CN113863861A - 一种单反馈通道涡流腔式压力脉冲发生装置 - Google Patents

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毛纯芝
张绍和
孙平贺
吴冬宇
吴章辉
唐禄博
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Abstract

本发明提供了一种单反馈通道涡流腔式压力脉冲发生装置，涉及井下设备技术领域，包括外管，其两端螺接有上接头和下接头；单反馈通道涡流腔式射流振荡器设置于外管内，包括基板和盖板，单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括与外管连通以形成供流体通过的流体通道的入口和出口，单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括导流块，导流块设置在单反馈通道涡流腔式射流振荡器内以将单反馈通道涡流腔式射流振荡器分隔为射流振荡腔、涡流腔以及反馈通道，入口设置在射流振荡腔内，出口设置在涡流腔内，本发明结构简单，易于加工，坚固耐用，无需额外机构，只依靠内部流体通道设置，即可自激产生周期性的压力波动，频率与波动幅度均易调控，可有效提高井下作业效率。

Description

一种单反馈通道涡流腔式压力脉冲发生装置
技术领域
本发明涉及井下设备技术领域，特别涉及一种振荡射流式压力脉冲发生装置。
背景技术
随着各种地下资源勘探，地下空间开发工作的深入，钻井井身结构的复杂度不断增加，对钻井工程技术也提出了新的要求。水平井或定向井钻井过程中，在井下的长水平段及井眼曲率较大处会产生较大的摩阻，降低钻压的传递效率，摩阻大、钻压不足不仅会导致钻进速度降低影响钻进效率，还会增加对钻进工具的磨损，造成卡钻等井下复杂事故。为了解决如何提高水平井水平段长度和实现快速钻进等问题，在井下钻具中添加压力脉冲振荡减阻工具是目前常用的有效措施。添加振荡减阻工具后，会使钻柱在轴线方向上产生一定频率和振幅的蠕动，使滑动送钻时钻柱与井壁之间的静摩擦转变为滑动摩擦，减少管柱与井壁之间的摩阻，从而减少能量损失，防止托压的产生，提高钻进效率。
现有的压力脉冲发生装置主要采用剪切阀和旋转阀脉冲原理，其工作原理主要是通过形成定、转子过流面积周期性变化，从而使钻柱内的压力发生连续压力脉冲，进而脉冲压力波传递至振荡机构产生轴向振动。这些压力发生装置需要额外的电机供能，且结构复杂，易损零部件较多，在井下复杂条件下使用寿命有限。
发明内容
本发明提供了一种振荡射流式压力脉冲发生装置，其目的是为了解决现有技术中产生压力脉冲需要借助电机功能，以及易损零部件较多的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种单反馈通道涡流腔式压力脉冲发生装置，包括：
外管，两端分别螺接有上接头和下接头；
单反馈通道涡流腔式射流振荡器，设置于所述外管内，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括基板和盖板，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括入口和出口，所述入口和出口分别与外管连通以形成供流体通过的流体通道，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括一导流块，所述导流块设置在所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器内以将单反馈通道涡流腔式射流振荡器分隔为射流振荡腔、涡流腔以及连通射流振荡腔和涡流腔的反馈通道，所述入口设置在所述射流振荡腔内，所述出口设置在所述涡流腔内。
优选的，所述导流块为U型，所述入口设置在所述导流块的U型底部。
优选的，所述基板和所述盖板上设置有与入口和出口对应的入口槽和出口槽以引导流体进入单反馈通道涡流腔式射流振荡器。
优选的，所述入口为锥形、锥直型或者圆弧入口形中的一种。
优选的，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器的上端与所述上接头接触并密封，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器的下端与所述下接头抵接。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明结构简单紧凑，无运动件，采用单反馈通道，射流切换稳定性好，不易发生流道堵塞，只依靠内部流体通道设置，即可自激产生周期性的压力波动，与其他类型压力脉冲振荡减阻装置产生的脉冲压力相比，频率与压降易于调控，尺寸短，造斜率高，可有效提高井下作业效率。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为图1中B-B剖面图；
图4为图1中C-C剖面图。
【附图标记说明】
