CN214170483U - 液力自激发式激荡阀及包含它的振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液力自激发式激荡阀及包含它的振荡器，所述激荡阀为对称的两瓣式结构，每瓣包括进水口、射流加速通道、分流块、漩涡室、反馈通道和出水口，所述进水口、射流加速通道、分流块、漩涡室、反馈通道和出水口各部分结构均为沿中心轴线对称。

Description

液力自激发式激荡阀及包含它的振荡器

技术领域

本实用新型属于油气等能源作业领域，具体而言，涉及一种激发式工具，即：用于油气井作业中的连续油管、固井和钻井的液力自激发式激荡阀，以及包含所述激荡阀的振荡器。

背景技术

随着水平井技术的日趋进步，水平段长度也随之变得越深，随着水平段长度的增加而来的是管柱受到的摩擦力越来越大。当下到一定深度，管柱受到的静摩擦力和地面设备给的钻压大小一样时，则管柱无法继续下入，出现托底现象。如何克服静摩擦力，解决管柱托底问题，将静摩擦力转换成动摩擦力，使管柱可以更深的下入，成为了亟待解决的作业难题。

将静摩擦力转换成动摩擦力的措施目前主要有：1、通过自身机构对螺杆提供有周期性的大小不同的液力，使螺杆产生周期性旋转，进而产生周期性的上下振动，从而使静摩擦力转换为动摩擦力。2、通过液体的科恩达效应，使液体在漩涡室产生激荡，进而带动工具产生周期性的上下振动。但由于上述工具在小排量的情况下产生的力量偏小且周期频率偏高，容易加速管柱工具等疲劳破坏；在大排量下则由于流道复杂，流速很高，对工具内部冲噬厉害，工具寿命低。

针对上述问题，本实用新型提供了一种液力自激发式激荡阀，其通过液体的科恩达效应产生周期性振荡，产生的震荡效果更好且频率更低，并且其为模块化设计，增加了工具使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液力自激发式激荡阀，通过液体的科恩达效应产生周期性振荡，受冲噬厉害的分流块和漩室出水口采取模块式可换设计。

一种液力自激发式激荡阀，其特征在于：所述激荡阀为对称的两瓣式结构，每瓣依次包括进水口、射流加速通道、分流块、漩涡室、反馈通道和出水口，所述进水口、射流加速通道、分流块、漩涡室、反馈通道和出水口各部分结构均为沿中心轴线对称。

所述两瓣是紧固在一起的，可先将二者涂胶粘合，再通过固定螺栓将其紧固。

所述进水口位于激荡阀的阀口中，为圆弧收腰的喇叭口状结构，流体流经之后第一次被加速。

所述射流加速通道与所述进水口直线联通，为宽进窄出状结构；经进水口第一次被加速的流体在此流道中再次被加速，尤其是通过射流加速通道出口时速度更快。

所述射流加速通道与分流块两侧对称的由宽变窄的流道一起形成Y型结构，分流块位于 Y型的口内；所述分流块整体为燕尾结构，使得分流道由宽变窄，从而使得减速后的流体重新被加速。由于分流块受冲噬厉害，所以所述分流块为可更换的模块化分流块，可根据冲噬程度随时更换。

分流块面向流体的面呈凹圆形，也可以是平行面或凸圆形，优选凹圆形，其可根据作业需求，选用合适的弧度，以改变在此位置产生的絮流大小。

分流块的后圆弧与旋涡室的半圆是同心圆，并共同组成漩涡室，漩涡室的中部为出水口，出水口和漩涡室是同心圆，该同心圆结构产生的漩涡力更强。第一反馈通道的外边沿(即：上边线)与漩涡室相切。所述出水口为模块化结构，可根据冲噬程度进行更换。

反馈通道由几段不同的反馈通道部分组成，例如可以分别称为第一反馈通道、第二反馈通道和第三反馈通道……，其中流体从旋涡室流出首先进入的反馈通道部分是窄进宽出结构，其它反馈通道为宽进窄出。流体由此可以被往复循环利用。所述反馈通道沿中心线左右对称分布。因此，在所述包含单旋涡室的激荡阀中，流体从旋涡室流出首先进入的第一反馈通道部分是窄进宽出结构，第二和第三反馈通道为宽进窄出结构。

第一反馈通道为窄进宽出结构，这样有利于更多流体在漩涡室涡流。第一反馈通道末端设有阻挡突起，阻挡突起是第一反馈通道、第二反馈通道和第三反馈通道交汇处。通过第一反馈通道回流的流体经阻挡突起的贴壁效应分流进入第二反馈通道和第三反馈通道，第二反馈通道和第三反馈通道为宽进窄出结构，起到加速流速的作用。

