CN108252671B - 一种脉冲震频发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲震频发生器，包括液缸、连杆、活塞和泄压阀门；连杆设于液缸内，活塞和泄压阀门套设于连杆上；连杆设有活塞导向孔和泄压阀门导向孔；泄压阀门挂设于泄压阀门导向孔处，控制液缸的泄压口的开闭；活塞挂设于活塞导向孔处，连杆设置有进液孔。本发明所提供的脉冲震频发生器，通过连杆的上下往复运动可以产生机械脉冲震击波；同时，液缸的液体也同样产生脉冲波喷出液缸外；因此，其广泛应用在很多实际生产领域，例如矿山开采、打桩、设备碎拆、振动试验等，特别在石油开采中发挥重要作用和应用，降低石油采出难度，增大地层岩石渗透率；加速地层岩石破碎，加快钻头钻进速度，提高钻井时效；减小打捞提升负荷，提高打捞解卡效率。

Description

一种脉冲震频发生器

技术领域

本发明属于震击装置技术领域，具体而言，涉及一种脉冲震频发生器。

背景技术

在钻井、修井作业施工中，由于钻井液性能、地质条件及长期大强度开采等原因，使岩石胶结强度降低或破坏，地层出砂或坍塌，造成井下卡钻现象。特别是在油田开发中，油田开发到中后期，长期注水开发加速了开发井段地层胶结强度的降低，地层出砂卡生产管柱的现象不断上升，而解除砂卡生产管柱的最经济、快捷的办法是——活动解卡。

目前，石油钻井还没有连续震击增压加速装置；而且，虽然针对于施工现场的修井打捞解卡开发了多种类型震击器，但由于其对震击解卡的认识不足，不少类型震击器在解卡过程中因震击频率和强度不够或者工艺措施不当而导致无法解卡；同时，采油过程中也没有采油脉冲解堵增加渗透提高产量采油一体化的设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种脉冲震频发生器，以使连杆上下往复运动产生机械脉冲震击波；同时，液体也同样产生脉冲波喷出液缸外；因此，其可以输出脉冲震击波，不仅可以装配在修井打捞工具上，将井下打捞解卡震击解卡器由单次震击革新成连续震击，减小井下被卡落物打捞难度；而且，还可以装配在钻井钻头上，增加钻头对地层岩石破碎冲击力，大大缩短钻井进尺时间，提高钻井时效；同时，通过配套设备安装在低渗透采油井下，通过采油管柱和井口装置向地层发送机械脉冲震击波和流体脉冲波，使地层中石油产生摇溶现象而使流体性质大大改善，减小其密度和粘度，将而降低采出难度，并且脉冲波还可以对地层形成微型压裂，增大地层岩石的渗透率。

本发明所采用的技术方案为：

一种脉冲震频发生器，其包括液缸、连杆、活塞以及泄压阀门；所述液缸的内部设置有两端具有开口的阶梯孔；所述阶梯孔的窄段为低压腔，所述阶梯孔的宽段为高压腔；所述连杆通过所述阶梯孔设置于所述液缸内，且所述连杆的两端位于所述液缸外，所述连杆与所述高压腔和所述低压腔间隙配合；所述活塞和所述泄压阀门套设于所述连杆上，并置于液缸内；所述连杆设置有活塞导向孔和泄压阀门导向孔；

所述泄压阀门挂设于所述连杆上，并与所述泄压阀门导向孔滑动配合；所述泄压阀门与所述连杆密封滑动配合，所述泄压阀门与所述高压腔间隙配合，所述泄压阀门与所述阶梯孔的肩面密封配合；所述液缸设置有与所述低压腔连通的泄压口，并通过所述泄压阀门控制所述泄压口的开闭；所述连杆设置有第一压簧，且所述第一压簧压紧所述泄压阀门销，并沿所述连杆的长度方向设置；

所述活塞挂设于所述连杆上，并与所述活塞导向孔滑动配合；所述活塞与所述连杆和所述高压腔均密封滑动配合；所述连杆还设置有第二压簧，且所述第二压簧压紧所述活塞，并沿所述连杆的长度方向设置；所述连杆设置有进液孔。

