CN112112568A - 下振荡滑片射流增程水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，外套筒内固设有涡腔体，涡腔体用于产生振动，在涡腔体一端设有进流孔，在涡腔体另一端设有出流孔，出流孔位于涡腔的圆心位置，在出流孔的一侧设有滑槽，滑槽内设有沿轴向滑动的动滑块，动滑块的行程的一端部分的覆盖出流孔，行程的另一端，完全离开出流孔，以交替的限制出流孔的通流截面。通过采用在涡腔体设置动滑块的方案，使涡腔体的振动驱使动滑块往复运动，从而改变进流道的通流面积，使涡腔体的振动幅度增大，且振动频率降低，进而获得符合井下施工需要的振动形态，即适当的振幅和振动频率。本发明的结构中活动部件较少，使用寿命长，损失在驱动部件的压耗极低，输出效率高。

Description

下振荡滑片射流增程水力振荡器

技术领域

本发明涉及石油钻采设备领域，特别是一种下振荡滑片射流增程水力振荡器。

背景技术

目前油田的钻井已从直井发展为定向井和水平井，钻具通常紧贴下侧井壁，钻具在井壁的摩擦过大，影响钻进效率，使钻压难以传递至钻头。为克服该缺陷，现有技术中出现了水力振荡器的方案，通过水力振荡器将钻具的静摩擦变为动摩擦，以降低摩阻。现有的水力振荡器通常有三种结构，1、螺杆马达结构，通过螺杆驱动动片旋转，使动片与静片之间的孔的通流截面发生周期变化从而产生振动。存在的问题是，该方案的压耗较高，通常达到3~4 Mpa，而且使用寿命通常低于500小时，而且螺杆马达的价格非常高昂，例如类似中国专利文献CN205778542U中的结构。2、射流结构，利用涡腔体产生振动，利用压力介质的周期变化产生高频振动，但是该方案的压耗仅有0.2-0.3 Mpa，频率较高，且频率无法控制。例如中国专利文献CN104963624A中的结构。3、涡轮结构，通过涡轮转子驱动动片旋转，使动片与静片之间的孔的通流截面发生周期变化从而产生振动。该方案存在的问题是，结构较为复杂，转动部件过多，成本高昂，损耗较高，且涡轮转子转速较高，使工具的输出频率较高，不易控制，使用寿命也较短。例如中国专利文献CN104895517A中记载的结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，能够克服现有技术中的缺陷，能够产生符合井下施工需要的振动形态，包括合适的振幅和振动频率，且压耗较低，活动部件少，使用寿命长。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，外套筒内固设有涡腔体，涡腔体用于产生振动，在涡腔体一端设有进流孔，在涡腔体另一端设有出流孔，出流孔位于涡腔的圆心位置，在出流孔的一侧设有滑槽，滑槽内设有沿轴向滑动的动滑块，动滑块的行程的一端部分的覆盖出流孔，行程的另一端，完全离开出流孔，以交替的限制出流孔的通流截面。

