CN205778542U - 一种水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水力振荡器，包括上接头、万向轴和振荡器外壳，还包括限流装置；所述限流装置和所述万向轴设置于所述振荡器外壳内；所述上接头依次与所述振荡器外壳和螺杆马达定子连接；所述限流装置与所述万向轴连接；所述限流装置包括喷嘴固定环和限流喷嘴；所述限流喷嘴设置于所述喷嘴固定环内，且与其活动连接；所述万向轴与螺杆马达转子连接。水力振荡器产生一定频率的周期性压力变化，使钻具连续油管产生轴向振荡，增幅装置产生径向振荡，使钻进过程的摩阻降低，达到有效传递钻压、提高钻速的效果。通过万向轴借用螺杆马达的扭矩驱动限流喷嘴转动，不需要添加额外的动力端，简化了水力振荡器结构。

Description

一种水力振荡器

技术领域

本实用新型属于石油开采技术领域，具体涉及连接连续油管钻具的一种水力振荡器。

背景技术

目前油田的钻井已从最初的直井发展为定向井和水平井，其大斜度使得钻具紧贴下侧井壁，造成钻具在钻井过程中摩擦过大，严重影响钻进，甚至会导致钻压完全不能传递给钻头，从而造成无法钻进的严重后果。降低摩阻、减少常规钻井卡钻事故，有效传递钻压、提高常规钻井的效率是当前钻井工程中迫切需要解决的问题。研究发现泥浆通过钻具时，泥浆的压力变化会引起钻具的振荡，从而使钻具紧贴井壁的静摩擦变为动摩擦，有效减小摩阻，从而达到钻具提速的效果。

现有水力振荡器阀门结构多为平面偏心孔式，分为定阀片和动阀片。动阀片运动过程中，其偏心孔与定阀片的中心孔周期性的重合与错开，过流面积作周期性的变化，使上部管内流体压力周期性的变化，达到振荡效果。当流通面积最小时，管柱上部压力大，动阀片压在定阀片上，此时施加扭矩使动阀片转动，易使两阀片磨损。

此外，现有水力振荡器都带有独立的动力装置，产生扭矩使阀片转动形成水力脉冲，结构复杂。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种水力振荡器。以解决现有技术存在的钻具摩阻大，影响钻进速度以及钻具脱压的问题。

本实用新型所采用的技术方案为：一种水力振荡器，包括上接头、万向轴和振荡器外壳，还包括限流装置；所述限流装置和所述万向轴设置于所述振荡器外壳内；所述上接头依次与所述振荡器外壳和螺杆马达定子连接；所述限流装置与所述万向轴连接；

所述限流装置包括喷嘴固定环和限流喷嘴；所述限流喷嘴设置于所述喷嘴固定环内，且与其活动连接。

限流装置控制泥浆的连通和阻断，当阻断通路时上部泥浆产生很大的压力。由于钻具连续油管的柔韧性很强，长度很长，泥浆的这个高压使连续油管产生弹性范围内的伸长，当压力减小时，连续油管又缩回，周期性的压力变化使连续油管产生一定频率的振荡，振荡传递给钻具，从而使钻进过程的摩阻降低，达到传递钻压以及提高钻速的效果。

进一步地，水力振荡器还包括增幅装置；所述增幅装置一端与所述上接头连接，另一端与所述振荡器外壳连接

进一步地，所述增幅装置包括增幅装置外壳、转轮固定环和转轮；所述转轮设置于所述转轮固定环内部，通过所述转轮固定环与所述增幅装置外壳连接。

进一步地，所述转轮固定环内设有流体回路；流体流经底部轴向文丘里通路、下游径向通路、顶部轴向通路和径向转轮通路形成一个回路；所述径向转轮通路与所述底部轴向文丘里通路的中部连通。

进一步地，所述转轮是圆柱体，与所述转轮固定环活动连接。

转轮只能沿径向转轮通路移动。

进一步地，所述限流喷嘴内部设有流体通路空腔，所述限流喷嘴壁上设置有与所述流体通路空腔连通的至少一个斜向喷嘴通孔；所述喷嘴固定环壁上与所述喷嘴通孔对应高度设置有至少一个固定环通孔。

增幅装置由转轮、转轮固定环、增幅装置外壳组成。转轮安装于转轮固定环内，转轮固定环固定在增幅装置外壳内，增幅装置外壳上下端为螺纹连接，分别与上端的上接头、下端的振荡器外壳相连。由伯努利原理可知，当气体或液体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力(速度头)达到最大值，静态压力(静息压力)达到最小值。流体的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，这个压力差给流体提供一个外在吸力。即可简单理解为流速增加，压强减小。泥浆通过转轮固定环时，将转轮顶起，转轮固定环内流通面积小于增幅装置的内径，于是形成一个压差，将转轮压回，然后泥浆又将转轮顶起。转轮于是在转轮固定环内跳动，不停的上下振动。

