一种水力振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油钻井设备技术领域，尤其涉及一种水力振荡器。
【背景技术】
[0002]采用定向井、水平井的石油钻井工程，钻头能更好更准确地钻至理想的靶位，提高石油开采的效率和产量。然而，定向井或水平井的井身结构也给钻井工作带来了更大的困难，其中，钻头托压问题较为突出，阻碍着钻井技术的进一步发展。
[0003]钻头托压问题产生的原因在于:在定向井、水平井中，由于存在长距离的井身水平走向，使钻具前面的钻头平躺在井眼内进行钻进，其中大部分的钻井压力被消耗在克服钻具的摩擦阻力上，所以地面设备很难给钻头施加足够的压力用以破碎岩石；同时，地面操作工程师甚至很难弄清楚钻头的精确压力，导致钻进速度受到很大的限制；并且，如果为了解决钻头托压问题而强力加压也会给井身带来很大安全隐患。
[0004]为了解决钻进托压问题，国内外的钻井工程采用了很多改进举措。
[0005]比如，采用合理的造斜方式、采用复合润滑技术、强化井浆的封堵造壁性能等，这一类方法主要是通过改进钻井的状况利于钻具的工作，而在钻具上缺乏有益的改进。另外，针对钻具的改进有采用叶轮产生的钻头振动。比如，合理利用泥浆的高压产生压力波动，使钻具出现高频的脉冲振动，从而将钻具和钻头与井壁的静摩擦变为动摩擦，以减少阻力。然而这种办法产生的振动过于依赖泥浆的压力和芯轴内的密封效果，不容易产生持续稳定的振动。由于钻具依赖泥浆的高压产生推力，所以，难以传递来自钻柱的持续稳定的钻进压力。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种水力振荡器，以解决现有技术的钻具和钻头存在的钻进托压问题，以及过度依赖泥浆压力消除托压的问题。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0008]本实用新型提供的一种水力振荡器，包括芯轴，所述芯轴为设有通孔的腔体；芯轴套，所述芯轴套以可轴向移动的方式套接在所述芯轴的外侧；高压泥浆流经所述芯轴套的内腔，并且流经所述芯轴的内腔；所述芯轴的出口端包裹在所述芯轴套内；弹性件，所述弹性件在受压后，具有推动所述芯轴沿轴向朝上游方向移动、推动所述芯轴套沿轴向朝下游方向移动的趋势；叶轮，所述叶轮设置于所述芯轴套内且位于所述芯轴的下游端口的下游，所述叶轮的转轴垂直于所述芯轴套的轴线方向，高压泥浆驱使所述叶轮转动。
[0009]进一步，所述弹性件为压簧，所述压簧套接在所述芯轴的外侧且位于所述芯轴套的内侧，所述压簧的上游端面与所述芯轴连接，所述压簧的下游端面与所述芯轴套连接。该技术方案的技术效果在于:压簧适用于安装在由芯轴的圆柱体外侧与芯轴套的圆柱形空腔形成的空间，而通过压簧的上游端面与芯轴连接，压簧的下游端面与芯轴套连接，能使压簧具有推动芯轴沿轴向朝上游方向移动、推动芯轴套沿轴向朝下游方向移动的趋势。
[0010]进一步，水力振荡器包括承压套，所述承压套以可沿所述芯轴的轴线方向活动的方式套接在所述芯轴外侧的凸环上，并能够推动所述芯轴移动，所述承压套的下游端面连接所述压簧的上游端面。该技术方案的技术效果在于:由于承压套可沿芯轴的轴线方向活动并推动芯轴移动，且套接在芯轴外侧的凸环上，其下游端面连接压簧的上游端面。所以承压套加固了压簧的上游端面与芯轴的连接，使芯轴能够通过承压套完整地传递来自压簧的轴向弹力。
[0011]进一步，水力振荡器包括套接在所述芯轴外侧的垫圈，所述垫圈的上游端面连接所述压簧的下游端面，所述垫圈的下游端面连接所述芯轴套。该技术方案的技术效果在于:垫圈套接在芯轴外侧，其上游端面连接压簧、其下游端面连接芯轴套。所以垫圈加固了压簧的下游端面与芯轴套的连接，使芯轴套能够通过垫圈完整地传递来自压簧的轴向弹力。
[0012]进一步，水力振荡器包括叶轮座，所述叶轮设置于叶轮座内，所述叶轮座设置在所述芯轴套内。该技术方案的技术效果在于:叶轮座的外形与芯轴套的内腔互相配合，叶轮通过转轴设置在叶轮座上，而叶轮座则放置在芯轴套内。避免了叶轮直接安装在芯轴套上，方便了叶轮和叶轮座的拆装和维护。
