CN212177094U - 一种液力脉冲振动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液力脉冲振动装置。其包括：壳体以及液力脉冲振动装置主体，液力脉冲振动装置主体为管状体结构，管状体中心设置有脉冲腔；液力脉冲振动装置主体连接在壳体内。所述的脉冲腔由流入通道、主喷口、偏转涡流腔、导流通道、反馈通道和出水口组成。所述的流入通道包括收缩段和整流稳流段；所述的收缩段设置于脉冲腔输入端，所述的整流稳流段设置在收缩段和主喷口之间。所述的导流通道包括第一导流通道和第二导流通道。所述的反馈通道包括第一反馈通道和第二反馈通道。本实用新型具有振动传播距离远、位置敏感度低、结构简单、井下故障率低的特点。

Description

一种液力脉冲振动装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井装置技术领域，具体涉及一种液力脉冲振动装置。

背景技术

井下钻柱的机械振动，对减少钻柱摩阻、缓解拖压、提高机速有明显效果。传统的机械激振的方法是采用振动器。

目前，应用较广的振动器有二种激振方式：机械激振和谐振激振。在应用机械激振振器进行激振时，存在振动动传播距离较近、位置敏感度高、结构复杂等缺点；在应用谐振激振振动器进行激振时，存在振动效率低的缺点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种液力脉冲振动装置，本实用新型的目的在于：提供一种振动效率高、振动传播距离远、位置敏感度低、结构简单、井下故障率低的液力脉冲振动装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种液力脉冲振动装置，包括

壳体，

液力脉冲振动装置主体，液力脉冲振动装置主体为管状体结构，管状体中心设置有脉冲腔；液力脉冲振动装置主体连接在壳体内。

所述的脉冲腔由流入通道、主喷口、偏转涡流腔、导流通道、反馈通道和出水口组成；所述流入通道设置在脉冲腔输入端，所述偏转涡流腔通过主喷口与流入通道连通；所述导流通道设置在偏转涡流腔输出端，导流通道通过反馈通道与主喷口输入端连通；所述的出水口设置有两个，两个出水口对称设置在偏转涡流腔的侧壁上，两个出水口中心连线水平并与偏转涡流腔的轴心线垂直。

所述的流入通道包括收缩段和整流稳流段；所述的收缩段设置于脉冲腔输入端，所述的整流稳流段设置在收缩段和主喷口之间。

所述的收缩段为从圆形截面到矩形截面渐变的锥形，锥形的底面朝向输入端，锥形的顶部与整流稳流段连通：所述的整流稳流段为一长方体形通道。

所述的导流通道包括第一导流通道和第二导流通道；所述的第一导流通道和第二导流通道对称设置在偏转涡流腔输出端的斜上方和斜下方；第一导流通道的输出端和第二导流通道的输出端分别与反馈通道连通；第一导流通道和第二导流通道的横断面均为矩形。

所述的反馈通道包括第一反馈通道和第二反馈通道；所述的第一反馈通道和第二反馈通道结构相同且对称的设置在偏转涡流腔的外周；所述第一反馈通道和第二反馈通道的横断面均为矩形。

所述的第一反馈通道由水平段和圆弧段组成，水平段与导流通道连通，圆弧段与主喷口连通。

所述的流入通道、主喷口和偏转涡流腔的横断面均为矩形。

所述的偏转涡流腔由楔形偏转段和圆柱状涡流段构成，偏转段的一端通过主喷口与流入通道连通，偏转段的另一端为圆柱状涡流段；涡流段与导流通道连通；所述的出水口设置在涡流段上。

有益效果：

本实用新型通过壳体和连接在壳体内具有管状体结构且管状体中心设置的脉冲腔构成，使得本实用新型产生了如下有益效果：

(1)本实用新型的振动传播距离远、位置敏感度低、结构简单、井下故障率低；

(2)本实用新型相对采用同类原理的液力脉冲振动装置缩小了体积，有效降低了压耗；

(3)本实用新型相对采用同类原理的液力脉冲振动装置，在液力脉冲振幅相同的情况下，具有较高的频率。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型液力脉冲振动装置主体主视结构剖视图；

图2为本实用新型主视结构剖视图；

图3为图1中的A-A剖视图；

图4为本实用新型流场形成示意图一；

图5为本实用新型流场形成示意图二；

图6为本实用新型流场形成示意图三；

图7为本实用新型流场形成示意图四。

图中：1-液力脉冲振动装置主体；2-壳体；3-收缩段；4-整流稳流段；5-主喷口；6-偏转涡流腔；7-1-第一导流通道；7-2-第二导流通道；8-1-第一反馈通道；8-2-第二反馈通道；9-出水口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

