本發明涉及一種渦輪式井下水力振蕩器，屬石油井下設備技術領域。

背景技術：

近年來，隨各大油田勘探技術的不斷深入，油井井身結構復雜度逐漸增加，長水平、大斜度及多分支水平井等的數量增加等問題對鉆井工程提出了新的現實要求，使水力振蕩器等工具的發展空間和需求得到了提升。就如何提高水平井水平段長度和實現快速鉆進等問題成為了石油產業相關研究關注的焦點。復雜的井身結構，不僅對鉆井技術和方法提出了較高的要求，而且較大的井斜角使石油鉆桿柱與井壁間的摩擦阻力明顯增大，降低了鉆壓的傳遞效率，影響了機械鉆進速度。

技術實現要素：

本發明的目的在于，針對上述現有技術的不足，提供一種由渦輪驅動，且耐高溫、磨損能力強，以改善鉆壓傳遞效果的渦輪式井下水力振蕩器。

本發明的技術方案是：

一種渦輪式井下水力振蕩器，包括上殼體、下殼體、上接頭、下接頭、花鍵套和中間接頭，其特征在于：上殼體和下殼體之間通過中間接頭相互螺紋連接，下殼體的端頭螺紋安裝有下接頭，上殼體的端頭通過花鍵套螺紋安裝有上接頭；下殼體內通過渦輪軸端帽和推力軸承裝有渦輪軸，渦輪軸上通過扶正軸承A和扶正軸承B裝有渦輪組件，推力軸承一端的下殼體內通過閥座安裝有閥盤；閥盤與渦輪軸螺紋連接；渦輪軸端帽一側的上殼體內安裝有臺階軸，臺階軸上通過臺階軸端帽裝有活塞，活塞一側的臺階軸上裝有蝶形彈簧，蝶形彈簧與活塞接觸連接。

所述的扶正軸承A通過渦輪軸端冒與渦輪軸螺紋固定，扶正軸承B通過渦輪軸軸肩固定在渦輪軸上。

所述的閥座與下接頭螺紋連接。

所述的閥盤和閥座上分別設有兩個對應的過流孔，閥盤和閥座的過流孔端面之間設置有間隙。

所述的花鍵套與臺階軸螺紋連接。

所述的臺階軸與上接頭螺紋連接。

所述的上殼體與花鍵套螺紋連接。

所述的上殼體上設有排液孔。

本發明技術方案與現有技術相比的有益效果在于：

該水力振蕩器的主體結構由純金屬零件組成，沒有橡膠襯套等對高溫比較敏感的元器件，在深井和超深井中也能有較好的工作性能；采用渦輪驅動，沒有偏心運動引起的橫向振動，對LWD、MWD等工具的信號采集工作不產生影響；通過自身軸向的周期性高頻蠕動，使鉆柱與井壁之間的摩擦條件發生變化、鉆柱彈性送鉆的瞬時滑動摩擦系數的增長速度降低，從而降低摩阻、提高機械鉆速；軸承負載小，使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的閥盤的截面結構示意圖；

圖3為本發明的閥座的截面結構示意圖；

圖4為圖1中的A處放大結構示意圖；

圖5為圖1中的B處放大結構示意圖。

圖中：1、上殼體，2、下殼體，3、上接頭，4、下接頭，5、花鍵套，6、中間接頭，7、渦輪軸端帽，8、推力軸承，9、渦輪軸，10、扶正軸承A，11、扶正軸承B，12、定子，13、轉子，14、閥座，15、閥盤，16、過流孔，17、臺階軸，18、臺階軸端帽，19、活塞，20、蝶形彈簧， 21、排液孔。

具體實施方式

該渦輪式井下水力振蕩器包括上殼體1、下殼體2、上接頭3、下接頭4、花鍵套5和中間接頭6。上殼體1和下殼體2之間通過中間接頭6相互螺紋連接，下殼體2的端頭螺紋安裝有下接頭4，上殼體1的端頭通過花鍵套5螺紋安裝有上接頭3；上殼體1與花鍵套5之間螺紋連接。

下殼體2內通過渦輪軸端帽7和推力軸承8裝有渦輪軸9，渦輪軸9上通過扶正軸承A10和扶正軸承B11裝有渦輪組件。渦輪組件由依次安裝在渦輪軸9上的渦輪定子12和轉子13構成。扶正軸承A10通過渦輪軸端冒7與渦輪軸9螺紋固定，扶正軸承B11通過渦輪軸9的軸肩固定在渦輪軸9上，由此實現軸向定位并壓緊定子12和轉子13。

