抗冲击井下螺杆式脉冲发生器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，包括外壳、锁紧螺母、压紧螺母、上推力轴承、下推力轴承、柔性杆、定子胶筒、中空转子、动阀盘、静阀盘，所述的柔性杆设置于所述的外壳的内侧，柔性杆包括圆盘状结构，该圆盘状结构上设有若干的分流孔，所述的下推力轴承设置于该圆盘状结构的下方，所述的上推力轴承设置于该圆盘状结构的上方，所述的压紧螺母设置于上推力轴承的上方，所述的锁紧螺母设置于压紧螺母的上方，所述的中空转子设置于所述的定子胶筒的内侧，所述的柔性杆的下端固定于中空转子上，所述的动阀盘位于中空转子的下方。本发明所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器的动阀盘与静阀盘的间隙可调整，利于整机安装与调试。
【专利说明】
抗冲击井下螺杆式脉冲发生器
技术领域
[0001]本发明属于石油技术领域，尤其是涉及一种抗冲击井下螺杆式脉冲发生器。
【背景技术】
[0002]在石油钻井定向钻进过程中，由井下马达为钻头提供旋转动力，钻柱相对井壁静止。钻柱对井壁的接触压力使得钻柱轴向摩擦阻力增加、旋转扭矩增大。钻柱摩阻积累到一定数值，则使得井下钻具组合的重力(钻压)不能有效传递到钻头，无法正常钻进，同时可能引发钻柱强度破坏而造成井下事故。
[0003]钻井时钻柱内部的压力波动可以为钻柱提供振动，从而使钻具与井壁纵向上的静摩擦变为动摩擦，有效减小钻柱与井眼之间的摩擦阻力，提高钻进过程中钻压传递的有效性。目前钻柱内部的压力波动主要来源是地面泥浆栗的不均匀供液。受到钻具组合以及钻井深度的影响，压力波动的频率与幅值无法控制与有效利用。井下脉冲发生器可以额外为钻柱内部提供周期性压力波动，从而有效克服大位移井和水平井钻柱与井壁之间的摩擦阻力，降低钻柱与井壁之间的扭矩，避免卡钻事故的发生，可大幅度提高钻井效率。
[0004]采用螺杆作为动力元件的脉冲发生器，通过螺杆马达作为动力源，带动阀盘转动，使过流截面积发生周期性变化，可产生周期性压力波动，具有结构简单的特点。然而常规的螺杆式脉冲发生器由于定阀盘与动阀盘在工作中直接摩擦接触，阀盘通常由硬质合金或陶瓷等硬度高、脆性强的材料制成，存在以下缺点:1、转子缺乏径向机械限制，在定子壳体内自转的同时沿中心轴线周转，带动阀盘之间产生不均匀径向接触冲击，缩短使用寿命。2、转子缺乏轴向机械限制，在周期性压力变化的作用下会沿轴线产生周期性振动，从而带动阀盘之间产生不均匀径向冲击，缩短使用寿命。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明旨在提出一种抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，有效避免因周期性轴向受力引发的轴向定位失效。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]—种抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，包括外壳、锁紧螺母、压紧螺母、上推力轴承、下推力轴承、柔性杆、定子胶筒、中空转子、动阀盘、静阀盘，所述的柔性杆设置于所述的外壳的内侧，柔性杆包括圆盘状结构，该圆盘状结构上设有若干的分流孔，所述的下推力轴承设置于该圆盘状结构的下方，所述的上推力轴承设置于该圆盘状结构的上方，所述的压紧螺母设置于上推力轴承的上方，所述的锁紧螺母设置于压紧螺母的上方，所述的中空转子设置于所述的定子胶筒的内侧，所述的柔性杆的下端固定于中空转子上，所述的动阀盘位于中空转子的下方，所述的静阀盘设置于动阀盘的下方，所述的阀盘座设置于静阀盘的下方。所述的上推力轴承与下推力轴承的结构相同。
[0008]进一步，所述的柔性杆包括圆盘状结构、杆状结构，圆盘状结构固定于杆状结构的上部，所述的杆状结构的底端固定于中空转子上;所述的杆状结构的顶端呈圆锥体形;所述的分流孔环形分布于所述的圆盘状结构上;所述的圆盘状结构的上端与下端均设有台阶孔。所述的台阶孔用于轴承的限位固定。