Ⅰ-上接头；Ⅱ-外管；Ⅲ-单反馈通道涡流腔式射流振荡器；Ⅳ-下接头；Ⅴ-基板；Ⅵ-盖板；1-上接头流体通道；2-入口；3-反馈通道；4-导流块；5-射流振荡腔；6-涡流腔；7-振荡腔左壁面；8-振荡腔右壁面；9-出口；10-入口槽；11-出口槽；12-下接头流体通道。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-4所示的一种振荡射流式压力脉冲发生装置，包括外管Ⅱ、上接头Ⅰ、下接头Ⅳ以及设置在外管Ⅱ内的单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ，其中外管Ⅱ的上端和下端分别与上接头Ⅰ和下接头Ⅳ螺纹连接。前述的单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ由基板Ⅴ和盖板Ⅵ组合而成，该单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ包括入口2和出口9，其中入口2和出口9与外管Ⅱ形成的中空柱体连通以形成供流体通过的流体通道，在单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ内还设置有一导流块4，该导流块4将单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ分隔为射流振荡腔5、涡流腔6以及连通射流振荡腔5和涡流腔6的反馈通道3，前述的入口2设置在所述射流振荡腔5内，出口9设置在涡流腔6内。射流振荡腔5和涡流腔6以及反馈通道3整体组合成用于流体振荡，产生周期性作用力的工作区域即振荡腔。
反馈通道3由振荡腔的内壁(振荡腔左壁面7、振荡腔右壁面8)分别与导流块4形成。上接头Ⅰ和下接头Ⅳ应当对应的设置上接头流体通道1和下接头流体通道12。
进一步的，前述导流块4为U型，入口2设置在导流块4的U型底部，即入口2设置在U型形状的导流块4远离开口的一端。
本技术方案中，流体经入口2后经由U形导流块4开口流出，加速后的主射流进入射流振荡腔5后对两侧流体存在卷吸，会逐渐偏离入口2中心轴线偏向卷吸量较多的一侧形成偏转射流，随后主射流受偏向侧振荡腔壁面的引导切向进入涡流腔6，形成顺时针或逆时针高速旋转的涡流，同时部分流体通过另一侧振荡腔壁面，进入反馈通道3，经反馈通道3进入射流振荡腔5形成回流，由于回流的扰动，使偏转射流的主射流切换并偏转到另一侧的振荡腔壁面，此时主射流与涡流腔6内的涡流发生冲击并削弱涡流，产生压力波动，随着涡流的衰退，流体从涡流腔6的出口9流出，并逐渐在涡流腔6内重新形成方向相反的涡流。相同的，重新形成的涡流中部分流体会通过反馈通道3返回射流振荡腔5，再次作用在主射流上并重复上述过程。由于单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ的自激振荡特性，振荡射流式压力脉冲发生装置产生周期性的压力波动，形成压力脉冲。
为使得流体在流体通道内流通顺畅，在基板Ⅴ和盖板Ⅵ上均设置有入口槽10和出口槽11，其中入口槽10设置在单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ的上端，出口槽11设置在单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ的下端。
为给与流体一定的初速度，入口2可以选择为锥形、锥直型或者圆弧形中的一种。
为保证本申请的密封性以及振荡的统一性，单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ的上端与上接头Ⅰ接触并密封，优选的两者之间设置有密封垫，保证密封性；单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ的下端与下接头Ⅳ抵接即单反馈通道涡流腔式射流振荡器Ⅲ的下端与下接头Ⅳ接触并压紧。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单反馈通道涡流腔式压力脉冲发生装置，其特征在于，包括：
外管，两端分别螺接有上接头和下接头；
单反馈通道涡流腔式射流振荡器，设置于所述外管内，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括基板和盖板，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括入口和出口，所述入口和出口分别与外管连通以形成供流体通过的流体通道，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器包括一导流块，所述导流块设置在所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器内以将单反馈通道涡流腔式射流振荡器分隔为射流振荡腔、涡流腔以及连通射流振荡腔和涡流腔的反馈通道，所述入口设置在所述射流振荡腔内，所述出口设置在所述涡流腔内。
2.根据权利要求1所述的振荡射流式压力脉冲发生装置，其特征在于：所述导流块为U型，所述入口设置在所述导流块的U型底部。
3.根据权利要求1或2所述的振荡射流式压力脉冲发生装置，其特征在于，所述基板和所述盖板上设置有与入口和出口对应的入口槽和出口槽以引导流体进入单反馈通道涡流腔式射流振荡器。
4.根据权利要求3所述的振荡射流式压力脉冲发生装置，其特征在于：所述入口为锥形、锥直型或者圆弧入口形中的一种。
5.根据权利要求1所述的振荡射流式压力脉冲发生装置，其特征在于：所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器的上端与所述上接头接触并密封，所述单反馈通道涡流腔式射流振荡器的下端与所述下接头抵接。
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