进一步，所述第二压紧弹簧套设于连杆上；且所述第而压簧位于所述活塞背离所述泄压阀门的一侧，且所述第二压簧抵住所述活塞。

进一步，所述连杆的外侧壁沿周向设置有挡圈，且所述挡圈位于所述第二压簧远离所述活塞的一端，并抵住所述第二压簧；所述挡圈背离所述第二压簧的一侧设置有用于固定挡圈的卡簧。

进一步，所述活塞的内侧面通过斯特封与所述连杆密封滑动配合；所述活塞的外侧面通过格莱圈与所述液缸的内侧壁密封滑动配合；所述活塞的外侧面还设置有与液缸配合的导向带；所述活塞的内表面设置有环形的斯特封安装槽，所述斯特封嵌设与所述斯特封安装槽内；所述活塞的外侧面设置有环形的导向带安装槽和格莱圈安装槽，所述导向带和所述格莱圈分别嵌设于所述导向带安装槽和所述格莱圈安装槽内。

进一步，所述导向带的数量为两个，且两个所述导向带分别设置于所述格莱圈的两侧。

进一步，所述泄压阀门的内侧面通过斯特封与所述连接杆密封滑动配合；所述泄压阀门的内侧面设置有环形的斯特封安装槽，且所述斯特封嵌设于所述斯特封安装擦内。

进一步，所述泄压阀门与所述阶梯孔的截面的密封配合端为相互匹配的斜面。

进一步，所述连杆为两端具有开口的中空管状；所述连杆的下端开口处设置有补偿塞，所述补偿塞封堵所述连杆的下端开口；所述连杆的上端开口为进液口，且所述进液孔与所述进液口连通。

进一步，所述活塞设置有活塞销，所述泄压阀门设置有泄压阀门销；所述泄压阀门通过所述泄压阀门销挂设于所述连杆上，且所述泄压阀门通过所述泄压阀门销沿所述泄压阀门导向孔的导向滑动；所述活塞通过所述活塞销挂设于所述连杆上，且所述活塞通过所述活塞销沿所述活塞导向孔的导向滑动。

进一步，所述补偿塞的外侧壁设置有外螺纹，所述连杆的下端开口的内侧壁设置有与所述补偿塞相匹配的外螺纹；所述补偿塞和所述连杆的下端开口通过螺纹结构装配连接。

本发明的有益效果：

本发明所提供的脉冲震频发生器，通过连杆的上下往复运动可以产生机械脉冲震击波；同时，液缸的液体也同样产生脉冲波喷出液缸外；因此，其可以输出脉冲震击波，不仅可以装配在修井打捞工具上，将井下打捞解卡震击解卡器由单次震击革新成连续震击，减小井下被卡落物打捞难度；而且，还可以装配在钻井钻头上，增加钻头对地层岩石破碎冲击力，大大缩短钻井进尺时间，提高钻井时效；同时，通过配套设备安装在低渗透采油井下，通过采油管柱和井口装置向地层发送机械脉冲震击波和流体脉冲波，使地层中石油产生摇溶现象而使流体性质大大改善，减小其密度和粘度，将而降低采出难度，并且脉冲波还可以对地层形成微型压裂，增大地层岩石的渗透率

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是实施例1中所述的脉冲震频发生器的结构示意图；

图2是实施例2中所述的多级液缸串连组合的脉冲震频发生器的结构示意图；

图3是实施例3中所述的主动液缸和从动液管串联组合的脉冲震频发生器的结构示意图；

图4是实施例3中所述的变形结构的主动液缸和从动液管串联组合的脉冲震频发生器的结构示意图。

图中标号为：

1、补偿塞，2、连杆，3、密封圈，4、液缸，5、卡簧，6、挡圈，7、第二压簧，8、导向带，9、斯特封，10、格莱圈，11、活塞销，12、活塞，13、泄压阀门销，14、第一压簧，15、泄压阀门。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种脉冲震频发生器，其包括：液缸、连杆、活塞以及泄压阀门；所述液缸的内部设置有两端具有开口的阶梯孔；所述阶梯孔的窄段为低压腔，所述阶梯孔的宽段为高压腔；所述连杆通过所述阶梯孔设置于所述液缸内，且所述连杆的两端位于所述液缸外，所述连杆与所述高压腔和所述低压腔间隙配合；所述活塞和所述泄压阀门套设于所述连杆上，并置于液缸内；所述连杆设置有活塞导向孔和泄压阀门导向孔，且所述活塞导向孔设置有活塞销，所述泄压阀门导向孔设置有泄压阀门销。

