CN112049572B - 一种水力脉冲器及水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水力脉冲器及水力振荡器，其中，水力脉冲器包括：缸体组件，缸体组件内设置有中心通道；脉冲阀组件，设置于中心通道内，脉冲阀组件与缸体组件的内壁之间形成环形流道；轴向止推件，设置于中心通道内，且轴向止推件的两端分别抵接于脉冲阀组件的一端和缸体组件上；弹性减震件，设置于中心通道内，且弹性减震件的两端分别弹性作用于脉冲阀组件的另一端和缸体组件上。本申请通过轴向止推件和弹性件减震件将脉冲阀组件轴向弹性限位于缸体组件中，因此，脉冲阀组件在工作中产生的轴向冲击力被轴向止推件和弹性减震件缓冲，从而降低了脉冲阀组件的受力冲击，提高了水力脉冲器的使用寿命。

Description

一种水力脉冲器及水力振荡器

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种水力脉冲器。本发明还涉及一种包含该水力脉冲器的水力振荡器。

背景技术

石油天然气钻探中，随着油田勘探开发进程的不断深入，水平井、大位移井所占的比例越来越大。目前，在水平井与大位移井的钻井过程中，钻具与井壁之间的摩擦阻力通常较大，使得钻井过程中钻头托压现象严重，钻头牙齿无法吃入地层进行有效破岩，进而造成钻井钻速低、钻井周期长、钻井成本高，制约了水平井和大位移井的发展。在钻具中加入水力振荡器即可解决此问题，水力振荡器由水力脉冲器和推进器组成，常规水力脉冲器由于其内部脉冲阀工作环境恶劣，所受外力冲击严重，造成水力脉冲器寿命很低。

因此，如何解决水力脉冲器中脉冲阀受外力冲击严重的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水力脉冲器，以降低水力脉冲器内部的脉冲阀的受力冲击，提高使用寿命。

本发明的另一个目的在于提供包含该水力脉冲器的水力振荡器，以提高使用寿命。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种水力脉冲器，包括：

缸体组件，所述缸体组件内设置有中心通道；

脉冲阀组件，设置于所述中心通道内，所述脉冲阀组件与所述缸体组件的内壁之间形成环形流道；

轴向止推件，设置于所述中心通道内，且所述轴向止推件的两端分别抵接于所述脉冲阀组件的一端和所述缸体组件上；

弹性减震件，设置于所述中心通道内，且所述弹性减震件的两端分别弹性作用于所述脉冲阀组件的另一端和所述缸体组件上。

优选地，在上述的水力脉冲器中，所述轴向止推件的轴线位置设置有止推凸起，所述轴向止推件的径向边缘位置设置有定位环，所述轴向止推件的位于所述定位环和所述止推凸起之间的位置设置有轴向通孔，所述止推凸起抵接于所述脉冲阀组件的上端，所述定位环抵接于所述缸体组件上，所述轴向通孔连通所述环形流道。

优选地，在上述的水力脉冲器中，所述轴向通孔为多个，且沿圆周方向均匀布置于所述轴向止推件上。

优选地，在上述的水力脉冲器中，所述弹性减震件为弹簧、蝶簧或弹性橡胶。

优选地，在上述的水力脉冲器中，所述脉冲阀组件包括：

螺杆转子，所述螺杆转子的上端与所述轴向止推件抵接；

转阀，与所述螺杆转子的下端固定连接，所述转阀在所述中心通道内偏心转动，所述转阀的内部设置有轴向流道，所述转阀的阀壁设置有连通所述环形流道和所述轴向流道的进液通道；

定阀，所述定阀设置有与所述中心通道连通的轴向出液通道，所述定阀的上端与所述转阀的下端接触，所述转阀相对所述定阀偏心转动，所述定阀的下端与所述弹性减震件弹性抵接。

优选地，在上述的水力脉冲器中，还包括固定于所述中心通道中的定阀座，所述定阀轴向移动地套接于所述定阀座上，所述弹性减震件套于所述定阀座上，且所述弹性减震件的两端分别与所述定阀的下端和所述定阀座弹性接触，所述定阀座设置有连通所述轴向出液通道和中心通道的中心通孔。

