一种扭转冲击式轴向振动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种扭转冲击式轴向振动器，其包括：上接头、内筒和下接头，上接头与下接头螺纹连接，内筒与上接头由锁销周向固定，偏心套筒位于内筒的内部，偏心套筒的内壁和外壁之间具有对称的渐变的壁厚，偏心套筒的内壁用于泥浆通过，偏心套筒的底端设有至少一个向下弧线突起；螺旋叶片与偏心套筒的内壁固定，螺旋叶片从偏心套筒的顶端延伸到底端；下接头内部设有流动通道，流动通道的进口端位于偏心套筒内壁下方，进口端的轴线偏离内筒的轴线，进口端的过流面积等于偏心套筒的内壁的截面面积，进口端的端面设有与向下弧线突起嵌合的向上弧线突起，流动通道的出口端与下接头的出口连接。
【专利说明】一种扭转冲击式轴向振动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻井工具领域，具体地说，涉及一种井下钻具使用的扭转冲击式轴向振动器。
【背景技术】
[0002]在石油天然气钻井作业时，钻具不但要竖直方向作业，而且还需要进行水平或其他方向作业。当钻具进行竖直方向作业时，钻头与上部钻柱位于同一轴线，钻头连接在钻柱下端向下钻进，钻头能够接收足够的钻压进行钻井作业；当钻具需要水平方向作业或偏离竖直方向的其它方向作业时，上部钻柱底端需要弯曲相应的角度，例如水平方向钻井作业，底部钻柱处于水平状态，而钻头位于底部钻柱的最前方。由于水平段钻柱的摩阻作用，导致垂直井段的上部钻柱无法有效地施加钻压给钻头，形成托压，也就是说，钻头不能接收到足够的钻压，将直接影响到钻头的钻速。而且，存在不安全隐患，增加井下作业的风险。
[0003]因此，需要借助一种振动提速装置，在钻柱底端的轴向上产生振动，可以缓解托压效应，有效地传递钻压，以达到提高钻头钻进速度的作用和目的。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种扭转冲击式轴向振动器，既能产生轴向振动，又能产生扭转冲击振动，两种振动方式结合能够提高钻速，而且具有体积小，使用方便，成本低的特点。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种扭转冲击式轴向振动器，其包括:上接头、内筒和下接头，所述上接头与所述下接头螺纹连接，所述内筒与所述上接头由锁销周向固定，偏心套筒位于所述内筒的内部，所述偏心套筒的内壁和外壁之间具有对称的渐变的壁厚，所述偏心套筒的内壁用于泥浆通过，所述偏心套筒的底端设有至少一个向下弧线突起；螺旋叶片与所述偏心套筒的内壁固定，所述螺旋叶片从所述偏心套筒的顶端延伸到底端；所述下接头内部设有流动通道，所述流动通道的进口端位于所述偏心套筒内壁下方，所述进口端的轴线偏离所述内筒的轴线，所述进口端的过流面积等于所述偏心套筒的内壁的截面面积，所述进口端的端面设有与所述向下弧线突起嵌合的向上弧线突起，所述流动通道的出口端与所述下接头的出口连接。
[0006]优选地，所述向下弧线突起的凸部与所述向上弧线突起的凹部相对，所述向下弧线突起的凹部与所述向上弧线突起的凸部相对。
[0007]优选地，所述偏心套筒的底端设有多个对称分布的所述向下弧线突起，所述下接头的流动通道的进口端的端面设有与所述向下弧线突起数量相同的对称分布的所述向上弧线突起。
[0008]另外，优选地，所述偏心套筒底端设有两个对称分布的所述向下弧线突起，所述下接头的流动通道的进口端的外围设有两个对称分布的所述向上弧线突起。
