CN211448585U - 一种自激式水力振动工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自激式水力振动工具。包括上接头、外筒、流道体、盖板、圆柱体、楔形块、喷嘴调节片及螺栓。上接头通过螺纹与外筒连接；流道体与盖板设置于外筒内部，且两者通过螺栓连接在一起；楔形块位于流道体和盖板之间，一端插入流道体的异形槽内，另一端插入盖板的异形槽内；圆柱体位于流道体和盖板之间，一端插入流道体的圆形槽内，另一端插入盖板的圆形槽内；喷嘴调节片通过插槽与流道体连接。本实用新型利用自身流道产生周期性振动，结构简单，无运动件和橡胶件，耐高温、耐腐蚀、寿命长、压降小、成本低，对于提高定向井、水平井钻井效率具有重要意义。

Description

一种自激式水力振动工具

技术领域

本实用新型涉及石油钻井水力振动工具领域，尤其是一种自激式水力振动工具。

背景技术

随着钻井技术的不断提高，大位移井、长水平段水平井越来越多，其井眼轨迹日益复杂，摩阻越来越大。钻井过程中，常出现托压、摆工具面困难等问题，尤其是滑动钻进时，无法给钻头施加真实有效的钻压，钻井效率低。目前，国内外解决该问题主要方法是使用水力振动工具。例如，National Oilwell Varco公司的Agitator工具、Tempress公司的Hydropull工具。此类工具通过水力作用产生沿钻柱轴向的振动，利用振动将静摩擦转变为动摩擦，减小钻进过程中的摩阻，改善钻压传递效果，进而提高机械钻速。但现有水力振动工具普遍存在运动件、橡胶件，因而耐高温和腐蚀性能差，且成本高、寿命短、工作压降大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自激式水力振动工具，克服现有水力振动工具存在的缺点，通过水力作用产生沿钻柱轴向的振动，利用振动将静摩擦转变为动摩擦，减小钻进过程中的摩阻，改善钻压传递效果，进而提高机械钻速。

本实用新型的技术方案是：一种自激式水力振动工具，包括外筒、流道体、喷嘴调节片和圆柱体。流道体设置于外筒内部，流道体内从上向下依次设有入口流道、喷射流道、喷射室、旋流室和换向室。喷射流道上设有喷嘴调节片，喷射室内设有楔形块，楔形块将喷射室分割为左分流流道、右分流流道和旋流室。换向室内设有圆柱体，圆柱体与换向室之间构成了圆环流道。旋流室上设有流道体出口，流道体出口与流道体与外筒构成的流道连通。流道体内设有左反馈流道、右反馈流道，左反馈流道和右反馈流道分别连通圆环流道和喷射流道的出口端。

进一步的，左分流流道和右分流流道关于喷射流道对称。左反馈流道和右反馈流道结构相同且关于喷射流道对称，从上至下依次由水平直线流道、圆角流道、垂直直线流道、弧形流道及斜直线流道构成。斜直线流道为渐缩结构，即斜直线流道的过流面积从该流道与弧形流道连接处至该流道与换向室连接处逐渐减小。流道体上设有插槽，喷嘴调节片通过插槽与流道体连接。

此外，自激式水力振动工具还包括盖板，流道体与盖板固定连接在一起。楔形块位于流道体和盖板之间，一端插入流道体的异形槽A内，另一端插入盖板的异形槽B内，流道体的异形槽设置于喷射室的底部且其截面形状与楔形块的截面形状相同。圆柱体位于流道体和盖板之间，一端插入流道体的圆形槽A内，另一端插入盖板的圆形槽B内，流道体的圆形槽设于换向室的底部。

此外，还包括螺栓，流道体与盖板通过螺栓连接在一起。喷嘴调节片由高耐磨的硬质合金或陶瓷材料制成。

流道体的左反馈流道和右反馈流道结构相同且关于喷射流道对称，从上至下依次由水平直线流道、圆角流道、垂直直线流道、弧形流道及斜直线流道构成。斜直线流道为渐缩结构，即斜直线流道的过流面积从该流道与弧形流道连接处至该流道与换向室连接处逐渐减小。