根据图1和图2所示的一种液力脉冲振动装置，包括

壳体2，

液力脉冲振动装置主体1，液力脉冲振动装置主体1为管状体结构，管状体中心设置有脉冲腔；液力脉冲振动装置主体1连接在壳体 2内。

在实际使用时，将本实用新型通过壳体上的螺纹串联在钻柱后下井。钻井液从液力脉冲振动装置主体1的脉冲腔内通过，产生周期性的压力脉冲，该压力脉冲存在波峰和波谷的幅值差，该幅值差引起钻柱内泥浆的压力波动，从而使钻柱在压力波动所及的范围内产生周期性地轴向伸缩，即轴向振动。该液力脉冲振动装置根据安装位置的不同，可产生二种不同的作用：当侧重点在提高钻头的破岩效率时，将其安装在近钻头处，其产生的轴向冲击可提高破岩效率，泥浆的脉冲射流可改善井底流场，强化了井底清洗作用；当侧重点在解决钻柱拖压时，将其安装在拖压区段以下，其产生的轴向振动可减缓钻柱拖压，提高滑动效率。

使用本实用新型，使钻柱水眼中的钻井液产生一定的压力脉冲，使钻柱产生轴向伸缩，形成轴向振动。本实用新型相对采用同类原理的振动器，缩小了体积，有效降低了压耗；在液力脉冲振幅相同的情况下，具有较高的频率。本实用新型还具有振动传播距离远、位置敏感度低、结构简单、井下故障率低的特点。

实施例二：

根据图1和图2所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例一不同之处在于：所述的脉冲腔由流入通道、主喷口5、偏转涡流腔6、导流通道、反馈通道和出水口9组成；所述流入通道设置在脉冲腔输入端，所述偏转涡流腔6通过主喷口5与流入通道连通；所述导流通道设置在偏转涡流腔6输出端，导流通道通过反馈通道与主喷口5输入端连通；所述的出水口9设置有两个，两个出水口9对称设置在偏转涡流腔6的侧壁上，两个出水口9中心连线水平并与偏转涡流腔6的轴心线垂直。

在实际使用时，流体从液力液力脉冲振动装置的流入通道流入，经主喷口5后以一定的速率喷出。流束在偏转涡流腔6中发生偏转，并形成涡旋。流体经出水口9流出本液力脉冲振动装置。

本实用新型的脉冲腔采用射流结构作为射流切换结构，采用涡流结构进行升压。本实用新型去除了传统射流结构的分流劈，偏转涡流腔产生的涡流起到了分流劈的稳流作用，减小了工具的轴向长度，有效降低了工具的压力损耗。

实施例三：

根据图1所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例二不同之处在于：所述的流入通道包括收缩段3和整流稳流段4；所述的收缩段3 设置于脉冲腔输入端，所述的整流稳流段4设置在收缩段3和主喷口 5之间。

在实际使用时，流经钻柱圆柱形水眼的流体，经收缩段改变形状为矩形截面流束，经整流稳流段，形成二维射流从主喷口5喷出。

实施例四：

根据图1所示的三种液力脉冲装置，与实施例二不同之处在于：所述的收缩段3为从圆形截面到矩形截面渐变的锥形，锥形的底面朝向输入端，锥形的顶部与整流稳流段4连通：所述的整流稳流段4为一长方体形通道。

在实际使用时，渐变的收缩段使流体以尽可能小的阻力完成形变，经适当长度的整流稳流段，有效降低了二维射流束中紊流形成。整流稳流段4为一长方体形通道的设计更有利于附壁效应。

实施例五：

根据图1所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例二不同之处在于：所述的导流通道包括第一导流通道7-1和第二导流通道7-2；所述的第一导流通道7-1和第二导流通道7-2对称设置在偏转涡流腔6 输出端的斜上方和斜下方；第一导流通道7-1的输出端和第二导流通道7-2的输出端分别与反馈通道连通；第一导流通道7-1和第二导流通道7-2的横断面均为矩形。

在实际使用时，导流通道从偏转涡流腔所形成的涡旋中分流出部分流体到反馈通道，通过反馈通道作用于偏转的流束，使得本实用新型的脉冲发生效果更好。第一导流通道7-1和第二导流通道7-2的对称设置保证了本实用新型能够稳定的射流。

实施例六：

根据图1所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例二不同之处在于：反馈通道包括第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2；所述的第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2结构相同且对称的设置在偏转涡流腔6的外周；所述第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2的横断面均为矩形。

优选的是所述的第一反馈通道8-1由水平段和圆弧段组成，水平段与导流通道连通，圆弧段与主喷口5连通。

在实际使用时，在实际使用时，反馈通道将偏转涡流腔压力引导至主喷口5，作用于偏转的流束。当反馈压力达到一定值后，将迫使偏转流束换向，从而破坏形成的涡流，并形成与前一涡流旋向相反的新涡流。