[0009]进一步，所述的外壳包括上接头、上外筒、壳体、下接头，所述的上接头设置于上外筒的上方，上外筒设置于所述的柔性杆的外侧，所述的壳体位于所述的上外筒的下方，壳体设置于所述的定子胶筒的外侧，所述的下接头位于壳体的下方。
[0010]进一步，所述的上外筒的内壁上设置有凹形卡槽，所述的下推力轴承位于该凹形卡槽的内侧;所述的上推力轴承与所述的下推力轴承将柔性杆的圆盘状结构限位固定于所述的凹形卡槽的内侧。
[0011]进一步，所述的动阀盘为外侧呈阶梯状的直径递增的回转体结构，动阀盘上设有动阀盘偏心孔;所述的静阀盘为外侧呈阶梯状的直径递减的回转体结构，静阀盘的中心位置设有静阀盘通孔。
[0012]进一步，所述的静阀盘的下方设置有阀盘座，所述的阀盘座与所述的下接头相连；所述的阀盘座为外侧呈阶梯状的直径递减的回转体结构，阀盘座的中心位置设置有通孔，该通孔与所述的静阀盘通孔的直径相同。
[0013]进一步，所述的阀盘座与下接头之间设置有调整垫片；所述的调整垫片呈圆环状结构。所述的阀盘座的外侧设置有凹槽，凹槽内设置有密封圈。
[0014]进一步，所述的中空转子的上端外侧为左螺旋结构，下端外侧为圆柱结构;所述的中空转子的上端与下端均设有盲孔;所述的位于中空转子上端的盲孔的长度大于所述的位于中空转子下端的盲孔的长度;所述的柔性杆穿过位于中空转子上端的盲孔，并固定于中空转子上；所述的位于中空转子下端的盲孔的孔壁上设有若干的与轴向方向相垂直的通孔;所述的定子胶筒的内侧为内螺旋状结构。
[0015]进一步，所述的中空转子的左螺旋结构与定子胶筒的内螺旋状结构相互啮合。所述的定子胶筒与壳体一体成型。
[0016]进一步，所述的锁紧螺母的中间位置设置有通孔;所述锁紧螺母的内侧的上端为锥形结构;所述的压紧螺母的中间位置设置有通孔;所述的压紧螺母的下端设置有凸缘。
[0017]相对于现有技术，本发明所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器具有以下优势:
[0018](I)本发明所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器的动阀盘及中空转子受到柔性杆的约束，其轴向运动受到约束，与静阀盘存在一定间隙，防止二者直接接触，避免了在周期性压力变化的作用下会引发的与静阀盘之间产生不均匀轴向接触冲击，避免造成动阀盘和静阀盘的冲击破碎，可提高运转稳定性和可靠性;动阀盘及中空转子受到柔性杆的约束，其径向运动受到限制，避免与静阀盘之间产生不均匀径向冲击，造成二者偏磨，同时防止动阀盘在圆周运动中与壳体内部发生碰撞损伤;对柔性杆的轴向约束，采用了双螺母放松结构(锁紧螺母、压紧螺母)，可以有效避免因周期性轴向受力引发的轴向定位失效。
[0019](2)本发明所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器的动阀盘与静阀盘的间隙可调整，利于整机安装与调试。
【附图说明】
[0020]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1为本发明实施例所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器的结构示意图；
[0022]图2为本发明实施例所述的柔性杆A-A面的示意图；
[0023]图3为本发明实施例所述的动阀盘的偏心孔和静阀盘通孔重合时示意图；
[0024]图4为本发明实施例所述的动阀盘的偏心孔和静阀盘通孔错开时示意图。
[0025]附图标记说明:
[0026]1-上接头;2-上外筒;3-锁紧螺母;4-压紧螺母;5-上推力轴承;6_下推力轴承;7_柔性杆;8-壳体;9-定子胶筒；I O-中空转子；11-动阀盘；12-静阀盘；13-阀盘座；14-调整垫片；15-密封圈；16-下接头;17-动阀盘偏心孔;18-静阀盘通孔。
【具体实施方式】