优选的方案中，在动滑块的行程的两端设有用于与动滑块进行撞击的端面，以驱动动滑块往复运动。

优选的方案中，所述的滑槽低于涡腔的底面，动滑块的上表面与涡腔的底面平齐。

优选的方案中，滑槽的宽度大于出流孔的直径，滑槽与出流孔之间的阶台构成第二撞击面，滑槽远离出流孔的一端的阶台构成第一撞击面。

优选的方案中，还设有弹簧，弹簧位于趋于使动滑块远离出流孔的位置。

优选的方案中，还设有弹簧，弹簧位于第一撞击面的孔内。

优选的方案中，在涡腔体的下游还设有活塞体，活塞体设有轴向通孔，活塞体与外套筒固定连接，出流孔与活塞体的轴向通孔连通；

活塞体与活塞套筒滑动套接，在活塞体与活塞套筒之间设有碟簧；

活塞体的外壁设有外花键段，活塞套筒的内壁设有内花键段，外花键段与内花键段滑动啮合，以传递扭矩。

优选的方案中，在活塞体与活塞套筒之间靠近的两端的位置设有密封圈。

优选的方案中，碟簧用于驱使活塞体和活塞套筒更接近。

优选的方案中，在涡腔体一端背面两侧的位置设有下凹的进流道，进流道一端与外套筒的内腔连通，进流道另一端与进流孔连通；

在涡腔体另一端背面两侧设有出流道，出流孔通过出流道与活塞体的轴向通孔连通；

进流孔通过一条切换流道与中心流道和切向流道连通，中心流道和切向流道均与涡腔连通，其中中心流道指向出流孔的方向，切向流道沿切向指向涡腔的边缘，以使涡腔体在通入压力介质时产生振动。

本发明提供的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，通过采用在涡腔体设置动滑块的方案，使涡腔体的振动驱使动滑块往复运动，从而改变进流道的通流面积，使涡腔体的振动幅度增大，且振动频率降低，进而获得符合井下施工需要的振动形态，即适当的振幅和振动频率。本发明的结构中活动部件较少，使用寿命长，损失在驱动部件的压耗极低，输出效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构剖视示意图。

图2为本发明中涡腔体背面的结构示意图。

图3为本发明中涡腔的滑槽和动滑块的结构示意图。

图4为本发明中涡腔体的立体图。

图5为本发明的振动曲线示意图。

图中：外套筒1，涡腔体2，进流道201，进流孔202，出流孔203，出流道204，涡腔205，中心流道206，外环道207，切换流道208，切向流道209，切换流道210，滑槽21，动滑块22，弹簧23，第一撞击面24，第二撞击面25，活塞体3，外花键段4，内花键段5，碟簧6，连接头7，密封圈8，活塞套筒9。

具体实施方式

如图1~4中，一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，外套筒1内固设有涡腔体2，涡腔体2用于产生振动，在涡腔体2一端设有进流孔205，在涡腔体2另一端设有出流孔203，出流孔203位于涡腔205的圆心位置，在出流孔203的一侧设有滑槽21，滑槽21内设有沿轴向滑动的动滑块22，动滑块22的行程的一端部分的覆盖出流孔203，行程的另一端，完全离开出流孔203，以交替的限制出流孔203的通流截面。由此结构，由于涡腔体2产生的振动，振动方向为沿着外套筒1的轴向方向，而动滑块22在滑槽21内沿着轴向滑动，在涡腔体2振动条件下产生相对运动，从而间歇的覆盖部分出流孔203，使通流面积减少，振动曲线发生变化，由于动滑块22的滑动行程较长，在滑动过程中，并不会急剧的改变通流面积，因此使涡腔体2以及和涡腔体2固定来接的外套筒1产生多个振动曲线的叠加，曲线图形如图5中所示。其中振幅较小的曲线由涡腔体2在压力介质的影响下产生。而振幅较大的曲线由动滑块22交替覆盖出流孔203产生。从而实现增大涡腔体2振动幅度和降低涡腔体2振动频率的效果，以获得符合井下施工需要的振动形态。优选的，通过改变动滑块22的行程即可改变振动幅度和振动频率。

优选的方案如图3、4中，在动滑块22的行程的两端设有用于与动滑块22进行撞击的端面，以驱动动滑块22往复运动。设置的用于撞击的端面，能够将涡腔体2振动产生的动能传递给动滑块22往复运动，且由于涡腔体2的动量远大于动滑块22的动量，因此动滑块22能够获得较高的滑动速度，直至与行程另一端的端面撞击，但是动滑块22的往复运动的频率还是低于涡腔体2由压力介质产生的自振频率，因此动滑块22在滑动过程中获得较低的振动频率并增大振幅。