进水口与射流加速通道交接处的左右两侧为对称的第三反馈通道的窄出口；射流加速通道在喷射出口处左右两侧为对称的第二反馈通道的窄出口。第二反馈通道和第三反馈通道在阻挡突起处连通，形成围绕射流通道的椭圆形结构。阻挡突起的另一个分支口为第一反馈通道的窄进宽出结构的宽出口。

所述激荡阀可以根据需要包括一个、两个或者更多个分流块和旋涡室。这样通过两个或更多个漩涡室的激荡产生叠加效果，从而获得更强的振荡力。

因此，在本实用新型的另一实施方案中，所述激荡阀在单旋涡室模式的基础上，进一步增加第二分流块和第二漩涡室，设置为双分流块和双漩涡室结构。

相应地，所述激荡阀的每瓣包括进水口、射流加速通道、第一分流块、第一漩涡室、第一出水口、第二分流块、第二旋涡室、反馈通道和第二出水口。

所述反馈通道沿中心轴线对称分布，由第一反馈通道、第二反馈通道、第三反馈通道和第四反馈通道组成。

在双旋涡室激荡阀中，流体从两个旋涡室流出首先分别进入的第一和第四反馈通道部分是窄进宽出结构，第二和第三反馈通道为宽进窄出结构。

在包含两个或更多个旋涡室的激荡阀中，流体从各旋涡室流出首先进入的反馈通道部分是窄进宽出结构，其余的围绕射流通道部分的反馈通道为宽进窄出结构。在两个或更多个旋涡室的情况下，每增加一个旋涡室，在两个旋涡室之间增加一段窄进宽出结构的反馈通道。

其中，所述激荡阀的阀口中是喇叭口状的进水口，与进水口直线联通的是宽进窄出的射流加速通道，在进水口和射流加速通道交接处的左右为对称的第三反馈通道的宽进窄出结构的窄出口，射流加速通道在喷射出口处左右为对称的第二反馈通道的宽进窄出结构的窄出口，第二反馈通道和第三反馈通道在阻挡突起联通，形成椭圆形结构。

射流加速通道和第一分流块两侧对称的由宽变窄的流道形成了第一Y型结构，第一分流块位于第一Y型的口内，第一分流块后圆弧和第一旋涡室的半圆是同心圆，且组成第一漩涡室，第一漩涡室的中部为第一出水口，第一出水口和第一漩涡室是同心圆。第一反馈通道的外边沿和第一漩涡室是相切的。

第一漩涡室出水口圆周处设有阻挡墙，用于减少流体在第一出水口外流，使得更多流体通过第一漩涡室和第二漩涡室之间的联通通道进入第二漩涡室。第一漩涡室和第二漩涡室联通通道和第二分流块两侧对称的由宽变窄的流道形成了第二Y型结构，第二分流块位于第二 Y型的口内，第二分流块整体为燕尾结构，分流块面向流体的面呈凹圆形、平行面或凸圆形。第二分流块后圆弧和第二旋涡室的半圆是同心圆，并且组成了第二漩涡室，第二漩涡室的中部为第二出水口，第二出水口和第二漩涡室是同心圆。第四反馈通道的外边沿和第二漩涡室是相切的。

本实用新型进一步涉及一种液力自激发式振荡器，其特征在于：所述振荡器包括上接头、壳体和本文所述的激荡阀；其中所述激荡阀安装于壳体内，上接头与壳体通过螺纹连接，将激荡阀顶固在壳体内部。

其中，上接头的螺纹下端面与激荡阀的上端面之间有铜垫片进行挤压贴合连接，铜垫片和激荡阀外径一致，内径略小于激荡阀进水阀口，铜垫片具有一定的挤压变形，由此既增加了密封性又避免了上接头和激荡阀直接硬面接触。

本实用新型激荡阀的有益之处在于：流体从旋涡室出来首先进入的反馈通道为窄进宽出结构，这样更有利于涡室内有更多液体激荡；并且其余围绕射流通道的反馈通道为宽进窄出状结构，更有利于流体被加速，促进激荡。同时，分流块和出水口为模块化的，可以延长整个激荡阀的使用寿命。根据需要采用双涡室或多涡室结构的情况下，将产生更大的激荡力，而激荡频率减少，更有利于保护管柱和工具。