推力軸承8一端的下殼體2內通過閥座14安裝有閥盤15；閥盤15與渦輪軸9螺紋連接，并隨渦輪軸9旋轉；閥座14與下接頭4螺紋連接。閥盤15和閥座14上分別設有兩個對應的過流孔16，閥盤15和閥座14的過流孔端面之間設置有間隙。

該水力振蕩器的推力軸承8用來承受渦輪軸9的軸向力并保證渦輪軸9的對中性，推力軸承8一側由渦輪軸9的軸肩進行軸向定位，推力軸承8另一側由閥盤15定位。

閥盤15中心軸線處開設有通孔，以為推力軸承8減少載荷；閥盤15和閥座14的過流孔16端面之間的間隙，其目的是防止鉆井液過流面積最小時系統產生憋壓現象。

渦輪軸端帽7一側的上殼體1內安裝有臺階軸17，臺階軸17分別與上接頭3和花鍵套5螺紋連接。臺階軸17上通過臺階軸端帽18裝有活塞19，活塞19一側的臺階軸17上裝有蝶形彈簧20，蝶形彈簧20與活塞19接觸連接。上殼體1設置有排液孔21，用來將泄露進碟簧空間的鉆井液排出到鉆柱環形空間。

由于該水力振蕩器的臺階軸17通過螺紋連接在上接頭3上，且與花鍵套5的內臺階面形成臺階配合；從而可對套在臺階軸17上的多片碟形彈簧20構成的碟簧組通過活塞19和臺階軸17的軸肩端面進行軸向固定，并在提升鉆柱時可防止卡鉆等事故致使鉆頭掉落井底的現象。

該水力振蕩器的上接頭3、花鍵套5、臺階軸17、上殼體1、碟形彈簧20、活塞19、臺階軸端帽7構成振動短節。

渦輪軸端帽7、扶正軸承A10、定子12、轉子13、渦輪軸9、扶正軸承B11、推力軸承8、下殼體2、下接頭4構成動力短節。

該水力振蕩器工作時，其上部通過上接頭3與鉆桿連接，下部通過下接頭4與鉆柱及鉆頭連接。工作過程中，鉆桿內部高壓鉆井液的作用驅動渦輪組的轉子13旋轉，形成繞渦輪中心軸線的同心旋轉運動，從而將高壓鉆井液的動能轉化為高速旋轉的機械能，并通過渦輪軸9傳遞到閥盤15，由于閥盤15與渦輪軸9螺紋連接且隨渦輪軸9一起高速旋轉，在閥盤15高速旋轉時，閥盤15與閥座14上的過流孔16發生交錯重疊，使鉆井液在通過時的流通面積發生周期性變化，進而使閥盤15上游液流壓力發生周期性變化，即產生了壓力脈沖。

這一過程中，當閥盤15與閥座14之間的過流面積變小時，閥盤15上游壓力升高，當過流面積最小時，即當閥盤15與閥座14的過流孔分別位于中心軸線兩側時，閥盤15上游高壓液流壓力達到極大值，極大的液流壓力作用在活塞19和臺階軸17上使碟形彈簧20壓縮并將鉆井液的高壓動能轉變為碟簧勢能進行存儲，碟形彈簧20的壓縮運動通過殼體將運動傳遞到鉆頭，從而使井底鉆具向下振動。

當閥盤15與閥座14之間的過流面積變大時，閥盤15上游壓力降低，當過流面積最大時，即當閥盤15與閥座14的過流孔分別位于中心軸線同一側時，閥盤15上游高壓液流壓力達到極小值，由于鉆壓大于所述極小的液流壓力，此前處于壓縮狀態的碟形彈簧20釋放能量，碟形彈簧20伸長并通過該水力振蕩器的殼體將運動傳遞到鉆頭，使鉆頭向上運動。由于渦輪組在高壓鉆井液作用下可提供穩定的旋轉運動，并具有一定的周期，在周期性壓力脈沖作用下，該水力振蕩器即可產生沿軸向的周期性高頻蠕動，使鉆柱與井壁之間的摩擦條件發生變化、鉆柱彈性送鉆的瞬時滑動摩擦系數的增長速度降低，從而降低摩阻、提高機械鉆速。

該水力振蕩器的閥盤15上設置有壓力平衡腔，通過將低壓引入壓力平衡裝置內腔，可使液流壓力作用在閥盤15的端面并產生一個沿軸向向上的作用力，該作用力可減小推力軸承8的負載，從而延長推力軸承8的工作壽命；進而延長該水力振蕩器的使用壽命。