优选的方案如图4中，所述的滑槽21低于涡腔205的底面，动滑块22的上表面与涡腔205的底面平齐。由此结构，减少动滑块22对压力介质的无效扰动。

优选的方案如图3中，滑槽21的宽度大于出流孔203的直径，滑槽21与出流孔203之间的阶台构成第二撞击面25，滑槽21远离出流孔203的一端的阶台构成第一撞击面24。由此结构，能够进一步减少和避免动滑块22对压力介质的无效扰动。并能够将撞击可靠的传递给动滑块22。

优选的方案如图3、4中，还设有弹簧23，弹簧23位于趋于使动滑块22从上游方向远离出流孔203的位置。由此结构，有利于获得规律的振动曲线。由于弹簧23的弹力仅略大于动滑块22的静摩擦力，因此对动滑块22的撞击反弹运动影响较小，但是能够避免动滑块22出现与涡腔体2随动的现象。

优选的方案如图3、4中，还设有弹簧23，弹簧23位于第一撞击面24的孔内。可替换的，弹簧23也可以是设置在一个槽内。由此结构，进一步减少对压力介质的无效扰动。

优选的方案1中，因图1为细长结构，为便于观察采用了截成两段的绘制方法，截断的位置为一个连接整体，在涡腔体2的下游还设有活塞体3，活塞体3设有轴向通孔，活塞体3与外套筒1固定连接，出流孔203与活塞体3的轴向通孔连通；

活塞体3与活塞套筒9滑动套接，在活塞体3与活塞套筒9之间设有碟簧6；

活塞体3的外壁设有外花键段4，活塞套筒9的内壁设有内花键段5，外花键段4与内花键段5滑动啮合，以在相对滑动的同时传递扭矩。

优选的方案如图1中，在活塞体3与活塞套筒9之间靠近的两端的位置设有密封圈8。由此结构，采用将涡腔体2与活塞体3结合的方案，能够进一步的放大振幅，减少振动频率，设置的花键段能够可靠的传递扭矩。

优选的方案中，碟簧6用于驱使活塞体3和活塞套筒9更接近。当压力介质的压力增大趋势活塞体3与活塞套筒9分开，而随着动滑块22使进流孔25的通流截面变小，压力介质的压力减小，碟簧6又驱使活塞体3和活塞套筒9更接近，从而构成往复振动。

优选的方案如图2中，在涡腔体2一端背面两侧的位置设有下凹的进流道201，进流道201一端与外套筒1的内腔连通，进流道201另一端与进流孔205连通；

在涡腔体2另一端背面两侧设有出流道204，出流孔203通过出流道204与活塞体3的轴向通孔连通；

进流孔205通过一条切换流道210与中心流道206和切向流道209连通，中心流道206和切向流道209均与涡腔211连通，其中中心流道206指向出流孔203的方向，切向流道209沿切向指向涡腔211的边缘，以使涡腔体2在通入压力介质时产生振动。还设有外环道207，外环道207包绕从进流孔205到出流孔203外围构成环形通道，外环道207用于缓冲压力介质，以降低振动频率。