[0009]从上述的描述和实践可知，本实用新型提供的扭转冲击式轴向振动器，其一，偏心套筒内设有螺旋叶片，当泥浆通过偏心套筒的螺旋叶片时，偏心套筒产生周向旋转，泥浆的过流面积在偏心套筒和下接头的接触端面处发生变化，导致该端面处的泥浆流动压降的变化，使钻头可以产生轴向振动，过流面积的重复改变，使得轴向振动重复发生，所以能够减轻钻具的托压，有助于提高钻速；其二，偏心套筒底端设有向下弧线突起，下接头设有与向下弧线突起嵌合的向上弧线突起，偏心套筒在旋转过程中，向下弧线突起和向上弧线突起重复离分和嵌入，把偏心套筒的扭转动能不断传递给下接头，下接头带动钻头形成了对地层的扭转切削冲击，有助于提高钻速；其三，轴向振动和扭转冲击振动的同时发生，向下弧线突起和向上弧线突起的离分和嵌合产生的扭转冲击作用，可以加强轴向振动，双重振动的叠加作用可以有效提高钻速，降低钻井成本；其四，扭转冲击式轴向振动器具有体积小，使用方便灵活，而且制造成本低等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]通过下面结合附图对实施例的描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。在附图中，
[0011]图1是本使用新型所述的扭转冲击式轴向振动器的流动通道使用面积最大时示意图；
[0012]图2是在图1所示状态下A部的向下弧线突起与向上弧线突起的配合局部放大示意图；
[0013]图3是图1所示的扭转冲击式轴向振动器的流动通道使用面积最小时示意图；
[0014]图4是在图3所示状态下B部的向下弧线突起与向上弧线突起的配合局部放大示意图。
[0015]扭转冲击式轴向振动器100
[0016]1:上接头；2:锁销；3:内筒；4 封圈；5:下接头；
[0017]51:出口 ；52:流动通道；521:进口端；522:出口端;
[0018]53:向上弧线突起；6:偏心套筒；61:向下弧线突起；7:螺旋叶片。
【具体实施方式】
[0019]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0020]图1是本使用新型所述的扭转冲击式轴向振动器的流动通道使用面积最大时示意图。图2是在图1所示状态下向下弧线突起与向上弧线突起的状态示意图。图3是图1所示的扭转冲击式轴向振动器的流动通道使用面积最小时示意图。图4是在图3所示状态下B部的向下弧线突起与向上弧线突起的配合局部放大示意图。如图1和图2所示，扭转冲击式轴向振动器100其包括上接头1、内筒3、下接头5、偏心套筒6和螺旋叶片7。
[0021]上接头I与下接头5螺纹连接为一体，且与内筒3的截面是同心圆，且关于轴对称，内筒3的顶端与上接头I连接，内筒3与上接头I由锁销2周向固定，上接头I和下接头5关于轴对称。
[0022]在本实施例中，上接头I的内侧壁设有母螺纹，上接头I与上部钻柱螺纹连接。下接头5的出口端51设有公螺纹，下接头5与钻头螺纹连接。内筒3和上接头1、下接头5之间设有多个密封圈4。
[0023]偏心套筒6位于内筒3的内部，偏心套筒6与内筒3和外筒2轴对称，偏心套筒6的内壁和外壁之间具有对称的渐变的壁厚，偏心套筒6的截面是同轴不同心的环形，偏心套筒6的内壁用于泥浆通过，内筒3和偏心套筒6之间设有多个密封圈4。
[0024]偏心套筒6的底端设有至少一个向下弧线突起61。偏心套筒6的底端可以设置一个、两个或三个向下弧线突起61。
[0025]螺旋叶片7与偏心套筒6的内壁固定，螺旋叶片7从偏心套筒6的顶端延伸到底端。