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0029]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0031]如图1-4所示，一种抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，包括外壳、锁紧螺母3、压紧螺母4、上推力轴承5、下推力轴承6、柔性杆7、定子胶筒9、中空转子10、动阀盘11、静阀盘12，所述的柔性杆7设置于所述的外壳的内侧，柔性杆7包括圆盘状结构，该圆盘状结构上设有若干的分流孔，所述的下推力轴承6设置于该圆盘状结构的下方，所述的上推力轴承5设置于该圆盘状结构的上方，所述的压紧螺母4设置于上推力轴承5的上方，所述的锁紧螺母3设置于压紧螺母4的上方，所述的中空转子10设置于所述的定子胶筒9的内侧，所述的柔性杆7的下端固定于中空转子10上，所述的动阀盘11位于中空转子10的下方，所述的静阀盘12设置于动阀盘11的下方，所述的阀盘座13设置于静阀盘12的下方。
[0032]所述的柔性杆7包括圆盘状结构、杆状结构，圆盘状结构固定于杆状结构的上部，所述的杆状结构的底端固定于中空转子10上;所述的杆状结构的顶端呈圆锥体形;所述的分流孔环形分布于所述的圆盘状结构上;所述的圆盘状结构的上端与下端均设有台阶孔。
[0033]所述的外壳包括上接头1、上外筒2、壳体8、下接头16，所述的上接头I设置于上外筒2的上方，上外筒2设置于所述的柔性杆7的外侧，所述的壳体8位于所述的上外筒2的下方，壳体8设置于所述的定子胶筒9的外侧，所述的下接头16位于壳体8的下方。
[0034]所述的上外筒2的内壁上设置有凹形卡槽，所述的下推力轴承6位于该凹形卡槽的内侦所述的上推力轴承5与所述的下推力轴承6将柔性杆7的圆盘状结构限位固定于所述的凹形卡槽的内侧。
[0035]所述的动阀盘11为外侧呈阶梯状的直径递增的回转体结构，动阀盘11上设有动阀盘偏心孔17;所述的静阀盘12为外侧呈阶梯状的直径递减的回转体结构，静阀盘12的中心位置设有静阀盘通孔18。
[0036]所述的静阀盘12的下方设置有阀盘座13，所述的阀盘座13与所述的下接头16相连;所述的阀盘座13为外侧呈阶梯状的直径递减的回转体结构，阀盘座13的中心位置设置有通孔，该通孔与所述的静阀盘通孔18的直径相同。
[0037]所述的阀盘座13与下接头16之间设置有调整垫片14;所述的调整垫片14呈圆环状结构。
[0038]所述的中空转子10的上端外侧为左螺旋结构，下端外侧为圆柱结构;所述的中空转子10的上端与下端均设有盲孔;所述的位于中空转子10上端的盲孔的长度大于所述的位于中空转子10下端的盲孔的长度;所述的柔性杆7穿过位于中空转子10上端的盲孔，并固定于中空转子10上;所述的位于中空转子10下端的盲孔的孔壁上设有若干的与轴向方向相垂直的通孔;所述的定子胶筒9的内侧为内螺旋状结构。
[0039]所述的中空转子10的左螺旋结构与定子胶筒9的内螺旋状结构相互啮合。
[0040]所述的锁紧螺母3的中间位置设置有通孔;所述锁紧螺母3的内侧的上端为锥形结构;所述的压紧螺母4的中间位置设置有通孔;所述的压紧螺母4的下端设置有凸缘。
[0041]所述的上接头I的上端为母扣，下端为公扣，上接头I为内部设置有两端粗中间细的阶梯孔的圆筒状结构;上外筒2的上端为母扣，下端为公扣，上外筒2为底端内部呈锥形面的空腔圆筒状结构;上外筒2的空腔内部设置有阶梯状通孔，该通孔中部为母扣螺纹，空腔下部设置有凹形卡槽，用于限位下推力轴承6;锁紧螺母3为上端内部呈锥形面，下端内部设置有通孔，且外部为公扣螺纹的圆筒状结构;压紧螺母4的中间设有通孔，下部设有凸缘，压紧螺母4为外部为公扣螺纹的圆筒状结构;上推力轴承5和下推力轴承6的结构相同，都是由一个轴圈、一个轴承座圈、一个滚动体与保持架推力组件所组成，主要作用是承受转子作行星运动引起的弯曲载荷和钻头转动时产生的侧向力，上推力轴承5对钻井液起限流作用；柔性杆7为异型杆状结构，顶部呈圆锥体导流结构，圆锥体下方为有限位凸起的圆盘状结构，环绕其中心均匀分布若干个分流孔，其主体为细长杆状，末端为螺纹公扣。