优选地，在上述的水力脉冲器中，所述缸体组件包括：

上接头，所述轴向止推件的上端抵接于所述上接头的下端；

缸体，所述上接头连接于所述缸体的上端，所述螺杆转子和转阀设置于所述缸体中；

下接头，所述下接头连接于所述缸体的下端，所述定阀、所述弹性减震件和所述定阀座设置于所述下接头中。

本发明还提供了一种水力振荡器，包括水力脉冲器和推进器，水力脉冲器为如以上任一项所述的水力脉冲器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的水力脉冲器中，缸体组件的中心通道中设置有脉冲阀组件、轴向止推件和弹性减震件，轴向止推件和弹性减震件分别设置于脉冲阀组件的两端，通过轴向止推件和弹性件减震件将脉冲阀组件轴向弹性限位于缸体组件中，因此，脉冲阀组件在工作中产生的轴向冲击力被轴向止推件和弹性减震件缓冲，从而降低了脉冲阀组件的受力冲击，提高了水力脉冲器的使用寿命。

本发明提供的水力振荡器由于采用了本申请中的水力脉冲器，因此具有相同的技术效果，在此不再赘述。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种水力脉冲器的结构示意图；

图2为图1中的轴向止推件部位的局部放大图；

图3为本发明实施例提供的一种水力脉冲器的轴向止推件的结构示意图；

图4为图1中定阀部位的局部放大图；

图5为本发明实施例提供的一种水力脉冲器的转阀的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种水力脉冲器的定阀、弹性减震件和定阀座组合的结构示意图。

其中，1为缸体组件、2为轴向止推件、3为脉冲阀组件、4为弹性减震件、 5为定阀座；

11为上接头、12为缸体、13为下接头、14为中心通道、21为定位环、22 为止推凸起、23为轴向通孔、31为螺杆转子、32为转阀、321为进液通道、322 为轴向流道、33为定阀、331为轴向出液通道、51为中心通孔。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种水力脉冲器，降低了水力脉冲器内部的脉冲阀的受力冲击，提高了使用寿命。

本发明还提供了包含该水力脉冲器的水力振荡器，提高了使用寿命。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图4，本发明实施例提供了一种水力脉冲器，包括缸体组件1、脉冲阀组件3、轴向止推件2和弹性减震件4；其中，缸体组件1内设置有中心通道14；脉冲阀组件3设置于中心通道14内，脉冲阀组件3与缸体组件1的内壁之间形成环形流道，脉冲阀组件3用于形成脉冲压力；轴向止推件2设置于中心通道14内，且轴向止推件2的两端分别抵接于脉冲阀组件3的一端和缸体组件1上；弹性减震件4设置于中心通道14内，且弹性减震件4的两端分别弹性作用于脉冲阀组件3的另一端和缸体组件1上。

该水力脉冲器工作时，钻井液进入缸体组件1的中心通道14中，在经过脉冲阀组件3时形成脉冲压力，此过程中脉冲阀组件3会受到周期性的轴向冲击，而在本实施例中，轴向止推件2和弹性减震件4分别设置于脉冲阀组件3的两端，通过轴向止推件2和弹性件减震件4将脉冲阀组件3轴向弹性限位于缸体组件1中，因此，脉冲阀组件3在工作中产生的轴向冲击力被轴向止推件2和弹性减震件4缓冲，从而降低了脉冲阀组件3的受力冲击，提高了水力脉冲器的使用寿命。

如图2和图3所示，对轴向止推件2进行优化，在本实施例中，轴向止推件 2的轴线位置设置有止推凸起22，轴向止推件2的径向边缘位置设置有定位环 21，轴向止推件2的位于定位环21和止推凸起22之间的位置设置有轴向通孔23，止推凸起23抵接于脉冲阀组件4的上端，定位环21抵接于缸体组件1上，轴向通孔23连通环形流道。该轴向止推件2不仅能够两端分别抵接于缸体组件 1和脉冲阀组件3上，轴向限位脉冲阀组件3向上移动，而且通过轴向通孔23与环形流道连通，使钻井液由上部向下部顺利流通。

