内安装有射流喷嘴。
19.本发明具有的优点和积极效果是：本发明设置有一偏心动力轴，该偏心动力轴由于重力偏于旋转组件的中心轴，在旋转组件的带动下转动的过程中会产生径向的振动；并且该偏心动力轴的振动体设置成扁锤状，以增大其振动幅度；偏心动力轴的振动体上设置有减压孔，可以减小旋转时的圆周阻力。
20.偏心动力轴防止恶劣的环境对其造成侵蚀而对其造成损坏，另外保证其坚固性采用金属材料，一方面增加其自身的重量，使其能够带动整个装置发生径向的振动，另一方面，防止恶劣的环境对其造成侵蚀而对其造成损坏，保证其使用寿命，另外保证其坚固性。
附图说明
21.图1是本技术中全金属水力振荡器的结构示意图；
22.图2是本发明的偏心动力轴的结构示意图；
23.图3是图1中a处的放大图；
24.图4是本发明的爆炸结构示意图。
具体实施方式
25.为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
26.如图1所示，本发明提供一种全金属水力振荡器，该全金属水力振荡器包括：一外筒10，该外筒内部中空，形成振荡腔，一设置于振荡腔内的喷射组件20，用于喷射水流；一与喷射组件20连接的旋转组件30，在喷射组件20喷射的水流的作用下产生轴向旋转；以及一与旋转组件30连接的偏心动力轴50，在旋转组件30的带动下进行旋转并产生及径向高频振动。
27.在其工作的过程中，喷射组件20外接水源，当有水源进入时，喷射组件20向振荡腔内喷射水流，旋转组件30在水流的作用下进行旋转，旋转组件30带动偏心动力轴50一起进行旋转，偏心动力轴50在旋转的过程中由于其轴心与旋转的轴心相偏离，产生径向的振动。
28.进一步地，如图1和图2所示，该偏心动力轴50包括一定心主体501以及一与定心主体501连接且相对于定心主体501偏心设置的振动体502；在该实施例中，定心主体501与旋转组件30同轴心设置，而振动体502相对于定心主体501以及旋转组件30偏心设置。
29.在本发明的一个具体的实施例中，定心主体501为一圆柱体，其设置成圆柱体方便与旋转组件30同轴设置，以保证振动体502相对于旋转组件30偏心设置；振动体502与定心主体501一体设置，以保证其坚固性，防止转动的过程中发生脱落。
30.在该实施例中，振动体502设置成扁锤状，以增大其振动幅度。
31.进一步地，偏心动力轴50的振动体502上设置有减压孔503，可以减小旋转时的圆周阻力。
32.在一个具体的实施例中，减压孔503均匀分布于振动体502的长度方向，且间距以及直径均相等，以保持振动体502所受的圆周阻力的均匀性。
33.进一步地，定心主体501远离振动体502的一端设置有连接部504，用于与旋转组件30连接。
34.在一个具体的实施例中，连接部504与旋转组件30之间螺纹连接，连接部504上设置有与定心主体同轴心的外螺纹，与旋转组件30之间螺纹配合。
35.进一步地，偏心动力轴50采用金属材料，一方面增加其自身的重量，使其能够带动整个装置发生径向的振动，另一方面，钻探过程中会遇到的高温、高压、高矿化度、高含硫储层，橡胶件会在这类恶劣的地层环境中失效，从而导致水力振荡器等钻井工具寿命较短，持续工作能力差，甚至橡胶件脱落堵塞井下仪器或者钻头水眼，从而增加起下钻的次数，严重影响机械钻速；本是实施例中，偏心动力轴50采用金属材料，防止恶劣的环境对其造成侵蚀而对其造成损坏，保证其使用寿命，另外保证其坚固性。
36.在上述实施例中，通过增加一偏心动力轴50，其在旋转组件的带动下转动的过程中会产生径向的振动；并且振动体502设置成扁锤状，以增大其振动幅度。