壳体8是上端为母扣、下端为公扣的空腔圆筒状结构；定子胶筒9为内孔呈螺旋形的中空圆筒状结构，内部固定有内螺旋状通道;壳体8与定子胶筒9为一体成型；中空转子10是上端外侧为左旋螺结构，下端外侧为圆柱结构，中空转子10的上端与下端均设有盲孔，上端盲孔较长且内底部为母扣螺纹，下端盲孔较短且孔壁上均布垂直于轴向的过流通孔；中空转子10与定子胶筒9组装好后可沿着它们的接触点形成一系列连续的、共轭的、啮合密封腔，在具有压力能的液体作用下，随着密封腔的形成、变化和消失，可迫使转子在定子中作连续运动;动阀盘11为外部呈直径增大的阶梯状，内部设置有动阀盘偏心孔17的回转体结构;静阀盘12为直径减小的阶梯状回转体结构，中心设置有静阀盘通孔18，静阀盘通孔18的直径与阀盘座13中心通孔直径一致；阀盘座13为外部呈阶梯状且直径自上向下递减的中空回转体结构，上端内部设置有阶梯孔，下端内部呈锥形面，中部外端为公扣螺纹，与下接头16的母扣螺纹相连接;调整垫片14为扁平圆环状结构；下接头16为上端外部公扣内部为母扣、下端为公扣、且内部设置有阶梯孔的圆筒状结构，上端内部母扣与阀盘座下端公扣螺纹连接，下端公扣螺纹用于连接钻具。
[0042]安装时，将动阀盘11上部突出部分通过热装处理与中空转子10的底部中心孔相连接;将中空转子10安装与定子胶筒9中；将下推力轴承6安装到上外筒2下部凹槽内，柔性杆7底部穿过下推力轴承6及中空转子10中间空孔;将上推力轴承5安装于柔性杆7限位端面的上侧;压紧螺母4与上外筒2内部母扣螺纹连接;锁紧螺母3与上外筒2内部母扣螺纹连接;通过旋紧二者的衔接螺纹，将内部各组件定位压紧;将上外筒2下端公扣与壳体8上端母扣连接，同时将柔性杆7底部与中空转子10底部母扣螺纹连接;将上外筒2上端母扣与上接头I上端公扣连接;用游标卡尺测量动阀盘11底端面到壳体8底端面的实际距离，测量静阀盘12实际厚度、阀盘座13外缘厚度、以及下接头16上端公扣螺纹的实际长度;在保证动阀盘11底端面和静阀盘12顶端面之间留有不大于0.5mm间隙的基础上计算出调整垫片14的厚度;将两个密封圈15安装在阀盘座13下部凹槽内；将静阀盘12下端凸起部分与阀盘座13顶端上阶梯孔通过热装处理相连接;将调整垫片14安放在阀盘座13公扣螺纹顶端；阀盘座13中部外端公扣螺纹与下接头16的母扣螺纹相连接;下接头16上端外部公扣与壳体8底部公扣相连接。
[0043]各连接中的锥螺纹是专用密封螺纹;上接头I顶部的内螺纹与下接头16底部外螺纹为标准钻杆连接螺纹，用于连接钻具。
[0044]当液体通过上接头I进入所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器后，液体由上接头I的内部通孔流入到柔性杆7所形成的导流环空，液体冲击的作用下带动中空转子10在定子胶筒9内周期旋转，同时中空转子10在定子胶筒9里转动，使动阀盘偏心孔17和静阀盘通孔18之间周期性重合与错开；中空转子10带动柔性杆7旋转。柔性杆7不仅限制了动阀盘11的轴向振动，还限制了其径向位移，给中空转子1—个对中力，减少动阀盘11的偏磨；上推力轴承5、下推力轴承6随着柔性杆7转动旋转，不仅限制了中空转子10的轴向位移，还限制了其轴向振动和冲击；当动阀盘11的动阀盘偏心孔17和静阀盘通孔18重合时，如图3所示，过流面积最大，进入工具的液体可以经由动阀盘偏心孔17和静阀盘通孔18后通过阀盘座13通孔流入下接头16，此时工具内部产生的压力最小；当动阀盘偏心孔17和静阀盘通孔18错开时，如图4所示，进入工具的液体通过的面积变小，此时工具内部产生的压力变大;动阀盘偏心孔17和静阀盘通孔18周期性重合与错开可以使过流面积循环的变化，工具内的压力发生周期性变化，从而产生圆周方向上的振动。
[0045]所述的动阀盘11底端面和静阀盘12顶端面之间留有不大于0.5mm间隙；通过调整流量，可以改变柔性杆7的转动速度，即可改变脉冲压力频率;通过调整动阀盘11和静阀盘12上过流孔的截面积，即可改变脉冲压力幅值。