附图说明

图1是本实用新型的液力自激发式振荡器装配示意图，a是正视图，b是剖视图。

图2是根据本实用新型的包含单旋涡室的激荡阀的正视图。

图3是根据本实用新型的包含单旋涡室的激荡阀的三维示意图，a是正面三维视图，b是背面三维视图。

图4是根据本实用新型的包含双旋涡室的激荡阀的正视图。

图5是根据本实用新型的包含双旋涡室的激荡阀的三维示意图，a是正面三维视图，b是背面三维视图。

图6是在根据本实用新型的激荡阀中的正转流体流动示意图。

图7是在根据本实用新型的激荡阀中的反转流体流动示意图。

附图标记说明

1、上接头；2、铜垫片；3、激荡阀；4、壳体；5、固定螺栓；6、进水口；7、射流加速通道；8、第一分流块；9、第一涡流室；10、第一出水口；11、阻挡突起；12、第一反馈通道；13、第二反馈通道；14、第三反馈通道；15、第四反馈通道；16、阻挡墙；17、第二分流块；18、第二涡流室；19、第二出水口。

具体实施方式

下面结合附图，以包含单旋涡室激荡阀和包含双旋涡室激荡阀的振荡器为例，通过实施例进一步详细说明本实用新型。

实施例1包含单旋涡室的激荡阀的振荡器：

一种液力自激发式振荡器，包括：上接头1、激荡阀3和壳体4；其中上接头1的螺纹下端面与激荡阀3的上端面之间有铜垫片2进行挤压贴合连接；所述激荡阀3包括进水口6；射流加速通道7；第一分流块8；第一涡流室9；第一出水口10；阻挡突起11；第一反馈通道12；第二反馈通道13；和第三反馈通道14。

将两瓣激荡阀用胶粘合，然后用固定螺栓5紧固，插入壳体4内，接着放入铜垫片2，最后用管钳将上接头和壳体打紧，整套工具组装完毕。

该振荡器装置运行过程如下：

通过地面泵入流体，流体流经上接头1和铜垫片2到达激荡阀3的进水口6，然后快速流过射流加速通道7形成高速流，受科恩达效应，经过第一分流块8后高速流大部分通过分流块上部通道，在上部通道再次经过加速后，以更高的流速射流到第一漩涡室9，在漩涡室腔体内部沿圆壁逐渐形成正转涡流，压力也逐渐增强，当漩涡达到最大时，此时压力也达到最大。与此同时，部分流体通过第一反馈通道12回流，到达阻挡突起11时，返回流体再次受科恩达效应，分流第二反馈通道13和第三反馈通道14；正转涡流最大后正漩涡能量开始衰减，与此同时，经过分流块下部通道，流体开始反转进入漩涡室腔体内部并逐渐形成反转涡流，压力也逐渐增强，当漩涡达到最大时，此时压力也达到最大。与此同时，部分流体通过第一出水口10流出，部分流体通过第一反馈通道12的对称流道回流，到达阻挡突起11时，返回流体再次受科恩达效应，分流到第二反馈通道13的对称流道和第三反馈通道14的对称流道。

如此周期性的反复流转，在正反两股涡流的作用下，形成脉动力，从而带动整个工具产生振荡，进而带动管柱或其他工具振荡，将下放过程中的静摩擦力转化成动摩擦力，最终使管柱能够进一步前进。

实施例2包含双旋涡室的激荡阀的振荡器：

一种液力自激发式振荡器，包括：上接头1、激荡阀3和壳体4；其中上接头1的螺纹下端面与激荡阀3的上端面之间有铜垫片2进行挤压贴合连接；所述激荡阀3包括进水口6；射流加速通道7；第一分流块8；第一涡流室9；第一出水口10；阻挡突起11；第一反馈通道12；第二反馈通道13；第三反馈通道14；第四反馈通道15；阻挡墙16；第二分流块17；第二涡流室18；和第二出水口19。