进一步地，还包括防掉螺栓和防掉锁母；所述防掉螺栓和所述防掉锁母螺纹连接；所述防掉螺栓一端与所述万向轴下端连接，另一端与螺杆马达转子连接。

钻具在水平钻进过程中，水力振荡器安装在螺杆马达后方，并通过防掉螺栓使螺杆马达转子与水力振荡器万向轴相连。泥浆驱动螺杆马达转子旋转，通过防掉螺栓以及万向轴将力矩传递给限流喷嘴，带动限流喷嘴的旋转。限流喷嘴上的通孔周期性地与喷嘴固定环上的通孔重合、错开。当重合时，泥浆顺利通过，在错开状态时，泥浆不能通过，从而产生周期性的振荡，降低钻进摩阻，有效传递钻压，提高钻速。

本实用新型的有益效果为：水力振荡器使钻柱内泥浆产生一定频率的周期性压力变化，使钻具连续油管产生轴向振荡，增幅装置产生径向振荡，使钻进过程的摩阻降低，达到有效传递钻压、提高钻速的效果。借用螺杆马达的扭矩驱动限流喷嘴转动，不需要添加额外的动力端，简化了水力振荡器的结构。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是喷嘴固定环和限流喷嘴装配示意图；

图3是增幅装置转轮闭合位置示意图；

图4是增幅装置转轮开启位置示意图。

图中：1、上接头；2、万向轴；3、振荡器外壳；41、喷嘴固定环；411、固定环通孔；42、限流喷嘴；421、喷嘴通孔；5、增幅装置；51、增幅装置外壳；52、转轮固定环；53、转轮；61、防掉螺栓；62、防掉锁母；71、螺杆马达定子；72、螺杆马达转子。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供了一种水力振荡器。

水力振荡器外壳3与螺杆马达定子71相连，防掉螺栓61与螺杆马达转子72相连，泥浆驱动螺杆马达转子72旋转，带动防掉螺栓61转动，防掉螺栓61与万向轴2下端连接在一起，传递扭矩，限流喷嘴42与万向轴2上端连接，于是最终驱动限流喷嘴42旋转，喷嘴固定环41上有固定环通孔411与限流喷嘴42上的喷嘴通孔421对齐，如图2所示。当限流喷嘴42旋转时，其上的喷嘴通孔421就周期性地与喷嘴固定环41上的固定环通孔411重合与错开，使泥浆通道周期性地连通与闭合。连通时，泥浆正常通过，闭合时，使上部泥浆产生一个很大的压力，于是泥浆就形成一定频率的压力脉冲，利用柔韧性很高的连续油管，使连续油管在其弹性范围内作伸缩振动，将静摩擦变为动摩擦，以减小摩擦阻力，提高钻进效率。

水力振荡器还包括一段特有的增幅装置5。由增幅装置外壳51、转轮固定环52和转轮53组成。工作原理为：当转轮53处于图3位置时，泥浆会将转轮53推开，从而处于图4位置。转轮固定环52内供泥浆流通的截面积小于文丘里管外部的截面积，于是泥浆在转轮固定环52内的流速较外部流速大，由伯努利原理知，流量一定，流速越大，压强越小，于是转轮53上下有压差，且上部压强大，将转轮53向下推，从而使转轮53又回到图3位置，于是转轮53就在转轮固定环52内跳动，产生一个径向的振动。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水力振荡器，包括上接头(1)、万向轴(2)和振荡器外壳(3)，其特征在于：还包括限流装置(4)；所述限流装置(4)和所述万向轴(2)设置于所述振荡器外壳(3)内；所述上接头(1)依次与所述振荡器外壳(3)和螺杆马达定子(71)连接；所述限流装置(4)与所述万向轴(2)连接；

所述限流装置(4)包括喷嘴固定环(41)和限流喷嘴(42)；所述限流喷嘴(42)设置于所述喷嘴固定环(41)内，且与其活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种水力振荡器，其特征在于：还包括增幅装置(5)；所述增幅装置(5)一端与所述上接头(1)连接，另一端与所述振荡器外壳(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种水力振荡器，其特征在于：所述增幅装置(5)包括增幅装置外壳(51)、转轮固定环(52)和转轮(53)；所述转轮(53)设置于所述转轮固定环(52)内部，通过所述转轮固定环(52)与所述增幅装置外壳(51)连接。

4.根据权利要求3所述的一种水力振荡器，其特征在于：所述转轮固定环(52)内设有流体回路；流体流经底部轴向文丘里通路、下游径向通路、顶部轴向通路和径向转轮通路形成一个回路；所述径向转轮通路与所述底部轴向文丘里通路的中部连通。

5.根据权利要求4所述的一种水力振荡器，其特征在于：所述转轮(53)是圆柱体，与所述转轮固定环(52)活动连接。

6.根据权利要求5所述的一种水力振荡器，其特征在于：所述限流喷嘴(42)内部设有流体通路空腔，所述限流喷嘴(42)壁上设置有与所述流体通路空腔连通的至少一个斜向喷嘴通孔(421)；所述喷嘴固定环(41)壁上与所述喷嘴通孔(421)对应高度设置有至少一个固定环通孔(411)。

7.根据权利要求6所述的一种水力振荡器，其特征在于：还包括防掉螺 栓(61)和防掉锁母(62)；所述防掉螺栓(61)和所述防掉锁母(62)螺纹连接；所述防掉螺栓(61)一端与所述万向轴(2)下端连接，另一端与螺杆马达转子(72)连接。