[0046]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:包括外壳、锁紧螺母(3)、压紧螺母(4)、上推力轴承(5)、下推力轴承(6)、柔性杆(7)、定子胶筒(9)、中空转子(10)、动阀盘(11)、静阀盘(12)，所述的柔性杆(7)设置于所述的外壳的内侧，柔性杆(7)包括圆盘状结构，该圆盘状结构上设有若干的分流孔，所述的下推力轴承(6)设置于该圆盘状结构的下方，所述的上推力轴承(5)设置于该圆盘状结构的上方，所述的压紧螺母(4)设置于上推力轴承(5)的上方，所述的锁紧螺母(3)设置于压紧螺母(4)的上方，所述的中空转子(10)设置于所述的定子胶筒(9)的内侧，所述的柔性杆(7)的下端固定于中空转子(10)上，所述的动阀盘(11)位于中空转子(10)的下方，所述的静阀盘(12)设置于动阀盘(11)的下方，所述的阀盘座(13)设置于静阀盘(12)的下方。2.根据权利要求1所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的柔性杆(7)包括圆盘状结构、杆状结构，圆盘状结构固定于杆状结构的上部，所述的杆状结构的底端固定于中空转子(10)上;所述的杆状结构的顶端呈圆锥体形;所述的分流孔环形分布于所述的圆盘状结构上;所述的圆盘状结构的上端与下端均设有台阶孔。3.根据权利要求1或2所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的外壳包括上接头(I)、上外筒(2)、壳体(8)、下接头(16)，所述的上接头(I)设置于上外筒(2)的上方，上外筒(2)设置于所述的柔性杆(7)的外侧，所述的壳体(8)位于所述的上外筒(2)的下方，壳体(8)设置于所述的定子胶筒(9)的外侧，所述的下接头(16)位于壳体(8)的下方。4.根据权利要求3所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的上外筒(2)的内壁上设置有凹形卡槽，所述的下推力轴承(6)位于该凹形卡槽的内侧;所述的上推力轴承(5)与所述的下推力轴承(6)将柔性杆(7)的圆盘状结构限位固定于所述的凹形卡槽的内侦U。5.根据权利要求1或2所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的动阀盘(11)为外侧呈阶梯状的直径递增的回转体结构，动阀盘(11)上设有动阀盘偏心孔(17);所述的静阀盘(12)为外侧呈阶梯状的直径递减的回转体结构，静阀盘(12)的中心位置设有静阀盘通孔(18)。6.根据权利要求5所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的静阀盘(12)的下方设置有阀盘座(13)，所述的阀盘座(13)与所述的下接头(16)相连;所述的阀盘座(13)为外侧呈阶梯状的直径递减的回转体结构，阀盘座(13)的中心位置设置有通孔，该通孔与所述的静阀盘通孔(18)的直径相同。7.根据权利要求6所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的阀盘座(13)与下接头(16)之间设置有调整垫片(14);所述的调整垫片(14)呈圆环状结构。8.根据权利要求1或2所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的中空转子(10)的上端外侧为左螺旋结构，下端外侧为圆柱结构;所述的中空转子(10)的上端与下端均设有盲孔;所述的位于中空转子(10)上端的盲孔的长度大于所述的位于中空转子(10)下端的盲孔的长度;所述的柔性杆(7)穿过位于中空转子(10)上端的盲孔，并固定于中空转子(10)上;所述的位于中空转子(10)下端的盲孔的孔壁上设有若干的与轴向方向相垂直的通孔;所述的定子胶筒(9)的内侧为内螺旋状结构。9.根据权利要求8所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的中空转子(10)的左螺旋结构与定子胶筒(9)的内螺旋状结构相互啮合。10.根据权利要求1所述的抗冲击井下螺杆式脉冲发生器，其特征在于:所述的锁紧螺母(3)的中间位置设置有通孔;所述锁紧螺母(3)的内侧的上端为锥形结构;所述的压紧螺母(4)的中间位置设置有通孔;所述的压紧螺母(4)的下端设置有凸缘。
【文档编号】E21B28/00GK106014316SQ201610361558
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】冯强, 郭菲, 柳鹤, 吴欣袁, 于志强, 赵虹, 于琛, 汪胜武
【申请人】中国石油集团渤海钻探工程有限公司