CN112112569B - 振荡滑片射流增程水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种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，在进流孔的进入端或者在出流孔的进入端设有滑槽，动滑块滑动安装在滑槽内，动滑块的行程的一端部分的覆盖进流孔或出流孔，行程的另一端，完全离开或出流孔，以交替的限制进流孔的通流截面；在滑槽的两侧设有片簧，片簧与动滑块连接。通过采用在进流道或涡腔设置动滑块的方案，使涡腔体的振动使动滑块往复运动，从而改变进流道或出流道的通流面积，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。

Description

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，在进流孔的进入端或者在出流孔的进入端设有滑槽，动滑块滑动安装在滑槽内，动滑块的行程的一端部分的覆盖进流孔或出流孔，行程的另一端，完全离开或出流孔，以交替的限制进流孔的通流截面；

在滑槽的两侧设有片簧，片簧与动滑块连接。

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，在涡腔体的背面两侧设有进流道，进流道与进流孔连通，滑槽设置在进流道与进流孔连接的位置，滑槽的底面低于进流道的底面，动滑块的顶面与进流道的底面平齐。

优选的方案中，滑槽向两侧拓宽，滑槽和动滑块的宽度大于进流道的宽度；

滑槽的两个端面构成第一撞击面和第二撞击面，用于与动滑块产生撞击。

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，片簧安装在滑槽靠近中部的位置，片簧趋于使动滑块远离进流孔或出流孔；

片簧与滑槽连接的位置设有弧形槽，以避免片簧变形的干涉。

优选的方案中，片簧的一端插在弧形槽内，片簧的另一端插在动滑块内，片簧至少一端为活动连接；

动滑块的底面与滑槽的底面之间设有间隙。

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，碟簧用于驱使活塞体和活塞套筒更接近；

在活塞体与活塞套筒之间靠近的两端的位置设有密封圈；

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。

本发明提供的一种振荡滑片射流增程水力振荡器，通过采用在进流道或涡腔设置动滑块的方案，使涡腔体的振动使动滑块往复运动，从而改变进流道或出流道的通流面积，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为图2的A-A剖视示意图。

图4为本发明另一优选方案的整体结构剖视示意图。

图5为本发明中涡腔的滑槽和动滑块的结构示意图。

图6为本发明中涡腔体的立体图。

图7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，片簧23，第一撞击面24，第二撞击面25，弧形槽26，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

实施例1：

如图1~6中，一种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202，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，在进流孔202的进入端或者在出流孔203的进入端设有滑槽21，动滑块22滑动安装在滑槽21内，动滑块22的行程的一端部分的覆盖进流孔202或出流孔203，行程的另一端，完全离开或出流孔203，以交替的限制进流孔202的通流截面；

在滑槽21的两侧设有片簧23，片簧23与动滑块22连接。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进流孔202或出流孔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固定连接的外套筒1产生多个振动曲线的叠加，曲线图形如图7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交替覆盖进流孔202或出流孔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。设置的片簧231是能够通过阻尼降低振动频率，2是能够减少动滑块22的摩擦力。

优选的方案如图2、3、5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。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图2~3中，在涡腔体2的背面两侧设有进流道201，进流道201与进流孔202连通，滑槽21设置在进流道201与进流孔202连接的位置，滑槽21的底面低于进流道201的底面，动滑块22的顶面与进流道201的底面平齐。由此结构，减少对压力介质的扰动。

优选的方案如图2中，滑槽21向两侧拓宽，滑槽21和动滑块22的宽度大于进流道201的宽度；

滑槽21的两个端面构成第一撞击面24和第二撞击面25，用于与动滑块22产生撞击。由此结构，将涡腔体2自振产生的撞击力可靠传递给动滑块22。

实施例3：

在实施例1和2的基础上，与实施例2中不同的，优选的方案如图4~6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，将动滑块22设置在涡腔205的位置，便于布置和加工。动滑块22的上表面与涡腔205的底面平齐。则减少对压力介质，尤其是形成涡流的压力介质的扰动。

优选的方案如图4~6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，将涡腔体2自振产生的撞击力可靠传递给动滑块22。

实施例4：

在实施例1~3的基础上，优选的方案如图2、5中，片簧23安装在滑槽21靠近中部的位置，片簧23趋于使动滑块22从上游方向远离进流孔202或出流孔203；

片簧23与滑槽21连接的位置设有弧形槽26，以避免片簧23变形的干涉。由此结构，以使片簧23具有足够的变形空间。

优选的方案中，片簧23的一端插在弧形槽26内，片簧23的另一端插在动滑块22内，片簧23至少一端为活动连接；动滑块22的底面与滑槽21的底面之间设有间隙。由此方案，能够大幅降低动滑块22的底面与滑槽21的底面之间的摩擦，从而确保动滑块22的振动频率输出保持稳定。

实施例5：

在实施例1~4的基础上，优选的方案如图1、4中，因图1、4中为细长结构，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，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。

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。

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。

优选的方案中，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202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205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205的边缘，以使涡腔体2在通入压力介质时产生振动。涡腔205在压力介质下产生的振动是整个水力振荡器激振的源头。由于篇幅所限，本例中的涡腔体2并不限于本例中描述的结构，也可以被替换为其他能够产生高频激振的结构，例如冲击器中的激振块，偏心涡轮，偏心叶片等能够使压力介质产生振动的结构。

以下以设置在涡腔205内的动滑块22的结构为例加以说明，设置在进流道201的动滑块22的结构动作相似。使用时，压力介质从图4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、6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，由于涡流的变化，构成激振。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4中的左侧运动，出流孔203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4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。设置的片簧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 (6)

1.一种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（202），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：在进流孔（202）的进入端或者在出流孔（203）的进入端设有滑槽（21），动滑块（22）滑动安装在滑槽（21）内，动滑块（22）的行程的一端部分的覆盖进流孔（202）或出流孔（203），动滑块（22）行程的另一端完全离开进流孔（202）或出流孔（203），以交替的限制进流孔（202）或出流孔（203）的通流截面；

在滑槽（21）的两侧设有片簧（23），片簧（23）与动滑块（22）连接；

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；

当滑槽（21）设置在进流孔（202）时，在涡腔体（2）的背面两侧设有进流道（201），进流道（201）与进流孔（202）连通，滑槽（21）设置在进流道（201）与进流孔（202）连接的位置，滑槽（21）的底面低于进流道（201）的底面，动滑块（22）的顶面与进流道（201）的底面平齐；

或者当滑槽（21）设置在出流孔（203）时，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；

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），碟簧（6）用于驱使活塞体（3）和活塞套筒（9）更接近；

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）；

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。

2.根据权利要求1所述的一种振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：滑槽（21）向两侧拓宽，滑槽（21）和动滑块（22）的宽度大于进流道（201）的宽度；

滑槽（21）的两个端面构成第一撞击面（24）和第二撞击面（25），用于与动滑块（22）产生撞击。

3.根据权利要求1所述的一种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）。

4.根据权利要求1所述的一种振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：片簧（23）安装在滑槽（21）靠近中部的位置，片簧（23）趋于使动滑块（22）远离进流孔（202）或出流孔（203）；

片簧（23）与滑槽（21）连接的位置设有弧形槽（26），以避免片簧（23）变形的干涉。

5.根据权利要求4所述的一种振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：片簧（23）的一端插在弧形槽（26）内，片簧（23）的另一端插在动滑块（22）内，片簧（23）至少一端为活动连接；

动滑块（22）的底面与滑槽（21）的底面之间设有间隙。

6.根据权利要求1所述的一种振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：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（202）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（205）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（205）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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