水力脉动振荡马达的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻探作业工具领域中的一种水力脉动振荡马达。
【背景技术】
[0002]井下动力马达仍是目前国内外复杂结构井钻井过程中主要应用的钻井工具，在石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域内，承担了 98%以上的钻井施工任务。但在钻井过程中，现有井下动力马达除提供钻头破岩的转速和扭矩外，不具备其他高效破岩的功能。研宄结果与现场实践表明，在钻井过程中，轴向冲击装置能将钻井液的能量转化为高频轴向冲击力，在钻头上形成高频脉冲钻压，较普通旋转钻井可提高钻井速度30%以上，可以在较低的钻压下取得较好的使用效果，避免钻井过程中由于大钻压产生的井斜和钻柱磨损及疲劳损坏，轴向冲击可以形成高压脉冲射流，增强钻井液冲洗井底的能力，钻井液压力的脉冲变化，导致了井底压力周期性发生变化，改善了井底岩石的应力状态，有利于消除岩肩压持效应，增强了水力辅助破岩效果；轴向冲击能够使得钻柱产生具有一定频率的振荡效果，有利于减小摩阻扭矩，降低脱压的影响。
[0003]我国油气资源的高效开发使得长水平段水平井、大位移井等复杂结构井的数量日益增加，常规轴向冲击钻井技术主要用于直井的钻井过程，已经不能满足现阶段复杂结构井钻井工艺的要求，根据井下动力马达的结构特点，不能够简单的将轴向冲击装置与井下动力马达组合连接，如果强行组合使用，不仅达不到提高钻井速度的目的，还可能影响马达的使用效果或引发井下安全事故的发生。因此急需设计研发一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的水力脉动振荡马达，这对于发挥井下动力马达技术优势，进一步提高钻井破岩的效率，提升我国动力马达钻井的工艺技术水平，增强国际竞争力，形成具有自主知识产权的水力脉动振荡马达技术具有重要的经济价值和社会价值。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是为了进一步提高井下动力马达的破岩效率，充分发挥轴向冲击在破岩方面的技术优势，同时增加振荡减阻作用，保护钻头，降低钻井综合成本，满足油气资源高效开发的要求，提出一种为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场提供动力的水力脉动振荡马达。
[0005]其技术方案是:
[0006]水力脉动振荡马达，包括壳体和装置在壳体内的马达总成，马达总成包括定子、转子和驱动轴，其特征是:在马达总成转子上部通过联轴器连接有下盘阀，下盘阀上部设置上盘阀，上盘阀外周通过导流装置与壳体内壁固定连接，导流装置设有轴向贯通的导流孔，下盘阀的顶面与上盘阀底面构成旋转配合，上盘阀和下盘阀沿中心轴周向设置间隔配合的导流通道。
[0007]上述方案进一步包括:
[0008]导流装置与上盘阀为一体结构或者分体结构，其导流孔为直线型或螺旋形。
[0009]壳体的上端部设有螺纹接头，马达总成的驱动轴外端部设有螺纹接头。
[0010]本实用新型的水力脉动振荡马达利用水击波的能量，既能够产生轴向冲击载荷提高钻头的瞬时钻压，又能够是井下动力马达产生脉动振荡效应，减小摩阻扭矩，降低脱压的影响，对于复杂结构井的钻井提速具有重要作用。水力脉动振荡马达能够通过调整上盘阀、下盘阀、导流装置的结构参数，实现适用于各种类型钻头(牙轮钻头、PDC钻头等)的技术要求。现场应用结果表明，水力脉动振荡马达能够平均提高钻井效率67.5%，节省钻井周期5-10天，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的。
[0011]同时，水力脉动振荡马达还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。
【附图说明】
[0012]图1是依据本实用新型所提出的一种水力脉动振荡马达结构示意图。