[0013]进一步，水力振荡器包括设置在所述叶轮座上游的导流部件，所述导流部件的导流方向朝向所述叶轮。该技术方案的技术效果在于:由于叶轮通过叶轮座设置在芯轴套的内腔，需要设置一个导流部件将高压泥浆流引导并沿着叶片的切线方向流动，使得叶轮在泥浆的冲击作用下，能够沿自身的转轴转动；同时，导流部件使高压泥浆的流通面积变小，促使高压泥浆的流速增大，增强了叶轮的转动效果。
[0014]进一步，水力振荡器包括设置在所述导流部件上游的弹性部件，所述弹性部件用于固定所述导流部件和所述叶轮座。该技术方案的技术效果在于:一方面导流部件和叶轮座通过可拆卸方式放置在芯轴套的内腔，弹性部件给安装导流部件和叶轮座留有较大的可接受的尺寸误差；另一方面，弹性部件降低了叶轮、叶轮座和导流部件的振荡故障率。
[0015]进一步，所述芯轴套靠近上游端面的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，设置有第一密封件。该技术方案的技术效果在于:由于高压泥浆从钻头处返回后，流经芯轴套上游端面，而芯轴套上游端面与芯轴之间具有间隙。设置了第一密封件能够防止高压泥浆流进芯轴与芯轴套之间的环形空腔，防止高压泥浆对芯轴和芯轴套的相互平移运动产生不利的影响。
[0016]进一步，所述芯轴靠近下游端面的外侧壁与所述芯轴套的内侧壁之间，设置有第二密封件。该技术方案的技术效果在于:芯轴的下游端面能够传递来自高压泥浆对芯轴的朝上游方向的压力，而芯轴的下游端面与芯轴套的内侧壁之间具有间隙。设置了第二密封件能够防止高压泥浆流进芯轴与芯轴套之间的环形空腔，防止高压泥浆对芯轴和芯轴套的相互平移运动产生不利的影响，同时，不会减小泥浆对芯轴的压力。
[0017]进一步，所述芯轴套的内侧壁上设置有沿所述芯轴套的轴向延伸的齿条或齿槽，所述芯轴的外侧壁上对应设置有沿所述芯轴的轴向延伸的齿槽或齿条。该技术方案的技术效果在于:芯轴在传递来自钻柱推力的同时，还需要传递来自芯轴套的转矩。通过设置于芯轴外侧壁上的齿条(或齿槽)与芯轴套内侧壁上的齿槽(或齿条)，芯轴和芯轴套之间的转矩能够得到合适的传递。
[0018]本实用新型的有益效果是:芯轴传递来自钻柱的恒定推力，该推力一部分通过弹簧传递给钻具钻头，另一部分用以抵消高压泥浆的反向阻力。当泥浆受叶轮影响产生波动促使反向阻力周期性变化时，能引起弹簧出现周期性变化的压缩变形，从而使整个钻具形成脉冲振荡。该脉冲振荡使钻具的摩擦阻力减小，故钻柱的压力能够大比例地传递到钻头。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型【具体实施方式】的技术方案，下面将对【具体实施方式】描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本实用新型提供的水力振荡器的芯轴及承压套的结构示意图；
[0021]图2为本实用新型提供的水力振荡器的结构示意图；
[0022]图3为图2中A-A向的断面剖视图；
[0023]图4为本实用新型提供的水力振荡器的叶轮座的纵向截面图；
[0024]图5为本实用新型提供的水力振荡器的叶轮座的俯视图。
[0025]附图标记:
[0026]1-芯轴；2-芯轴套； 3-叶轮；
[0027]4-压簧；5-承压套； 6-垫圈；
[0028]7-叶轮座；8-导流部件；9-第一密封件；
[0029]10-第二密封件；11-齿条；12-齿槽；
[0030]Fl-钻柱推力； F2-弹性力； F3-高压泥浆推力。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0033]在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0034]本实施例提供了一种水力振荡器，其中:图1为本实用新型提供的水力振荡器的芯轴及承压套的结构示意图，图2为本实用新型提供的水力振荡器的结构示意图。如图1、2所示，水力振荡器包括四个组件:芯轴1、芯轴套2、弹性件和叶轮3。其中芯轴I为设有通孔的腔体；芯轴套2套接在芯轴I的外侧，并能够沿芯轴I的轴线方向移动，且芯轴I的出口端包裹在芯轴套2内，高压泥浆从芯轴I的内腔流过，所以也完全流过芯轴套2的内腔；弹性件设置在芯轴I和芯轴套2之间，弹性件在受压时，具有推动芯轴I沿轴向朝上游方向移动、推动芯轴套2沿轴向朝下游方向移动的趋势；叶轮3设置于芯轴套2内且位于芯轴I的下游端口的下