37.进一步地，在本发明的一个具体的实施例中，旋转组件30包括一涡轮组件301以及与涡轮组件301连接的下轴承接筒302，具体的，下轴承接筒302一端为顶杆部3021，另一端为喷射部3022，顶杆部3021与涡轮组件的301的涡轮转子连接，喷射部3022与偏心动力轴50连接。
38.在该实施例中，涡轮组件301的涡轮转子在钻井液的作用下进行旋转，涡轮转子带动顶杆部3021、喷射部3022以及与喷射部3022连接的偏心动力轴50进行旋转。
39.具体的，在该实施例中，顶杆部3021与喷射部3022一体设置，喷射部3022外表面对称设置有6个喷嘴303，该6个喷嘴303呈360
°
分布，当钻井液带动涡轮转子与喷射部3022以及设置于喷射部3022上的喷嘴303一起旋转时，喷嘴303与外筒10的震荡腔之间实现周期性的开合，即可产生周期性的压力脉冲，产生轴向振动；具体的，喷嘴303与喷射部3022之间螺纹连接，即喷射部3022周向分布有多个喷射孔，喷射孔内有内螺纹，喷嘴303设置有外螺纹，二者螺纹配合。
40.进一步地，喷射部3022与偏心动力轴50之间螺纹连接，具体的，喷射部3022与偏心动力轴50连接的一端设置有内螺纹，与偏心动力轴50连接部504上设置的外螺纹相匹配。
41.进一步地，涡轮组件301的涡轮定子安装于一轴承外筒305内，涡轮定子卡设于轴承外筒305内，并且通过锁紧螺母306以及止退滑块307固定，以防止涡轮转子轴向串动。
42.进一步地，轴承外筒305内部设置有一卡装部3051，该卡装部3051的内径与顶杆部3021的外径相匹配，顶杆部3021从卡装部3051内穿过，且卡装部3051两侧可以安装滚动轴承，滚动轴承的外侧还可以安装止退轴承，以承受轴向力，锁定轴承外筒305；还可以在滚动轴承以及止退轴承之间设置隔离环，防止泥浆进入轴承外筒305。
43.上述密封以及锁紧结构，例如轴承外筒305、锁紧螺母306、止退滑块307、滚动轴承、止退轴承以及隔离环均采用金属制品，以防止防止恶劣的环境对其造成侵蚀而对其造成损坏，保证其使用寿命。
44.进一步地，在本发明的一个优选的实施例中，涡轮组件301的涡轮转子一端连接顶杆部3021，另一端连接喷射组件20。
45.该喷射组件包括一上接头201，上接头201内部中空，周向设置有多个射流孔202，射流孔202内安装有射流喷嘴。
46.具体的，涡轮转子通过一上轴承接头60与上接头201连接，上轴承接头60一端与涡轮转子固定连接，另一端与上接头201螺纹连接。
47.在本发明中，该全金属水力振荡器工作时，一部份钻井液通过上接头201的射流喷嘴进入振荡腔体内；上接头201上的射流喷嘴可以通过安装不同尺寸的喷嘴，调节允许通过的钻井液排量及压降；另一部分钻井液进入上接头201从上接头201内部的流道进入涡轮组件303部分，带动涡轮转子旋转，涡轮转子带动顶杆部3021以及喷射部3022一起旋转，喷射部3022末端螺纹连接偏心动力轴504，当偏心动力轴50旋转时，产生的偏心力，带动整个全金属水力振荡器实现径向高频振动。
48.偏心动力轴50高速旋转时因重心变化带来高频振动，在偏心动力轴50上设置了5个尺寸一致的圆孔，可以减少旋转时的圆周阻力。
49.当钻井液带动涡轮转子、顶杆部3021以及喷射部3022一起旋转时，喷喷射部3022上的喷嘴与外筒10的凸台流道口之间实现周期性的开合，即可产生周期性的压力脉冲，产生轴向振动。
50.该全金属水力振荡器，在高速流体及压力作用下，带动内部涡轮组件303转动，通过外筒10带动整个钻具组合产生轴向推力，为工具提供轴向的高频持续冲击，通过高速偏心动力轴50的转动产生偏心力，形成径向高频振动，结构简单紧凑，可有效降低磨损，减少井下事故，提高机械钻速，达到较好的减阻效果。
51.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。