一种水力振荡器

1.本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种水力振荡器。


背景技术：

2.水力振荡器用于油田、天然气、煤层的抽采钻井或探测钻井。现有的水力振荡器有螺杆式水力振荡器、驱动式水力振荡器、涡轮式水力振荡器、基于滚子和叶轮的水力振荡器、射流式水力振荡器等。但现有的水力振荡器都存在一些共性的问题：在结构复杂、制作难度大、使用寿命短、可靠性差等缺点。
3.水力振荡器一般由动力短节、阀轴总成和振荡短节组成。中国专利文献cn112282650a公开了一种钻井工程用水力振荡器，它包括动力短节外壳，动力短节外壳的内部通过花键活动套接有振荡短节芯轴，动力短节外壳的内壁滑动连接有振动推套，动力短节外壳的内腔设置有位于振动推套下方的阀门总成，阀门总成的顶端固定连接在动力短节外壳的内壁上，阀门总成的上方与振动推套之间设有钻井液推压腔，阀门总成的中下段与动力短节外壳的内壁之间设有流道间隙。
4.该阀门总成包括阀门定子和阀门转子，所述阀门定子的内部中空，阀门定子的外壁上均匀开设有液孔，阀门定子的内腔转动连接有位于其轴线处的旋转轴杆，阀门转子设置于旋转轴杆上。阀门转子包括侧挡板和底板，旋转轴杆和侧挡板的外壁上均开设有滑动槽，底板的外壁上固定连接有滑块，滑块滑动连接在滑动槽的内部，侧挡板固定连接在旋转轴杆的外壁上，旋转轴杆、侧挡板、底板和阀门定子的外壁之间构成一个上方与钻井液推压腔连通的水流空间，而底板与阀门定子接触的一面即为水流空间的出口。底板的底面以及阀门定子内腔的底面均设置有磁铁。
5.该发明改变了传统使用螺杆马达带动阀门转子移动的方式，减少了螺杆对水压能量的消耗，提高水压能向水动能的转化率。但是该专利申请同样存在结构复杂，主要是阀门总成的结构异常复杂，必然导致制造难度加大、故障率高、使用寿命短、可靠性差的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种水力振荡器，它的结构简单、制造装配容易、使用寿命长、可靠性高。
7.为了解决上述技术问题，本技术提供的水力振荡器包括动力短节和振荡短节，所述动力短节包括上接头、缸体、阀芯和下接头，缸体上部开口装接上接头，上接头底部与调节压环密封接合；缸体内部上方由上至下密封装配有调节压环和喷嘴，喷嘴由缸体上台阶面支撑限位；缸体内部中段间隙装配有阀芯，缸体内壁设有缸体挡环，阀芯外周沿缸体挡环上下滑动，缸体下部开口装接下接头，上接头连接振荡短节。
8.上接头和调节压环的中心通孔构成第一流体通道i，第一流体通道i连通喷嘴喷流孔形成的第二流体通道ii，缸体内的喷嘴与阀芯相距的空间形成上腔iii；阀芯中心的大圆孔构成第四流体通道iv，阀芯大圆孔底部的细小孔构成第六流体通道vi，阀芯大圆孔下部
侧壁均匀开有向下倾斜孔构成第五流体通道v；缸体挡环下方的阀芯外周及外底面与下接头顶面组成的空间构成下腔vii，下接头中心小孔形成第八流体通道
ⅷ
。
9.本发明的技术效果是：本发明的阀动结构简单，活动部件少，降低了水力振荡器的制造难度，提高了成品合格率，降低了水力振荡器的生产成本；提高了零部件的抗压抗磨性能，大幅提升了水力振荡器的使用寿命；提高了零件的可靠性，并减少活动组件，省去了阀转动和密封环节，水力振荡器的整体可靠性大幅提升。
附图说明
10.本发明的附图说明如下：图1为本发明的动力短节结构示意图；图2为本发明一个实施例的结构图。
11.图中，1、上接头，2、调节压环，3、喷嘴，4、缸体，41、缸体挡环；5、阀芯，6、下接头；i、第一流体通道，ii、第二流体通道，iii、上腔，iv、第四流体通道，v、第五流体通道，vi、第六流体通道，vii、下腔，
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、第八流体通道；7、振荡短节，7
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1、芯轴，7
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2、外缸，7
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3、碟簧，7
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4、活塞，7
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5、接口。
具体实施方式