实施例六：

根据图1和图3所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例二不同之处在于：所述的流入通道、主喷口5和偏转涡流腔6的横断面均为矩形。

在实际使用时，流入通道、主喷口5和偏转涡流腔6采用矩形截面，更有利于附壁效应。

实施例七：

根据图1所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例二不同之处在于：所述的偏转涡流腔6由楔形偏转段和圆柱状涡流段构成，偏转段的一端通过主喷口5与流入通道连通，偏转段的另一端为圆柱状涡流段；涡流段与导流通道连通；所述的出水口9设置在涡流段上。

在实际使用时，从主喷口5喷出的流束，因附壁效应而偏向偏转段某一侧壁并沿该侧壁流动，在涡流段形成涡旋。流体从该涡旋中心的出水口9中流出偏转涡流腔。

实施例八：

根据图1和图2所示的一种液力脉冲振动装置，与实施例一不同之处在于：所述的脉冲腔由流入通道、主喷口5、偏转涡流腔6、导流通道、反馈通道和出水口9组成；所述流入通道设置在脉冲腔输入端，所述偏转涡流腔6通过主喷口5与流入通道连通；所述导流通道设置在偏转涡流腔6输出端，导流通道通过反馈通道与主喷口5输入端连通；所述的出水口9设置有两个，两个出水口9对称设置在偏转涡流腔6的侧壁上，两个出水口9中心连线水平并与偏转涡流腔6的轴心线垂直；所述的流入通道包括收缩段3和整流稳流段4；所述的收缩段3设置于脉冲腔输入端，所述的整流稳流段4设置在收缩段3 和主喷口5之间；所述的收缩段3为从圆形截面到矩形截面渐变的锥形，锥形的底面朝向输入端，锥形的顶部与整流稳流段4连通：所述的整流稳流段4为一长方体形通道；所述的导流通道包括第一导流通道7-1和第二导流通道7-2；所述的第一导流通道7-1和第二导流通道7-2对称设置在偏转涡流腔6输出端的斜上方和斜下方；第一导流通道7-1的输出端和第二导流通道7-2的输出端分别与反馈通道连通；第一导流通道7-1和第二导流通道7-2的横断面均为矩形；所述的反馈通道包括第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2；所述的第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2结构相同且对称的设置在偏转涡流腔6的外周；所述第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2的横断面均为矩形；所述的第一反馈通道8-1由水平段和圆弧段组成，水平段与导流通道连通，圆弧段与主喷口5连通；所述的流入通道、主喷口5 和偏转涡流腔6的横断面均为矩形；所述的偏转涡流腔6由楔形偏转段和圆柱状涡流段构成，偏转段的一端通过主喷口5与流入通道连通，偏转段的另一端为圆柱状涡流段；涡流段与导流通道连通；所述的出水口9设置在涡流段上。

在实际使用时，本实用新型通过壳体和连接在壳体内具有管状体结构且管状体中心设置的脉冲腔构成，使得本实用新型的振动传播距离远、位置敏感度低、结构简单、井下故障率低；本实用新型相对采用同类原理的液力脉冲振动装置缩小了体积，有效降低了压耗；本实用新型相对采用同类原理的液力脉冲振动装置，在液力脉冲振幅相同的情况下，具有较高的频率。

实施例九：

一种液力脉冲振动装置，参照图2，至少包括管状的壳体2，壳体2内连接有液力脉冲振动装置主体1。所述液力脉冲振动装置主体 1为管状体，管状体中心设置有脉冲腔。

实际使用时：泥浆从液力脉冲振动装置主体1的脉冲腔内通过，产生周期性的压力脉冲，该压力脉冲存在波峰和波谷的幅值差，该幅值差引起钻柱内泥浆的压力波动，从而使钻柱在压力波动所及的范围内产生周期性地轴向伸缩，即轴向振动。该液力脉冲振动装置根据安装位置的不同，可产生二种不同的作用：当侧重点在提高钻头的破岩效率时，将其安装在近钻头处，其产生的轴向冲击可提高破岩效率，泥浆的脉冲射流可改善井底流场，强化了井底清洗作用；当侧重点在解决钻柱拖压时，将其安装在拖压区段以下，其产生的轴向振动可减缓钻柱拖压，提高滑动效率。