本实用新型除了具备现有水力振动工具的特点之外还具备以下优点：①该工具利用自身流道产生压力脉动，进而实现振动，结构简单；②无运动件和橡胶件，耐高温、耐腐蚀、寿命长、压降小、成本低，对于提高定向井、水平井钻井效率具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的自激式水力振动工具的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是图1中B-B处的剖视图；

图4是图1中流道体的主视图；

图5是图4中C-C处的剖视图；

图6是图4所示流道体的后视图；

图7是图1中盖板的主视图；

图8是图7中D-D处剖视图；

图9是图7中E-E处剖视图；

图10是图7所示盖板的后视图；

图11是本实用新型的自激式水力振动工具的流道体、楔形块、圆柱体及喷嘴调节片按照图1装配在一起后构成的流道结构示意图；

其中：1.上接头，2.O型密封圈，3.流道体，4.楔形块，5.圆柱体，6.喷嘴调节片，7.外筒，8.螺栓，9.盖板，10.流道体与外筒构成的流道，11.盖板与外筒构成的流道，12.插槽，13.水平直线流道，14.圆角流道，15.垂直直线流道，16.弧形流道，17.斜直线流道，18.螺纹孔，19.喷射室，20.异形槽A，21.流道体出口，22.换向室，23.圆形槽A，24.入口流道，25.台阶孔，26.盖板出口，27.异形槽B，28.圆形槽B，31.左反馈流道，32.圆环流道，33.喷射流道，34.左分流流道，35.右分流流道，36.右反馈流道，37.旋流室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1至图3为一种自激式水力振动工具的结构示意图，由上接头1、外筒7、流道体3、盖板9、圆柱体5、楔形块4、喷嘴调节片6、螺栓8及O型密封圈2组成。上接头1通过螺纹与外筒7连接，并设有O型密封圈2；流道体3与盖板9设置于外筒7内部，且两者通过螺栓8连接在一起；楔形块4位于流道体3和盖板9之间，一端插入流道体3的异形槽A20内，另一端插入盖板9的异形槽B27内；圆柱体5位于流道体3和盖板9之间，一端插入流道体3的圆形槽A23内，另一端插入盖板9的圆形槽B28内；喷嘴调节片6通过插槽12与流道体3连接。

图4至图6所示为流道体3的结构示意图。流道体3设有：入口流道24，插槽12，喷射室19，换向室22，流道体出口21，由水平直线流道13、圆角流道14、垂直直线流道15、弧形流道16及斜直线流道17依次连通而构成的左反馈流道和右反馈流道，10个螺纹孔18。流道体3的左反馈流道和右反馈流道结构相同。斜直线流道17为渐缩结构，即斜直线流道17的过流面积从该流道与弧形流道16连接处至该流道与换向室22连接处逐渐减小。喷射室19的下部设置有截面形状与楔形块4截面形状相同的异形槽20，换向室22的底部设有圆形槽23。流道体出口21与流道体3和外筒构成的流道10连通。

图7至图10所示为盖板9的结构示意图。盖板9具有圆柱面的一侧设有10个与流道体3的螺纹孔18对应的台阶孔25且为通孔；盖板9与流道体3贴合的一面上设置有截面形状与楔形块4截面形状相同的异形槽B27、圆形槽B28及盖板出口26。盖板出口26与盖板9和外筒7构成的流道11连通。

图11所示为流道体3、楔形块4、圆柱体5及喷嘴调节片6按照图1装配在一起后构成的流道结构示意图。流道体3与喷嘴调节片6构成了喷射流道33；楔形块4将喷射室19分割为左分流流道34、右分流流道35和旋流室37；圆柱体5与换向室22构成了圆环流道32。左分流流道34和右分流流道35关于喷射流道33对称；左反馈流道31和右反馈流道36相对喷射流道33对称。入口流道24、喷射流道33、左分流流道34、右分流流道35、左反馈流道31、右反馈流道36、旋流室37、圆环流道32及流道体出口21相互连通。