12.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：为了清楚描述发明内容，本专利申请使用方位词“上”、“下”进行区别，所述“上”、“下”是依据以上附图的布设方位来确定的，在本发明的实际使用方向发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。
13.如图1和图2所示，本发明的水力振荡器包括动力短节和振荡短节7，振荡短接为通用短接，所述动力短节包括上接头1、缸体4、阀芯5和下接头6，缸体4上部开口装接上接头1，上接头1底部与调节压环2密封接合；缸体4内部上方由上至下密封装配有调节压环2和喷嘴3，喷嘴3由缸体4上台阶面支撑限位；缸体4内部中段间隙装配有阀芯5，缸体4内壁设有缸体挡环41，阀芯5外周沿缸体挡环41上下滑动，缸体4下部开口装接下接头6，上接头1连接振荡短节7；下接头6连接其他钻井工具。
14.喷嘴3为易损件，调节压环2将喷嘴与导流密封段分开可以降低设备更换成本。
15.如图1所示，本发明的流体通道布设为：上接头1和调节压环2的中心通孔构成第一流体通道i，第一流体通道i连通喷嘴3喷流孔形成的第二流体通道ii，缸体内的喷嘴3与阀芯5相距的空间形成上腔ⅲ；阀芯5中心的大圆孔构成第四流体通道vi，阀芯大圆孔底部的细小孔构成第六流体通道ⅳ，阀芯大圆孔下部侧壁均匀开有向下倾斜孔构成第五流体通道v；缸体挡环41下方的阀芯5外周及外底面与下接头6顶面组成的空间构成下腔
ⅶ
，下接头6中心小孔形成第八流体通道
ⅷ
。
16.本发明的阀动原理：流体通过第一流体通道i，进入喷嘴3，在第二流体通道ⅱ中形成高速流体并快速喷射进入阀芯5的第四流体通道ⅳ，将上腔ⅲ中的流体卷吸进第四流体通道ⅳ，导致上腔ⅲ的压力降低；流体经阀芯5的第五流体通道v和第六流体通道vi进入下腔
ⅶ
，由于第八流体
通道
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通道半径小，形成截流，在下腔
ⅶ
造成憋压，使下腔
ⅶ
压力升高；上腔ⅲ与下腔
ⅶ
的压力差推动阀芯5向上移动，直到阀芯的第五流体通道v被缸体挡环41完全封住，之后，从第二流体通道ⅱ进入第四流体通道ⅳ的流体不能及时排出，导致上腔ⅲ的压力升高，下腔
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中的流体经第八流体通道
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流出，下腔
ⅶ
压力下降，上腔ⅲ与下腔
ⅶ
的压力差使阀芯5减速并反向运动，阀芯下移直到第五流体通道v完全打开。由此实现流道切换，使阀芯5进行上下往复运动。
17.阀芯5的往复开启和关闭动作将导致动力短接上游的钻具内流体压力在一定范围内产生周期性波动，从而为振荡短节提供振动动力。
18.现有的振荡短节属于成熟技术，并已投入生产使用，下面结合现有的振荡短节说明本发明工作原理：如图2所示，振荡短节7通过接口7
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5与本发明动力短节连接，阀芯5的向上运动关闭第五流体通道v时，由于钻具内高压流体不能及时排出，产生高压脉冲推动活塞7
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4向上移动，活塞7
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4对碟簧7
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3施压，振荡短接整体相对芯轴7
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1向上运动，当阀芯5向下运动打开第五流体通道v时，钻具内高压流体能够顺畅排出，钻具内整体压力降低，碟簧7
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3的弹性势能推动活塞7
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4向下运动，以此实现活塞的往复运动，由于轴芯7
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1与钻管固定，活塞带动外缸7
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2上下往复运动，实现短节的振荡，完成水力振荡器的预定功能。