CN215108744U - 新型无反馈流道水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型可用于石油、页岩气等开采设备设计制造技术领域，具体是一种新型无反馈流道水力振荡器，包括外筒及置于外筒内的流道体，所述流道体内设有连通流体入口和流体出口的流体转换腔，流体转换腔内设有劈尖，该劈尖把流体转换腔分隔成分流室和涡流室，及连通分流室和涡流室的切换流道，该切换流道有两条，且相对于流道体中轴线对称。并且在流体入口与分流室之间还有两个关于流道体中轴线对称的卷吸引射腔。相比较于传统的自激式水力振荡器减少了由于反馈流道带来的阻力。提供一种新型无反馈流道水力振荡器，工具尺寸短、结构紧凑，没有任何可以活动的部件和密封件，提高了可靠性和延长了振荡器的使用寿命。

Description

新型无反馈流道水力振荡器

技术领域

本实用新型可用于石油、页岩气等开采设备设计制造技术领域，具体是一种新型无反馈流道水力振荡器。

背景技术

随着资源勘探开发的不断增加，大位移井、长水平段水平井越来越多，钻井过程中井下摩阻越来越大，常出现托压、压差卡钻等问题。水力振荡器是一种用于水平井、大斜度井、大位移井等定向井的管柱延伸工具，井内循环的流体通过水力振荡器后产生周期性的振动载荷，产生冲击力改善井底岩石应力状态，提高钻头破岩效率。

现场投入应用的水力振荡器形式多样，水力振荡器产生的振动能将钻具与井壁间的静摩擦转变为动摩擦，降低摩阻，进而解决托压问题，现有水力振荡器减摩降阻效果明显，经济效益较好。但也或多或少存在一些问题：1、动件和橡胶件，因而耐高温和腐蚀性能较差；2、压耗较大、成本较高；3、排量范围小，影响施工作业；4、产品结构复杂，压耗普遍偏大；5、抗冲蚀能力不足，影响使用寿命； 6、含有活动部件和橡胶密封组件，可靠性不高。

而对于现有的自激式的水力振荡器可以解决上述问题，但也存在不足之处。传统的自激水式力振荡器有一个显著的限制，就是它需要基于反馈管道才能产生振动射流。反馈管道的存在会造成振荡器的阻力相比一般的直射流喷嘴大得多

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种新型无反馈流道水力振荡器，工具尺寸短、结构紧凑，没有任何可以活动的部件和密封件。

为实现上述技术目的，本实用新型提供的方案是：新型无反馈流道水力振荡器，包括外筒及置于外筒内的流道体，所述流道体内设有连通流体入口和流体出口的流体转换腔，流体转换腔内设有劈尖，该劈尖把流体转换腔分隔成分流室和涡流室，及连通分流室和涡流室的切换流道，该切换流道有两条，且相对于流道体中轴线对称。并且在流体入口与分流室之间还有两个关于流道体中轴线对称的卷吸引射腔。

高速射流卷吸流体:

由喷嘴喷出的射束，流线平直，周围环境压力均匀，射束所受外力的合力为零，根据牛顿运动力学的第二定律可知其动量通量沿程守恒即。

式中，

为射流沿程(x方向)各过流横断面的质量通量，其值恒为正；Q(x)为射流沿程(x方向)各过流横断面的体积流量，ρ为流体的密度；u(x) 为在纵向坐标为x的横断面上按各微元面积的质量通量加权的平均流速，也为x 的函数。而真实流体(水与空气)所具有的粘性又决定了各断面的机械动能中的一部分不断地转化为热能而耗散。所以，流体所具有的动能会沿程递减。

用

代表单位质量流体的动能，则动能沿程递减的特性可用式(2)表达。

射流既然存在且沿x轴方向向前流动，其流速u(x)当然大于零，故式(2)表明:

展开式(1)可得:

式(4)移项可得:

令R₁、R₂、R₃为正实数，且令R₁＝m(x)、R₂＝－du(x)/dx、R₃＝R₁·R ₂，则由式(5)知:

从式(5)和式(6)得:

因为u(x)恒大于零，故式(7)可写为:

式(8)意味着射流的质量通量沿程递增。为此，流束会将其周围的物质卷吸进来并挟运前行以实现质量通量的递增。

应予指出，本段论述射流流速的质量流量会沿途递增的物理基础的关键在于，第一，射流沿途各横断面的动量通量守恒；第二，本文所讨论的射流介质是真实流体，即具有损耗特性的有粘性的水和空气。

由于式(8)的推导严格遵循高等数学的微分法则，并未借助别的条件，故射流流束各断面的质量流量会随其流程的增长而递增的特性不会因其流动型态之不同而改变，即无论是紊动射流抑或是层流射流都具有卷吸能力。不过紊动射流的卷吸能力更强。