[0026]下接头5内部设有流动通道52，流动通道52的进口端521位于偏心套筒6的内壁下方，进口端521的轴线偏离内筒3的轴线，流动通道52的进口端521的截面积等于或近似等于偏心套筒6的内壁的截面面积。这里，近似等于是指在不影响实施效果的前提下，流动通道52的进口端521的截面积略大于等于或者略小于等于偏心套筒6的内壁的截面面积。在本实施例中，流动通道52偏离竖直方向，流动通道52在下接头5内的进口端和出口端在水平面上是错位的。进口端521的端面设有与向下弧线突起61嵌合的向上弧线突起53，流动通道52出口端522与下接头5的出口 51连接。
[0027]优选地，偏心套筒6的底端设有多个对称分布的向下弧线突起61，通常，设有两个或者三个向下弧线突起61，下接头5的流动通道52的进口端521的端面设有与向下弧线突起61数量相同的对称分布的向上弧线突起53。
[0028]优选地，偏心套筒6底端设有两个对称分布的向下弧线突起61，下接头5的流动通道52的进口端521的端面设有两个对称分布的向上弧线突起53。
[0029]由于偏心套筒6的外壁和内壁之间的壁厚是对称渐变的，所以，偏心套筒6设有壁厚最薄处和最厚处。以偏心套筒6内壁的直径可以作为流动通道52的进口端521的直径，偏心套筒6的截面面积和流动通道52截面面积相等时，泥浆的过流面积最大，此时，定义偏心套筒6的位置为0° ;由于泥浆不断循环通过偏心套筒6而使之不断地旋转，当偏心套筒6旋转180°后，偏心套筒6的原最薄处和原最厚处位置相互对调，泥浆的过流面积在偏心套筒6和流动通道52接触处发生改变，泥浆的过流面积将变化至减小，这是因为，偏心套筒6最厚处的壁厚将部分位于流动通道52上方，而偏心套筒6最薄处的壁厚将抵坐在流动通道52外侧的下接头5上，且偏心套筒6的泥浆过流通道部分抵在流动通道52外侧的下接头5上，即偏心套筒6的渐变壁厚最大程度地减少了泥浆过流面积，此时，泥浆的过流面积最小。
[0030]优选地，向下弧线突起61的凸部与向上弧线突起53的凹部相对，向下弧线突起61的凹部与向上弧线突起53的凸部相对。偏心套筒6在旋转过程中，偏心套筒6底端的向下弧线突起61和下接头5的流动通道52的进口端521的端面的向上弧线突起53重复离分和嵌入，把偏心套筒6的扭转动能不断传递给下接头5，下接头5带动钻头形成了对地层的扭转切削冲击。
[0031]下面介绍扭转冲击式轴向振动器100与钻具配合进行水平作业时的使用过程。使用前，将上接头I与上部钻柱连接，下接头5的出口端与钻头连接，置于井下开始作业。
[0032]首先，泥浆从上接头I进入到偏心套筒6，泥浆流经偏心套筒6内的螺旋叶片7时使得偏心套筒开始旋转；
[0033]如图1所示，当偏心套筒6的位置为0°时，泥浆的过流面积最大，此时，泥浆流动对下接头5产生的压降为最低值；
[0034]如图3所示，当偏心套筒6的位置为180°时，由于偏心套筒6的渐变壁厚最大程度地减少了泥浆过流面积，泥浆的过流面积最小，泥浆流动对下接头5产生的压降为最高值，从而对下接头5产生了一个向下的冲击作用。
[0035]当偏心套筒6又转至初始位置时，泥浆流动对下接头5产生的压降又下降为最低值；这样，泥浆不断循环通过使得偏心套筒6不断旋转，而压降也在最高值和最低值之间不断地循环变化，所以轴向的振动冲击过程也不断循环产生，从而带动下接头5下方的钻头不断产生往复的轴向振动。
[0036]在偏心套筒6底端对称分布的向下弧线突起61与在下接头5的流动通道52的进口端521的外侧对称分布的向上弧线突起53的数量相同，可以设置一个或多个，二者均为对称分布，二者可以相互嵌合且相互配合使用。
[0037]如图2所示，偏心套筒6的位置为0°时，向下弧线突起61被向上弧线突起53顶端顶起，此时，偏心套筒6被支离流动通道52的进口端521处，泥浆的过流面积最大，为扭转冲击做好了态势准备，随着偏心套筒6的继续旋转，向下弧线突起61开始沿着向上弧线突起53的边沿向向上弧线突起53底端俯冲。