本自激式水力振动工具在钻井过程中使用，工具接在普通钻杆和加重钻杆之间，其工作原理为：钻井液流过上接头1从入口流道24进入喷射流道33，形成高速射流。由于附壁效应的存在，射流会偏向某一分流流道如图9所示为右分流流道35，然后进入旋流室37。射流沿旋流室37壁面形成顺时针方向的旋流，钻井液由流道体出口21和盖板出口26排出，再经过流道体3与外筒7构成的流道10和盖板9与外筒7构成的流道11进入加重钻杆中。随着旋流逐渐增强，部分液流进入圆环流道32，进而进入右反馈流道36，到达喷射流道33的出口端。当右反馈流道36中液流速度达到一定值时，迫使喷射流道33出口端液流方向转换，即液流开始从右分流流道35进入左分流流道34，由于左分流流道34内液流方向与旋流方向相反，从而导致顺时针旋流强度开始减弱，直至旋流消失。然后，开始产生逆时针的旋流。随着旋流逐渐增强，部分液流进入圆环流道32，进而进入左反馈流道31，到达喷射流道33的出口端。当左反馈流道31中液流速度达到一定值时，迫使喷射流道33出口端液流方向转换，即液流开始从左分流流道34进入右分流流道35，由于右分流流道35内液流方向与旋流方向相反，从而导致逆时针旋流强度开始减弱，直至旋流消失。至此，完成一个工作周期。

一个工作周期中，旋流场强度变化为：出现顺时针→增强→最强→减弱→消失→出现逆时针→增强→最强→减弱→消失。相应的，该工具进出口压力变化为：最小→增大→最大→减小→最小→增大→最大→减小→最小。随钻井液的不断流入，上述过程不断重复，进而产生周期性的压力脉动。该压力脉动作用到井底钻具上，产生周期性轴向振动，从而降低钻柱与井壁或套管间的摩阻。

Claims (9)

1.一种自激式水力振动工具，其特征是：包括外筒(7)、流道体(3)、喷嘴调节片(6)和圆柱体(5)；流道体(3)设置于外筒(7)内部，流道体(3)内从上向下依次设有入口流道(24)、喷射流道(33)、喷射室(19)、旋流室(37)和换向室(22)；喷射流道(33)上设有喷嘴调节片(6)；喷射室(19)内设有楔形块(4)，楔形块(4)将喷射室(19)分割为左分流流道(34)、右分流流道(35)和旋流室(37)；换向室(22)内设有圆柱体(5)，圆柱体(5)与换向室(22)之间构成了圆环流道(32)；旋流室(37)上设有流道体出口(21)，流道体出口(21)与流道体(3)和外筒构成的流道(10)连通；流道体(3)内设有左反馈流道(31)、右反馈流道(36)，左反馈流道(31)和右反馈流道(36)分别连通圆环流道(32)和喷射流道(33)的出口端。

2.根据权利要求1所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：所述左分流流道(34)和右分流流道(35)相对喷射流道(33)对称。

3.根据权利要求1或2所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：左反馈流道(31)和右反馈流道(36)结构相同且相对喷射流道(33)对称，左反馈流道(31)和右反馈流道(36)从上至下依次由水平直线流道(13)、圆角流道(14)、垂直直线流道(15)、弧形流道(16)及斜直线流道(17)构成。

4.根据权利要求3所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：斜直线流道(17)为渐缩结构，即斜直线流道(17)的过流面积从该流道与弧形流道(16)连接处至该流道与换向室(22)连接处逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：所述流道体(3)上设有插槽(12)，喷嘴调节片(6)通过插槽(12)与流道体(3)连接。

6.根据权利要求5所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：还包括盖板(9)，所述流道体(3)与盖板(9)固定连接在一起；楔形块(4)位于流道体(3)和盖板(9)之间，一端插入流道体(3)的异形槽A(20)内，另一端插入盖板(9)的异形槽B(27)内，流道体(3)的异形槽A(20)设置于喷射室(19)的底部且其截面形状与楔形块(4)的截面形状相同。

7.根据权利要求6所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：所述圆柱体(5)位于流道体(3)和盖板(9)之间，一端插入流道体(3)的圆形槽A(23)内，另一端插入盖板(9)的圆形槽B(28)内，流道体(3)的圆形槽A(23)设于换向室(22)的底部。

8.根据权利要求7所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：还包括螺栓(8)，所述流道体(3)与盖板(9)通过螺栓(8)连接在一起。

9.根据权利要求8所述的一种自激式水力振动工具，其特征是：喷嘴调节片(6)由高耐磨的硬质合金或陶瓷材料制成。

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