将两瓣激荡阀用胶粘合，然后用固定螺栓5紧固，插入壳体4内，接着放入铜垫片2，最后用管钳将上接头和壳体打紧，整套工具组装完毕。

本实用新型的装置运行过程如下：

通过地面泵入流体，流体经过上接头1和铜垫片2到达激荡阀3的进水口6，然后快速流过射流加速通道7形成高速流，受科恩达效应，经过第一分流块8后高速流大部分通过分流块上部通道，在上部通道再次经过加速后，以更高的流速射流到第一漩涡室9，在第一漩涡室9腔体内部沿圆壁逐渐形成正转涡流，与此同时，部分流体也流入第二分流块区，这部分流体也经过加速后，在第二漩涡室18腔体内部沿圆壁逐渐形成正转涡流。在两个涡流室内，压力也逐渐增强，当漩涡达到最大时，此时压力也达到最大。因阻挡墙16的存在，少部分流体在第一漩涡室的第一出水口10流出，让更多的流体流往第二漩涡室18。与此同时，部分流体通过第一反馈通道12回流，到达阻挡突起11时，返回流体再次受科恩达效应，分流到第二反馈通道13和第三反馈通道14；第二漩涡室18的部分流体经第二出水口19流出，部分流体经第四反馈通道15回流。正转涡流最大后正漩涡能量开始衰减，与此同时，经过分流块下部通道，流体开始反转进入第一漩涡室9腔体内部并逐渐形成反转涡流，与此同时，部分流体也流入第二分流块区，这部分流体也经过加速后，在第二漩涡室18腔体内部沿圆壁逐渐形成反转涡流。在两个涡流室内，压力也逐渐增强，当漩涡达到最大时，此时压力也达到最大。因阻挡墙16的存在，少部分流体在第一漩涡室9的第一出水口10流出，让更多的流体流往第二漩涡室18。与此同时，部分流体通过第一反馈通道12回流，到达阻挡突起11时，返回流体再次受科恩达效应，分流到第二反馈通道13的对称流道和第三反馈通道14的对称流道；第二漩涡室18的部分流体经第二出水口19流出，部分流体经第四反馈通道15的对称流道回流。

如此周期性的反复流转，在正反两股涡流的作用下，形成脉动力，而两个漩涡室形成叠加脉动力，形成的力量更强，从而带动整个工具产生振荡，进而带动管柱或其他工具振荡，将下放过程中的静摩擦力转化成动摩擦力，最终使管柱能够进一步前进。

Claims (8)

1.一种液力自激发式激荡阀，其特征在于：所述激荡阀(3)为对称的两瓣式结构，每瓣包括进水口(6)、射流加速通道(7)、第一分流块(8)、第一漩涡室(9)、反馈通道和第一出水口(10)，所述进水口(6)、射流加速通道(7)、第一分流块(8)、第一漩涡室(9)、反馈通道和第一出水口(10)各部分结构均为沿中心轴线对称；所述反馈通道由几段不同的反馈通道部分组成，其中流体从旋涡室流出首先进入的第一反馈通道(12)是窄进宽出结构，第二反馈通道(13)和第三反馈通道(14)为宽进窄出结构；所述进水口(6)位于激荡阀(3)的阀口中；所述进水口(6)与射流加速通道(7)交接处的两侧为第三反馈通道(14)的窄出口；所述射流加速通道(7)与所述进水口(6)直线联通；所述射流加速通道(7)与第一分流块(8)两侧对称的由宽变窄的流道一起形成Y型结构，第一分流块(8)位于Y型的口内；所述漩涡室(9)的中部为出水口(10)，出水口(10)和漩涡室(9)是同心圆，第一反馈通道(12)的外边沿与漩涡室(9)相切。

2.根据权利要求1所述的液力自激发式激荡阀，其特征在于：第一反馈通道末端设有阻挡突起(11)，第二反馈通道(13)和第三反馈通道(14)在阻挡突起处连通，形成围绕射流加速通道(7)的椭圆形结构。

3.根据权利要求1所述的液力自激发式激荡阀，其特征在于：所述进水口(6)为圆弧收腰的喇叭口状结构。

4.根据权利要求1所述的液力自激发式激荡阀，其特征在于：所述射流加速通道(7)为宽进窄出状结构。

5.根据权利要求1所述的液力自激发式激荡阀，其特征在于：所述第一分流块整体为燕尾结构，分流块面向流体的面呈凹圆形、平行面或凸圆形；分流块的后圆弧与旋涡室的半圆是同心圆，并共同组成漩涡室。

6.根据权利要求1所述的液力自激发式激荡阀，其特征在于：所述激荡阀(3)包括一个、两个或者更多个分流块和旋涡室。

7.根据权利要求6所述的液力自激发式激荡阀，其特征在于：每增加一个旋涡室，在两个旋涡室之间增加一段窄进宽出状结构的反馈通道。

8.一种振荡器，其特征在于：包括上接头(1)、壳体(4)和根据前述权利要求1-7任一项所述的激荡阀(3)，其中所述激荡阀(3)安装于壳体(4)内，上接头(1)与壳体(4)通过螺纹连接，将激荡阀(3)顶固在壳体(4)内部。

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