CN112112572A - 上振荡滑片射流增程水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种上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，进流孔大致沿径向布置，在涡腔体另一端设有出流孔，在涡腔体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，在进流道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进流孔，行程的另一端，完全离开进流孔，以交替的限制进流孔的通流截面。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。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

上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，特别是一种上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上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：一种上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，进流孔大致沿径向布置，在涡腔体另一端设有出流孔，在涡腔体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，在进流道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进流孔，行程的另一端，完全离开进流孔，以交替的限制进流孔的通流截面。

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，在进流道下游设有下凹的滑块滑道，动滑块滑动安装在滑块滑道内，动滑块的上表面与进流道的底面平齐。

优选的方案中，滑块滑道向两侧拓宽，滑块滑道和动滑块的宽度大于进流道的宽度；

滑块滑道与进流道之间的阶台构成撞击端面，在滑块滑道远离撞击端面的另一端设有撞击块，撞击块与动滑块行程的一端产生撞击。

优选的方案中，还设有弹簧，弹簧设置在趋于使动滑块远离进流孔的位置。

优选的方案中，撞击块和弹簧设置在靠近滑块滑道两侧的位置。

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，涡腔体内设有涡腔，出流孔设于涡腔的中间，出流孔大致沿径向布置，出流孔与出流道连通，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，涡腔体用于在通入压力介质时产生振动。

本发明提供的一种上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为图2的A-A剖视示意图。

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，动滑块202，弹簧203，出流孔204，进流孔205，出流道206，外环道207，中心流道208，切向流道209，切换流道210，涡腔211，滑块滑道212，撞击块213，撞击端面214，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，一种上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，进流孔205大致沿径向布置，在涡腔体2另一端设有出流孔204，在涡腔体2两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，在进流道201设有沿轴向滑动的动滑块202，动滑块202的行程的一端部分的覆盖进流孔205，行程的另一端，完全离开进流孔205，以交替的限制进流孔205的通流截面。由于涡腔体2产生振动，振动方向为沿着外套筒1的轴向方向，而动滑块202沿着轴向滑动，从而在涡腔体2振动条件下产生相对运动，间歇的覆盖部分进流孔205，使通流面积减少，振动曲线发生变化，由于动滑块202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202交替覆盖进流孔205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202的行程即可改变振动幅度和振动频率。

优选的方案如图2中，在动滑块202的行程的两端设有用于与动滑块202进行撞击的端面，以驱动动滑块202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202往复运动，且由于涡腔体2的动量远大于动滑块202的动量，因此动滑块202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202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202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3中，在进流道201下游设有下凹的滑块滑道212，动滑块202滑动安装在滑块滑道212内，动滑块202的上表面与进流道201的底面平齐。由此结构，减少动滑块202对压力介质的无效扰动。

优选的方案如图2中，滑块滑道212向两侧拓宽，滑块滑道212和动滑块202的宽度大于进流道201的宽度；

滑块滑道212与进流道201之间的阶台构成撞击端面214，在滑块滑道212远离撞击端面214的另一端设有撞击块213，撞击块213与动滑块202行程的一端产生撞击。由此结构，能够进一步减少和避免动滑块202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202。

优选的方案如图2中，还设有弹簧203，弹簧203设置在趋于使动滑块202从上游方向远离进流孔205的位置。由此结构，有利于获得规律的振动曲线。由于弹簧203的弹力仅略大于动滑块202的静摩擦力，因此对动滑块202的撞击反弹运动影响较小，但是能够避免动滑块202出现与涡腔体2随动的现象。

优选的方案如图2中，撞击块213和弹簧203设置在靠近滑块滑道212两侧的位置。由此结构，减少对压力介质的无效扰动。

优选的方案如图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，本例中的下游是指压力介质的流动方向，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204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。

优选的方案如图1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202使进流孔205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4中，涡腔体2内设有涡腔211，出流孔204设于涡腔211的中间，出流孔204大致沿径向布置，出流孔204与出流道206连通，进流孔205通过一条切换流道210与中心流道208和切向流道209连通，中心流道208和切向流道209均与涡腔211连通，其中中心流道208指向出流孔204的方向，切向流道209沿切向指向涡腔211的边缘，涡腔体2用于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204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205内，如图4中，压力介质先从切换流道210经过中心流道208经出流孔204排出，由于出流孔204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208阻断，直到中心流道208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通过撞击端面214和撞击块213撞击动滑块202的两端，驱动动滑块202沿着滑块滑道212滑道往复运动，并在运动过程中部分的覆盖进流道201，随着进流道201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202向图2中的左侧运动，进流道201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202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202往复运动的动力。设置的弹簧203用于克服动滑块202的静摩擦力，从而避免动滑块202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)

1.一种上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），进流孔（205）大致沿径向布置，在涡腔体（2）另一端设有出流孔（204），在涡腔体（2）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，其特征是：在进流道（201）设有沿轴向滑动的动滑块（202），动滑块（202）的行程的一端部分的覆盖进流孔（205），行程的另一端，完全离开进流孔（205），以交替的限制进流孔（205）的通流截面。

2.根据权利要求1所述的一种上振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：在动滑块（202）的行程的两端设有用于与动滑块（202）进行撞击的端面，以驱动动滑块（202）往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种上振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：在进流道（201）下游设有下凹的滑块滑道（212），动滑块（202）滑动安装在滑块滑道（212）内，动滑块（202）的上表面与进流道（201）的底面平齐。

4.根据权利要求2或3所述的一种上振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：滑块滑道（212）向两侧拓宽，滑块滑道（212）和动滑块（202）的宽度大于进流道（201）的宽度；

滑块滑道（212）与进流道（201）之间的阶台构成撞击端面（214），在滑块滑道（212）远离撞击端面（214）的另一端设有撞击块（213），撞击块（213）与动滑块（202）行程的一端产生撞击。

5.根据权利要求4所述的一种上振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：还设有弹簧（203），弹簧（203）设置在趋于使动滑块（202）远离进流孔（205）的位置。

6.根据权利要求5所述的一种上振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：撞击块（213）和弹簧（203）设置在靠近滑块滑道（212）两侧的位置。

7.根据权利要求1~6任一项所述的一种上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（204）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所述的一种上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所述的一种上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所述的一种上振荡滑片射流增程水力振荡器，其特征是：涡腔体（2）内设有涡腔（211），出流孔（204）设于涡腔（211）的中间，出流孔（204）大致沿径向布置，出流孔（204）与出流道（206）连通，进流孔（205）通过一条切换流道（210）与中心流道（208）和切向流道（209）连通，中心流道（208）和切向流道（209）均与涡腔（211）连通，其中中心流道（208）指向出流孔（204）的方向，切向流道（209）沿切向指向涡腔（211）的边缘，涡腔体（2）用于在通入压力介质时产生振动。

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