而且，所述外筒的两端具有密封螺纹，可以是一端为密封母螺纹，另一端为密封公螺纹。

而且，所述外筒包括上、下两段，通过密封螺纹连接到一起后，焊接为一个整体。

而且，所述流道体为圆柱体结构，其外圆面与外筒内壁过盈配合构成金属密封结构。

而且，所述劈尖正对流体入口的中部。

而且，所述劈尖头部截面为为圆弧结构。

而且，所述切换流道均布于所述劈尖四周，且与涡流室相切。

而且，所述卷吸引射腔紧邻流体转换腔并在其之前。

本实用新型的有益效果在于：该工具利用特殊流道和钻井液循环产生周期性振动，无运动件和橡胶件，耐高温、耐腐蚀、可靠性高、成本低。工具结构紧凑、尺寸短，没有任何可以活动的零部件，可靠性高；无反馈管道的存在使振荡器的阻力相比传统自激式振荡器小得多。

创新点：

1：本实用新型专利采用圆弧形劈尖增大了分流室的体积更有益于沿壁效应的产生。

2：本实用新型专利采用对称的卷吸引射腔，减少了由于反馈流道所带来的阻力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是流体转换腔的结构示意图。

图3是流体经过切换流道的状态一示意图。

图4是流体经过切换流道的状态二示意图。

图5是卷吸引射腔的示意图。

图6是劈尖头部形状示意图。

其中，1、外筒，2、流道体，3、流体转换腔，4、流体入口，5、流体出口， 6、分流室，7、涡流室，8、劈尖，9、切换流道，10、卷吸引射腔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

本实施例提供一种自激式水力振荡器，如图1所示，包括外筒1及置于外筒内的流道体2，所述流道体2内设有连通流体入口4和流体出口5的流体转换腔3，流体转换腔3内设有劈尖8，该劈尖8把流体转换腔3分隔成分流室6和涡流室7，及连通分流室6和涡流室7的切换流道9，该切换流道9有两条，且相对于流道体 2中轴线对称；所述流道体2内还卷吸引射腔，该卷吸引射腔10相对于流道体2 中轴线对称，如图2所示。

进一步的，所述外筒1的两端具有密封螺纹，便于与其他管汇连接。例如，外筒1的一端为密封母螺纹，另一端为密封公螺纹。

进一步的，所述外筒1包括上、下两段，通过密封螺纹连接到一起后，焊接为一个整体。此结构便于将流道体组装进外筒内。

进一步的，所述流道体2为圆柱体结构，其外圆面与外筒1内壁过盈配合构成金属密封结构。

进一步的，所述劈尖8正对流体入口的中部。

进一步的，所述劈尖8头部截面为圆弧结构，如图6所示。

进一步的，所述切换流道9均布于所述劈尖8四周，且与涡流室7相切。

进一步的，所述卷吸引射腔在入口与分流室之间并且相对于流道体中轴线对称。

使用时，地面泵入的流体经过水力振荡器，通过卷吸引射腔10，产生卷吸引射效应，射流因粘性而带动周围流体介质，当一侧被壁面阻隔之后，卷吸引射同样存在但补充通道受限将在壁面产生负压，进而射流两侧压差使其偏转，越偏转压差就越大，最终在分流室6产生附壁，并且沿着劈尖8的一侧流出，如图3所示，涡流室7产生涡流并逐渐增强；与此同时，在另一侧流道出现回流现象，这是另一测流道处出现逆压梯度的缘故，使得射流倒吸回流到分流室6，当此压力值继续升高到一定范围时，劈尖8位置的流体会产生流道切换的趋势，该趋势逐渐增强，直至流道完全切换，如图4所示；伴随流道切换，涡流室7内的涡流由强转弱并再次增强。以上流道切换过程呈现为周期性的特征，使得水力振荡器流体出口5喷射出的流体时强时弱，带动水力振荡器产生周期性的来回振动冲击，从而降低管柱与井壁之间的摩擦阻力，增加管柱延伸进尺。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.新型无反馈流道水力振荡器，包括外筒及置于外筒内的流道体，其特征在于：所述流道体内设有连通流体入口和流体出口的流体转换腔，流体转换腔内设有劈尖，该劈尖把流体转换腔分隔成分流室和涡流室，及连通分流室和涡流室的切换流道，该切换流道有两条，且相对于流道体中轴线对称，并且在流体入口与分流室之间还有两个关于流道体中轴线对称的卷吸引射腔。

2.根据权利要求1所述的新型无反馈流道水力振荡器，其特征在于：所述劈尖正对流体入口的中部。

3.根据权利要求1所述的新型无反馈流道水力振荡器，其特征在于：所述劈尖头部截面为圆弧结构。

4.根据权利要求1所述的新型无反馈流道水力振荡器，其特征在于：所述切换流道劈尖两侧，且与涡流室相切。

5.根据权利要求1所述的新型无反馈流道水力振荡器，其特征在于：所述卷吸引射腔在入口与分流室之间并且相对于流道体中轴线对称。

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