进一步地，在本实施例中，轴向通孔23为多个，且沿圆周方向均匀布置于轴向止推件2上。如此设置，使钻井液流动更加均匀。轴向通孔23可以为圆形孔、矩形孔或腰型孔，只要能够实现上下连通即可，并不局限于本实施例所列举的结构形式。

在本实施例中，弹性减震件4为弹簧、蝶簧或弹性橡胶，只要能够起到轴向弹性缓冲即可。

如图1、图4和图5所示，本实施例提供了一种具体的脉冲阀组件3，其包括螺杆转子31、转阀32和定阀33；其中，螺杆转子31为螺杆结构，在钻井液的驱动作用下，螺杆转子31在缸体组件1的中心通道14内相对中心通道14偏心转动，螺杆转子31的上端与轴向止推件2抵接，从而限制了整个脉冲阀组件3 向上移动；转阀32与螺杆转子31的下端固定连接，螺杆转子31带动转阀32在中心通道14内偏心转动，转阀32的内部设置有轴向流道322，转阀32的阀壁设置有连通环形流道和轴向流道322的进液通道321，从而使钻井液由环形流道进入轴向流道322内；定阀33设置有与中心通道14连通的轴向出液通道331，定阀33的上端与转阀32的下端接触，转阀32相对定阀33偏心转动，定阀33的下端与弹性减震件4弹性抵接，定阀33的轴向出液通道331与中心通道14同轴线，因此，转阀32在相对定阀33偏心转动的过程中，转阀32的轴向流道322与定阀33的轴向出液通道331周期性交错重叠变化，造成流体过流面积的周期性变化，过流面积的变化将造成节流进而造成定阀33上方流体压力出现周期性变化，形成脉冲压力。

该脉冲阀组件3的螺杆转子31运动的同时会产生剧烈的上下窜动，通过轴向止推件2对螺杆转子31进行轴向止推限位，通过弹性减震件4对定阀33产生轴向缓冲，能使螺杆转子31不再剧烈上下窜动，这将大大改善连接在螺杆转子31下部的转阀32的受力冲击，转阀32和与转阀32相接触的定阀33由于受力情况的改善，寿命均大幅增加，这将使水力脉冲器的寿命大幅提高。

如图4和图6所示，进一步地，在本实施例中，水力脉冲器还包括定阀座5，定阀座5固定于缸体组件1的中心通道14中，定阀33轴向移动地套接于定阀座5 上，弹性减震件4套于定阀座33上，且弹性减震件4的两端分别与定阀33的下端和定阀座5弹性接触，定阀座5设置有连通轴向出液通道331和中心通道14的中心通孔51。定阀33通过弹性减震件4与定阀座5发生推力作用，定阀33可以相对定阀座5作轴向运动，弹性减震件4根据其受力大小可以轴向伸缩产生位移，且通过定阀座5径向限位定阀33，提高定阀33的轴向移动的稳定性。钻井液由轴向出液通道331进入中心通孔51，最后经中心通道14排出。

如图1、图2和图4所示，在本实施例中，缸体组件1包括上接头11、缸体 12和下接头13；其中，上接头11连接于缸体12的上端，下接头13连接于缸体 12的下端，上接头11、缸体12和下接头13共同形成内部的中心通道14，轴向止推件2的上端抵接于上接头11的下端，具体地，轴向止推件2的定位环21与上接头11的下端抵接限位；螺杆转子31和转阀32设置于缸体12中；定阀33、弹性减震件4和定阀座5设置于下接头13中，定阀座5固定于下接头13中。采用三段分体结构，可以方便内部部件的安装和拆卸，当然，也可以采用两段式分体结构或一体结构。