所述泄压阀门通过所述泄压阀门销挂设于所述连杆上，并与所述连杆密封滑动配合；且所述泄压阀门与所述高压腔间隙配合，所述泄压阀门与所述阶梯孔的肩面密封配合；所述液缸设置有与所述低压腔连通的泄压口，并通过所述泄压阀门控制所述泄压口的开闭；所述连杆内设置有第一压簧，且所述第一压簧压紧所述泄压阀门销，并沿所述连杆的长度方向设置；所述第一压簧位于所述泄压阀门销背离所述活塞销的一侧。

所述活塞通过所述活塞销挂设于所述连杆上，且所述活塞与所述连杆和所述高压腔均密封滑动配合；所述连杆内还设置有第二压簧，且所述第二压簧压紧所述活塞销，并沿所述连杆的长度方向设置；所述第二压簧位于所述活塞销背离所述泄压阀门销的一侧，所述活塞抵住所述泄压阀门；所述连杆设置有进液孔，所述进液孔位于所述活塞与所述泄压阀门间。

基于上述结构的脉冲震频发生器，其使用过程如下：

液体通过连杆的进液孔进入液缸，并通过液体产生的压力推动活塞带动活塞销沿活塞导向孔向下移动，在活塞销移动至活塞导向孔远离泄压阀门的一端后带动连杆向下移动，泄压阀门销沿泄压阀门导向孔相对滑动；当活塞销带动连杆移动设计距离后，泄压阀门销抵住泄压阀门导向孔远离活塞的一端，连杆带动泄压阀门与阶梯孔的肩面分离，进而泄压口瞬间开启使得液缸内的液体从液缸的泄压口喷出，液缸内的压力降低，从而可以使连杆在工作过程中通过外力作用下进行上移，并通过第二压簧抵动活塞销带动活塞移动至活塞导向孔靠近泄压阀门的一端，通过第一压簧抵动泄压阀门销带动泄压阀门移动至泄压阀门导向孔靠近活塞的一端，活塞抵住泄压阀门，泄压阀门抵住阶梯孔的肩面使得液缸的泄压口关闭，完成一个循环过程。

因此，通过重复上述循环过程使得连杆可以上下往复移动，产生机械脉冲震击波；同时，泄压口重复的开启/关闭，使得液缸的液体也同样产生脉冲波喷出液缸外。其中，根据外力(外力是指工作工程中通过外部加载在连杆上端的力)、压力和排量的大小可以决定连杆往复运动频率和冲击力大小，从而使其相应地产生低、中、高频机械脉冲震击波，并配合液体喷出液缸产生的脉冲波。

其中，所述连杆为两端具有开口的中空管状；所述连杆的下端开口处设置有补偿塞，所述补偿塞封闭所述连杆的下端开口，并抵住所述第二压簧；所述连杆的上端开口为进液口，且所述进液孔与所述进液口连通。

优选地，所述补偿塞的外侧壁设置有外螺纹，所述连杆的下端开口的内侧壁设置有与所述补偿塞相匹配的外螺纹；所述补偿塞和所述连杆的下端开口通过螺纹结构装配连接，从而便于补偿塞与连杆的组装/拆卸。同时，补偿塞设置有密封圈。

同时，所述活塞的内侧面通过斯特封与所述连杆密封滑动配合；所述活塞的外侧面通过格莱圈与所述液缸的内侧壁密封滑动配合；所述活塞的外侧面还设置有与液缸配合的导向带。其中，所述活塞的内表面设置有环形的斯特封安装槽，所述斯特封嵌设与所述斯特封安装槽内；所述活塞的外侧面设置有环形的导向带安装槽和格莱圈安装槽，所述导向带和所述格莱圈分别嵌设于所述导向带安装槽和所述格莱圈安装槽内。具体地，所述导向带的数量为两个，且两个所述导向带分别设置于所述格莱圈的两侧。

所述泄压阀门的内侧面通过斯特封与所述连接杆密封滑动配合；所述泄压阀门的内侧面设置有环形的斯特封安装槽，且所述斯特封嵌设于所述斯特封安装擦内。优选地，所述泄压阀门与所述阶梯孔的截面的密封配合端为相互匹配的斜面，从而提高泄压阀门与阶梯孔的肩面的接触面积，提高密封效果。