参照图1，所述液力脉冲振动装置主体1脉冲腔由流入通道收缩段3、流入通道整流稳流段4、主喷口5、偏转涡流腔6、第一导流通道7-1、第二导流通道7-2、第一反馈通道8-1、第二反馈通道8-2 和出水口9组成。流入通道包括锥形的收缩段3和长方体形的整流稳流段4。稳流段未端为主喷口5，正对主喷口设有偏转涡流腔6，涡流腔未端圆柱状涡流段中心与涡流腔垂直方向设有出水口9，为圆柱孔状结构。在主喷口5、涡流腔6外围设置有第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2，每条反馈通道起始于圆柱状涡流段上的一点，通过第一导流通道7-1和第二导流通道7-2后，再经第一反馈通道8-1和第二反馈通道8-2的一段直线段和一段圆弧段与主喷口5连通。实际使用时：流体从液力脉冲振动装置的流入通道收缩段3流入，经流入通道整流稳流段4整流后从主喷口5以一定的速率喷出。流束在涡流腔中发生偏转，并形成涡旋。流体经出水口9流出脉冲振动器。

参照图3，流入通道整流稳流段4、主喷口5、偏转涡流腔6、第一导流通道7-1、第二导流通道7-2、第一反馈通道8-1、第二反馈通道8-2横断面均为矩形结构。

参照图4、图5、图6和图7，详细说明液力脉冲振动装置的液力脉冲产生机理：

参照图4，流体经流入通道收缩段3，经过流入通道整流稳流段 4整流稳流后，形成矩形二维场，以一定的速率从主喷口喷出。在涡流腔末端圆弧段作用下，从出水口流出，此时，入口压力最低。

参照图5，因附壁效应，从主喷口5喷出的流束随机偏转，沿偏转涡流腔6某一侧壁流动。此时，偏转涡流腔6内形成涡旋，管内流阻增加，入口压力升高。偏转涡流腔6形成的涡旋，对偏转的流束起到稳流作用，偏转流流速持续增加。

参照图6，随着入口压力的增加，从把第二导流通道7-2流入第二反馈通道8-2的流体压力也接续增加。当反馈压力增加到某一数值后，从主喷口流出的偏转流束被迫改向，因附壁效应的存在，流束将沿另一侧壁流动。此时，涡流腔内涡旋被破坏，管内流阻降低，入口压力降低。

参照图7，随着偏转流束的增强，在涡流腔内形成新的涡旋，入口压力再次升高，进入一个压力循环。

如此反复，管内流体形成压力脉冲。此压力波形呈现正弦波状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种液力脉冲振动装置，其特征在于：包括

壳体(2)，

液力脉冲振动装置主体(1)，液力脉冲振动装置主体(1)为管状体结构，管状体中心设置有脉冲腔；液力脉冲振动装置主体(1)连接在壳体(2)内。

2.如权利要求1所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的脉冲腔由流入通道、主喷口(5)、偏转涡流腔(6)、导流通道、反馈通道和出水口(9)组成；所述流入通道设置在脉冲腔输入端，所述偏转涡流腔(6)通过主喷口(5)与流入通道连通；所述导流通道设置在偏转涡流腔(6)输出端，导流通道通过反馈通道与主喷口(5)输入端连通；所述的出水口(9)设置有两个，两个出水口(9)对称设置在偏转涡流腔(6)的侧壁上，两个出水口(9)中心连线水平并与偏转涡流腔(6)的轴心线垂直。

3.如权利要求2所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的流入通道包括收缩段(3)和整流稳流段(4)；所述的收缩段(3)设置于脉冲腔输入端，所述的整流稳流段(4)设置在收缩段(3)和主喷口(5)之间。

4.如权利要求3所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的收缩段(3)为从圆形截面到矩形截面渐变的锥形，锥形的底面朝向输入端，锥形的顶部与整流稳流段(4)连通：所述的整流稳流段(4)为一长方体形通道。

5.如权利要求2所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的导流通道包括第一导流通道(7-1)和第二导流通道(7-2)；所述的第一导流通道(7-1)和第二导流通道(7-2)对称设置在偏转涡流腔(6)输出端的斜上方和斜下方；第一导流通道(7-1)的输出端和第二导流通道(7-2)的输出端分别与反馈通道连通；第一导流通道(7-1)和第二导流通道(7-2)的横断面均为矩形。

6.如权利要求2所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的反馈通道包括第一反馈通道(8-1)和第二反馈通道(8-2)；所述的第一反馈通道(8-1)和第二反馈通道(8-2)结构相同且对称的设置在偏转涡流腔(6)的外周；所述第一反馈通道(8-1)和第二反馈通道(8-2)的横断面均为矩形。

7.如权利要求6所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的第一反馈通道(8-1)由水平段和圆弧段组成，水平段与导流通道连通，圆弧段与主喷口(5)连通。

8.如权利要求2所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的流入通道、主喷口(5)和偏转涡流腔(6)的横断面均为矩形。

9.如权利要求2所述的一种液力脉冲振动装置，其特征在于：所述的偏转涡流腔(6)由楔形偏转段和圆柱状涡流段构成，偏转段的一端通过主喷口(5)与流入通道连通，偏转段的另一端为圆柱状涡流段；涡流段与导流通道连通；所述的出水口(9)设置在涡流段上。

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