基于以上任一实施例所描述的水力脉冲器，本发明实施例还提供了一种水力振荡器，包括水力脉冲器和推进器，其中，水力脉冲器为以上任一实施例所描述的水力脉冲器。

由于水力振荡器由本申请中的水力脉冲器与传统推进器组合而成，水力振荡器安装在钻井钻具组合下部距离钻头不远处，内部产生的压力脉冲可对下部钻具组合施加适当的周期性的钻具轴向振动，使钻具与井壁接触概率减少并降低摩阻，从而有效地减小钻进过程中钻具与井壁之间的静摩擦力，促进底部钻具产生蠕动前行效果，增加有效钻压的传递，提高机械钻速。由于水力振荡器采用了本申请中的水力脉冲器，因此提高了使用寿命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种水力脉冲器，其特征在于，包括：

缸体组件(1)，所述缸体组件(1)内设置有中心通道(14)；

脉冲阀组件(3)，设置于所述中心通道(14)内，所述脉冲阀组件(3)与所述缸体组件(1)的内壁之间形成环形流道；

轴向止推件(2)，设置于所述中心通道(14)内，且所述轴向止推件(2)的两端分别抵接于所述脉冲阀组件(3)的一端和所述缸体组件(1)上；

弹性减震件(4)，设置于所述中心通道(14)内，且所述弹性减震件(4)的两端分别弹性作用于所述脉冲阀组件(3)的另一端和所述缸体组件(1)上；

所述脉冲阀组件(3)包括：

螺杆转子(31)，所述螺杆转子(31)的上端与所述轴向止推件(2)抵接；

转阀(32)，与所述螺杆转子(31)的下端固定连接，所述转阀(32)在所述中心通道(14)内偏心转动，所述转阀(32)的内部设置有轴向流道(322)，所述转阀(32)的阀壁设置有连通所述环形流道和所述轴向流道(322)的进液通道(321)；

定阀(33)，所述定阀(33)设置有与所述中心通道(14)连通的轴向出液通道(331)，所述定阀(33)的上端与所述转阀(32)的下端接触，所述转阀(32)相对所述定阀(33)偏心转动，所述定阀(33)的下端与所述弹性减震件(4)弹性抵接。

2.根据权利要求1所述的水力脉冲器，其特征在于，所述轴向止推件(2)的轴线位置设置有止推凸起(22)，所述轴向止推件(2)的径向边缘位置设置有定位环(21)，所述轴向止推件(2)的位于所述定位环(21)和所述止推凸起(22)之间的位置设置有轴向通孔(23)，所述止推凸起(22)抵接于所述脉冲阀组件(3)的上端，所述定位环(21)抵接于所述缸体组件(1)上，所述轴向通孔(23)连通所述环形流道。

3.根据权利要求2所述的水力脉冲器，其特征在于，所述轴向通孔(23)为多个，且沿圆周方向均匀布置于所述轴向止推件(2)上。

4.根据权利要求1所述的水力脉冲器，其特征在于，所述弹性减震件(4)为弹簧、蝶簧或弹性橡胶。

5.根据权利要求1所述的水力脉冲器，其特征在于，还包括固定于所述中心通道(14)中的定阀座(5)，所述定阀(33)轴向移动地套接于所述定阀座(5)上，所述弹性减震件(4)套于所述定阀座(5)上，且所述弹性减震件(4)的两端分别与所述定阀(33)的下端和所述定阀座(5)弹性接触，所述定阀座(5)设置有连通所述轴向出液通道(331)和所述中心通道(14)的中心通孔(51)。

6.根据权利要求5所述的水力脉冲器，其特征在于，所述缸体组件(1)包括：

上接头(11)，所述轴向止推件(2)的上端抵接于所述上接头(11)的下端；

缸体(12)，所述上接头(11)连接于所述缸体(12)的上端，所述螺杆转子(31)和所述转阀(32)设置于所述缸体(12)中；

下接头(13)，所述下接头(13)连接于所述缸体(12)的下端，所述定阀(33)、所述弹性减震件(4)和所述定阀座(5)设置于所述下接头(13)中。

7.一种水力振荡器，包括水力脉冲器和推进器，其特征在于，水力脉冲器为如权利要求1-6任一项所述的水力脉冲器。

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