以下以最优的结构为例加以说明，使用时，压力介质从图1中外套筒1的左侧进入，在涡腔体2时，从进流道201进入到进流孔202内，如图4中，压力介质先从切换流道210经过中心流道206经出流孔203排出，由于出流孔203的排出受阻，压力介质沿着切向流道209形成涡流，将中心流道206阻断，直到中心流道206中的压力增大突破涡流，由此压力变化，因此产生振动，并使涡腔体2自振。外环道207缓冲部分压力介质，从而降低振动频率。随着涡腔体2的自振，涡腔体2通过第一撞击面24和第二撞击面25撞击动滑块22的两端，驱动动滑块22沿着滑槽21滑道往复运动，并在运动过程中部分的覆盖出流孔203，随着出流孔203的通流截面变小，压力介质的压力随之减小，压力介质施加给活塞体3右侧端面的压力随之降低，在碟簧6的作用下，活塞体3向右运动，而随着动滑块22向图1中的左侧运动，出流道204的通流截面变大，压力介质的压力随之增大，压力介质施加给活塞体3右侧端面的压力随之相应增加，压缩碟簧6使活塞体3向图1的左侧运动。直至动滑块22被撞击后再次向右运动。需要说明的，在活塞体3往复运动时，涡腔体2仍在压力介质的作用下产生自振，该自振的频率高于活塞体3往复运动的频率，且涡腔体2的自振也是动滑块22往复运动的动力。设置的弹簧23用于克服动滑块22的静摩擦力，从而避免动滑块22随着涡腔体2的自振振动。本发明的结构运动部件较少，驱动损耗小，有效输出功率较高，使用寿命较长。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。因记载的篇幅所限，本例中未能将所有的组合方案加以举例，因此，上述实施例中的技术特征，在互不冲突的前提下，能够互相组合以产生更多的技术方案。

Claims (10)

1.一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，外套筒（1）内固设有涡腔体（2），涡腔体（2）用于产生振动，在涡腔体（2）一端设有进流孔（205），在涡腔体（2）另一端设有出流孔（203），出流孔（203）位于涡腔（205）的圆心位置，其特征是：在出流孔（203）的一侧设有滑槽（21），滑槽（21）内设有沿轴向滑动的动滑块（22），动滑块（22）的行程的一端部分的覆盖出流孔（203），行程的另一端，完全离开出流孔（203），以交替的限制出流孔（203）的通流截面。

2.根据权利要求1所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：在动滑块（22）的行程的两端设有用于与动滑块（22）进行撞击的端面，以驱动动滑块（22）往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：所述的滑槽（21）低于涡腔（205）的底面，动滑块（22）的上表面与涡腔（205）的底面平齐。

4.根据权利要求3所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：滑槽（21）的宽度大于出流孔（203）的直径，滑槽（21）与出流孔（203）之间的阶台构成第二撞击面（25），滑槽（21）远离出流孔（203）的一端的阶台构成第一撞击面（24）。

5.根据权利要求4任一项所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：还设有弹簧（23），弹簧（23）位于趋于使动滑块（22）远离出流孔（203）的位置。

6.根据权利要求4任一项所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：还设有弹簧（23），弹簧（23）位于第一撞击面（24）的孔内。

7.根据权利要求1~6任一项所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：在涡腔体（2）的下游还设有活塞体（3），活塞体（3）设有轴向通孔，活塞体（3）与外套筒（1）固定连接，出流孔（203）与活塞体（3）的轴向通孔连通；

活塞体（3）与活塞套筒（9）滑动套接，在活塞体（3）与活塞套筒（9）之间设有碟簧（6）；

活塞体（3）的外壁设有外花键段（4），活塞套筒（9）的内壁设有内花键段（5），外花键段（4）与内花键段（5）滑动啮合，以传递扭矩。

8.根据权利要求7所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：在活塞体（3）与活塞套筒（9）之间靠近的两端的位置设有密封圈（8）。

9.根据权利要求7所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：碟簧（6）用于驱使活塞体（3）和活塞套筒（9）更接近。

10.根据权利要求1所述的一种下振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：在涡腔体（2）一端背面两侧的位置设有下凹的进流道（201），进流道（201）一端与外套筒（1）的内腔连通，进流道（201）另一端与进流孔（205）连通；

在涡腔体（2）另一端背面两侧设有出流道（204），出流孔（203）通过出流道（204）与活塞体（3）的轴向通孔连通；

进流孔（205）通过一条切换流道（210）与中心流道（206）和切向流道（209）连通，中心流道（206）和切向流道（209）均与涡腔（211）连通，其中中心流道（206）指向出流孔（203）的方向，切向流道（209）沿切向指向涡腔（211）的边缘，以使涡腔体（2）在通入压力介质时产生振动。

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