本实施例中，所述第二压簧也可以套设于连杆外，所述第二压簧位于所述活塞背离所述泄压阀门的一侧，且相较于上述通过活塞销间接抵住活塞的方式，该设置方式的所述第二压簧直接抵住所述活塞。同时，所述连杆的外侧壁沿周向设置有挡圈，且所述挡圈位于所述第二压簧远离所述活塞的一端，并抵住所述第二压簧；所述挡圈背离所述第二压簧的一侧设置有用于固定挡圈的卡簧。

容易理解的，本实施例中，连杆可以为实心结构，将第二压簧套设于连杆外；连杆还为中空结构，并在连杆内和连杆外同时设置第二压簧，使连杆内的第二压簧抵住活塞销，使连杆外的第二压簧抵住活塞。

实施例2

本实施例提供了一种多级液缸串连组合的脉冲震频发生器，其包括连杆和至少两个液缸，且液缸均套设于连杆外并串联组合；连杆的两端分别位于两端的液缸外，且每个液缸的高压腔的部位均挂设有活塞和泄压阀门。

具体地，如图2所示，液缸的数量为两个，分别为第一液缸和第二液缸；第一液缸和第二液缸串联组合并套设于连杆上，且连杆的两端分别位于第一液缸和第二液缸外。

其中，第一液缸和第二液缸的结构同实施例1中的液缸的结构；第一液缸和第二液缸内均设置有活塞和泄压阀门，且活塞和泄压阀门的结构和设置方式同实施例1中的活塞和泄压阀门的结构和设置方式；连杆对应于第一液缸和第二液缸的位置分别设置有进液孔。优选地，相邻的两个液缸通过螺纹接口可拆卸连接。

实施例3

如图3所示，本实施例提供了一种主动缸和从动缸串连组合的脉冲震频发生器，其包括连杆、第一从动缸、主动缸和第二从动缸；第一从动缸、主动缸和第二从动缸依次串联组合，并套设于连杆上；连杆的两端分别位于第一从动缸和第二从动缸外。

其中，第一主动缸的结构同实施例1中的液缸的结构，第一主动缸内设置有活塞和泄压阀门，且活塞和液压阀门的结构和设置方式同实施例1中的活塞和泄压阀门的结构和设置方式。

第一从动缸和第二从动缸的内部均分别设置有阶梯孔以及活塞；活塞的结构和设置方式同实施例1中的活塞的结构和设置方式；其中，活塞抵住阶梯孔的肩面，阶梯孔的窄段与连杆滑动密封配合。

如图4所示，本实施例中还提供了一种主动缸和从动缸串连组合的脉冲震频发生器的变形结构，其包括连杆、第一主动缸、从动缸和第二主动缸；第一主动缸、从动缸和第二主动缸串联组合，并套设于连杆上；连杆的两端分别位于第一主动缸和第二主动缸外。

其中，第一主动缸和第二主动缸的结构通实施例1中的液缸的结构，第一主动缸和第二主动缸内均设置有活塞和泄压阀门，且活塞和泄压阀门的结构和设置方式同实施例1中的活塞和泄压阀门的结构和设置方式。

从动缸的内部设置有阶梯孔以及活塞；活塞的结构和设置方式同实施例1中的活塞的结构和设置方式；其中，活塞抵住阶梯孔的肩面，阶梯孔的窄段与连杆滑动密封配合。

本实施例中，相邻的主动缸和从动缸可以采用螺纹接口可拆卸连接，从而便于其组装/拆卸。

上述实施例中所述提供的脉冲震频发生器可以作为振动能量大功率输出发动机广泛应用在很多实际生产领域；例如，矿山开采、打桩、设备碎拆、振动试验等，特别在石油开采中发挥以下三项重要作用和应用：

(1)通过配套设备安装在低渗透采油井下，通过采油管柱和井口装置向地层发送机械脉冲震击波和流体脉冲波，并且将这种脉冲波能量传送到地层中；由于地层中石油具有触变性，受到脉冲波的冲击会产生摇溶现象，流体性质大大改善，密度、粘度都将减小，采出难度减小；同时，脉冲波还可以对地层形成微型压裂，增大地层岩石的渗透率。

(2)装配在钻井钻头上部，在钻井循环泥浆压力作用下对钻头产生连续中低频机械振动冲击力，加速地层岩石破碎，加快钻头钻进速度，提高钻井时效，能够使钻井钻进速度加快45-65％。