[0013]图2是图1中导流装置横截面示意图。
[0014]图3是图1中上盘阀横截面示意图。
[0015]图4是图1中下盘阀横截面示意图。
[0016]图中1_壳体、2-导流装置、3-上盘阀、4-下盘阀、5-联轴器、6_马达总成。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图来详细描述本发明。
[0018]如图1，导流装置2、上盘阀3、下盘阀4、联轴器5、马达总成6均安装在壳体I内部，上盘阀3与下盘阀4安装在导流装置2内部，上盘阀3与导流装置2内壁固定连接，导流装置2与壳体I内壁固定连接，下盘阀4通过联轴器5与马达总成6连接。
[0019]马达总成6包括定子、转子和与转子连接的驱动轴，与常规马达基本相同，在此不再进行详细说明。壳体I的上端部设有外螺纹接头，马达总成6的驱动轴外端部设有内螺纹接头。
[0020]参照图2，导流装置2沿轴向设有间隔分布的四个导流孔。
[0021]参照图3和4，上盘阀3、下盘阀4采用相同的结构，下盘阀4的顶面与上盘阀3底面构成旋转配合，上盘阀3和下盘阀4沿中心轴周向设置间隔配合的导流通道，该导流通道与通道之间的阻挡块通过旋转不断构成通、断配合。
[0022]本实施例的水力脉动振荡马达应用钻井过程中，钻井液进入水力脉动振荡马达，通过导流装置进入马达总成，驱动马达总成开始转动，通过联轴器驱动下盘阀开始转动，当上盘阀与下盘阀的导流流道贯通时，钻井液通过上盘阀、下盘阀到达马达总成，随着马达总成的不断转动，当上盘阀与下盘阀的流道关闭时，钻井液的流动被瞬间阻断，造成上盘阀上部与下部空间内液压力发生改变，产生水击波效应，并沿壳体传播，从而引起壳体产生轴向冲击载荷与振荡效应，与此同时，也能够产生脉冲射流的效果。随着马达总成的不断转动，下盘阀继续转动，上盘阀与下盘阀流道再次贯通，钻井液可继续流动，上述过程不断重复，即产生了脉动振荡效应。导流装置既能够确保水力脉动振荡马达的顺利启动，又能够确保马达总成的正常运转。
【主权项】
1.水力脉动振荡马达，包括壳体(I)和装置在壳体(I)内的马达总成(6)，马达总成(6)包括定子、转子和驱动轴，其特征是:在马达总成(6)转子上部通过联轴器(5)连接有下盘阀(4)，下盘阀(4 )上部设置上盘阀(3 )，上盘阀(3 )外周通过导流装置(2 )与壳体(I)内壁固定连接，导流装置(2)设有轴向贯通的导流孔，下盘阀(4)的顶面与上盘阀(3)底面构成旋转配合，上盘阀(3)和下盘阀(4)沿中心轴周向设置间隔配合的导流通道。
2.根据权利要求1所述的水力脉动振荡马达，其特征是:导流装置(2)与上盘阀(3)为一体结构或者分体结构，其导流孔为直线型或螺旋形。
3.根据权利要求1或2所述的水力脉动振荡马达，其特征是:壳体(I)的上端部设有螺纹接头，马达总成(6)的驱动轴外端部设有螺纹接头。
【专利摘要】本实用新型涉及钻探工具领域的一种水力脉动振荡马达，包括壳体和装置在壳体内的马达总成，马达总成包括定子、转子和驱动轴，其中：在马达总成转子上部通过联轴器连接有下盘阀，下盘阀上部设置上盘阀，上盘阀外周通过导流装置与壳体内壁固定连接，导流装置设有轴向贯通的导流孔，下盘阀的顶面与上盘阀底面构成旋转配合，上盘阀和下盘阀沿中心轴周向设置间隔配合的导流通道。本实用新型安装在底部钻具与钻头之间，不仅能够为钻头破岩提供高转速和大扭矩，还能够利用水击波的能量使得马达产生轴向振荡，降低脱压的影响，提高了钻井速度，同时具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点，便于批量制造和大范围推广应用。
【IPC分类】E21B4-02, F03C2-00
【公开号】CN204327395
【申请号】CN201420707866
【发明人】李文飞, 周金柱, 耿应春, 李玄烨, 夏文安, 周延军, 崔杰, 姜兰其, 于承朋, 翟文涛
【申请人】中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月21日