[0038]如图4所示，偏心套筒6的位置为180°时，向下弧线突起61与向上弧线突起53嵌合，向下弧线突起61与向上弧线突起53发生冲击接触，此时，偏心套筒6抵在流动通道52的进口端521处，泥浆的过流面积最小；偏心套筒6通过与下接头的瞬时冲击，把旋转冲力传递给下接头，进而带动钻头在旋转过程中产生扭转冲击；随着偏心套筒6继续旋转，向下弧线突起61开始沿着向上弧线突起53的边沿冲向向上弧线突起53的顶端。
[0039]偏心套筒6又转至初始位置，向下弧线突起61被向上弧线突起53顶端顶起，为下一次扭转冲击做好了态势准备，周而复始，下接头5不断产生扭转冲击振动。
[0040]当扭转冲击式轴向振动器设有多个向下弧线突起61和多个对应的向上弧线突起53时，偏心套筒6旋转360°时，可以产生相应次数的扭转冲击振动。例如，当扭转冲击式轴向振动器设有两个向下弧线突起61和两个对应的向上弧线突起53时，偏心套筒6旋转360°时，可以产生2次的扭转冲击振动。
[0041]通过上述本实用新型提供的实施例提供的扭转冲击式轴向振动器，其一，偏心套筒内设有螺旋叶片，当泥浆通过偏心套筒的螺旋叶片时，偏心套筒产生周向旋转，泥浆的过流面积在偏心套筒和下接头的接触端面处发生变化，导致该端面处的泥浆流动压降的变化，使钻头可以产生轴向振动，过流面积的重复改变，使得轴向振动重复发生，所以能够减轻钻具的托压，有助于提高钻速；其二，偏心套筒底端设有向下弧线突起，下接头设有与向下弧线突起嵌合的向上弧线突起，偏心套筒在旋转过程中，向下弧线突起和向上弧线突起重复离分和嵌入，把偏心套筒的扭转动能不断传递给下接头，下接头带动钻头形成了对地层的扭转切削冲击，有助于提高钻速；其三，轴向振动和扭转冲击振动的同时发生，向下弧线突起和向上弧线突起的离分和嵌合产生的扭转冲击作用，可以加强轴向振动，双重振动的叠加作用可以有效提高钻速，降低钻井成本；其四，扭转冲击式轴向振动器具有体积小，使用方便灵活，而且制造成本低等优点。
[0042]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种扭转冲击式轴向振动器，其包括:上接头、内筒和下接头，所述上接头与所述下接头螺纹连接，所述内筒与所述上接头由锁销周向固定，其特征在于， 偏心套筒位于所述内筒的内部，所述偏心套筒的内壁和外壁之间具有对称的渐变的壁厚，所述偏心套筒的内壁用于泥浆通过，所述偏心套筒的底端设有至少一个向下弧线突起; 螺旋叶片与所述偏心套筒的内壁固定，所述螺旋叶片从所述偏心套筒的顶端延伸到底端; 所述下接头内部设有流动通道，所述流动通道的进口端位于所述偏心套筒内壁下方，所述进口端的轴线偏离所述内筒的轴线，所述进口端的过流面积等于所述偏心套筒的内壁的截面面积，所述进口端的端面设有与所述向下弧线突起嵌合的向上弧线突起，所述流动通道的出口端与所述下接头的出口连接。
2.如权利要求1所述的扭转冲击式轴向振动器，其特征在于，所述向下弧线突起的凸部与所述向上弧线突起的凹部相对，所述向下弧线突起的凹部与所述向上弧线突起的凸部相对。
3.如权利要求1所述的扭转冲击式轴向振动器，其特征在于，所述偏心套筒的底端设有多个对称分布的所述向下弧线突起，所述下接头的流动通道的进口端的端面设有与所述向下弧线突起数量相同的对称分布的所述向上弧线突起。
4.如权利要求1所述的扭转冲击式轴向振动器，其特征在于，所述偏心套筒底端设有两个对称分布的所述向下弧线突起，所述下接头的流动通道的进口端的外围设有两个对称分布的所述向上弧线突起。
【文档编号】E21B7/24GK203978284SQ201420355000
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】殷伟男 申请人:殷伟男