一种扭摆振荡器的制作方法与工艺

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。

技术实现要素：
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，外套管圆周外表面间隔状对称设置有外凸块。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23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25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。