(3)装配在修井打捞工具上部，从而可以产生向上提升连续中低频机械振动力，这种振动力对井下落物具有松动作用，减小打捞提升负荷，提高打捞解卡效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉冲震频发生器，其特征在于，包括液缸、连杆、活塞以及泄压阀门：所述液缸的内部设置有两端具有开口的阶梯孔：所述阶梯孔的窄段为低压腔，所述阶梯孔的宽段为高压腔：所述连杆通过所述阶梯孔设置于所述液缸内，且所述连杆的两端位于所述液缸外，所述连杆与所述高压腔和所述低压腔间隙配合：所述活塞和所述泄压阀门套设于所述连杆上，并置于液缸内：所述连杆设置有活塞导向孔和泄压阀门导向孔，且所述活塞导向孔内设置有活塞销，所述泄压阀门导向孔内设置有泄压阀门销：

所述泄压阀门通过泄压阀门销挂设于所述连杆上，并与所述泄压阀门导向孔滑动配合：所述泄压阀门与所述连杆密封滑动配合，所述泄压阀门与所述高压腔间隙配合，所述泄压阀门与所述阶梯孔的肩面密封配合：所述液缸设置有与所述低压腔连通的泄压口，并通过所述泄压阀门控制所述泄压口的开闭：所述连杆设置有第一压簧，且所述第一压簧压紧所述泄压阀门销，并沿所述连杆的长度方向设置，所述第一压簧位于所述泄压阀门销背离所述活塞销的一侧：

所述活塞通过活塞销挂设于所述连杆上，并与所述活塞导向孔滑动配合：所述活塞与所述连杆和所述高压腔均密封滑动配合：所述连杆还设置有第二压簧，且所述第二压簧压紧所述活塞，并沿所述连杆的长度方向设置，所述第二压紧弹簧套设于连杆上：且所述第二压簧位于所述活塞背离所述泄压阀门的一侧，且所述第二压簧抵住所述活塞：所述连杆设置有进液孔，所述进液孔位于所述活塞与所述泄压阀门之间。

2.根据权利要求1所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述连杆的外侧壁沿周向设置有挡圈，且所述挡圈位于所述第二压簧远离所述活塞的一端，并抵住所述第二压簧：所述挡圈背离所述第二压簧的一侧设置有用于固定挡圈的卡簧。

3.根据权利要求1所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述活塞的内侧面通过斯特封与所述连杆密封滑动配合：所述活塞的外侧面通过格莱圈与所述液缸的内侧壁密封滑动配合：所述活塞的外侧面还设置有与液缸配合的导向带：所述活塞的内表面设置有环形的斯特封安装槽，所述斯特封嵌设于 所述斯特封安装槽内：所述活塞的外侧面设置有环形的导向带安装槽和格莱圈安装槽，所述导向带和所述格莱圈分别嵌设于所述导向带安装槽和所述格莱圈安装槽内。

4.根据权利要求3所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述导向带的数量为两个，且两个所述导向带分别设置于所述格莱圈的两侧。

5.根据权利要求1所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述泄压阀门的内侧面通过斯特封与所述连接杆密封滑动配合：所述泄压阀门的内侧面设置有环形的斯特封安装槽，且所述斯特封嵌设于所述斯特封安装擦内。

6.根据权利要求1所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述泄压阀门与所述阶梯孔的截面的密封配合端为相互匹配的斜面。

7.根据权利要求1所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述连杆为两端具有开口的中空管状：所述连杆的下端开口处设置有补偿塞，所述补偿塞封堵所述连杆的下端开口：所述连杆的上端开口为进液口，且所述进液孔与所述进液口连通。

8.根据权利要求7所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述活塞设置有活塞销，所述泄压阀门设置有泄压阀门销：所述泄压阀门通过所述泄压阀门销挂设于所述连杆上，且所述泄压阀门通过所述泄压阀门销沿所述泄压阀门导向孔的导向滑动：所述活塞通过所述活塞销挂设于所述连杆上，且所述活塞通过所述活塞销沿所述活塞导向孔的导向滑动。

9.根据权利要求8所述的脉冲震频发生器，其特征在于，所述补偿塞的外侧壁设置有外螺纹，所述连杆的下端开口的内侧壁设置有与所述补偿塞相匹配的外螺纹：所述补偿塞和所述连杆的下端开口通过螺纹结构装配连接。

Images