[发明专利]一种水力振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及钻井工程技术领域，更具体地说，本发明涉及一种在大斜度井、水平井等复杂结构井开采中能有效减少摩阻、传递钻压进而提高钻速和开采效率的水力振荡器。

背景技术

随着石油工业的发展，目前油田钻井已由原来的定向井逐渐向水平井发展，而在水平井钻进过程中，由于钻具自身重力作用，造成钻具在钻进时与井壁摩阻过大，严重影响钻速，甚至造成钻具托压不能加压到钻头。因此降低摩阻、减少卡钻事故，增加动钻压、提高钻井效率是当前钻井工程中迫切需要解决的问题。研究发现泥浆通过钻具时可造成泥浆压力大小周期性变化，从而使钻具承受周期性的轴向冲击力，引起该钻具在钻进过程中产生振动，因此能减少钻具与井壁的摩擦，改善钻压传递的效果，提高对工具面的控制，进而达到提高钻速、节约钻井成本的目的。

现有的水力振荡器如专利CN 103696693A钻井用水力振荡器、CN 102704842A一种钻井用水力振荡器所描述，其结构类似，都是由动力部分、阀门和轴承系统、振荡短节组成，工具的动力部分由单头螺杆马达组成，所以当流体流经动力部分时，驱动心轴转动，由于螺杆的特性，末端(动阀片)在一个平面上往复运动。与动力部分相连的是阀门和轴承系统，主要部件是耐磨套和一个固定的阀片(定阀片)，动阀片和静阀片紧密贴合，由于转子的转动，导致两个阀片相错或者重合，相错或者重合就导致上游压力发生变化，周期性的运动导致流体流经截面的面积周期性的变化，当两个阀口重合面积最少时，工具产生最大压力降，当两个阀口重合面积最大时，工具产生最小压力降。动力部分使上游压力周期性的作用于弹簧短节上，形成工具整体周期性振动。

水力振荡工具已经投入商业应用多年，减阻效果好，提速十分明显，据统计，综合机械钻速提高达50％，但是其寿命低、使用成本高使其饱受诟病，根据现场应用情况反馈，水力振荡工具在水基泥浆环境下的使用寿命约为150小时左右，而在油基泥浆中其使用寿命只有70-80小时，究其原因，因为制约水力振荡工具寿命的主要部件是其动力总成，水力振荡工具的寿命与螺杆钻具相当，其动力总成含有的橡胶元件螺杆限制了其使用寿命，在高温井中，使用寿命还将大大降低，因此工作介质和温度对水力振荡工具的应用有很大限制。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种耐高温、耐腐蚀且使用涡轮驱动的水力振荡器，相比螺杆驱动的水力振荡器，使用寿命大大增加，且涡轮驱动产生的压降大于螺杆驱动产生的压降。

本发明还有一个目的是通过在动阀片与定阀片上设置多个均匀分布的过流孔，以使动阀片在所述主轴的驱动下旋转时，所述第一过流孔与所述第二过流孔交错或重叠形成的重叠区的过流面积呈周期性变化，从而减少钻具与井壁的摩擦，改善钻压传递的效果，有效防止钻进过程中跳钻或托压，进而提高钻速、节约钻井成本。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水力振荡器，包括通过螺纹连接的振动短节和动力短节，动力短节包括通过螺纹密封连接的涡轮节和支撑节，以及设置在所述涡轮节与所述支撑节内部中心的主轴，所述主轴的下端连接有设置在所述支撑节内部的阀系，所述阀系由上至下依次包括动阀座、动阀片、定阀片和定阀座，所述动阀片与动阀座以及定阀片与定阀座之间通过盈配合固定连接，所述动阀片与所述定阀片上分别设有多个沿动阀片或定阀片的圆周方向均匀分布的第一过流孔和第二过流孔，以使所述动阀片在所述主轴的驱动下旋转时，所述第一过流孔与所述第二过流孔交错或重叠形成的重叠区的过流面积呈周期性变化。

优选的是，所述的水力振荡器，所述动阀片上的所述第一过流孔与所述定阀片上的所述第二过流孔一一对应，所述第一过流孔与所述第二过流孔的数量至少为3个。

优选的是，所述的水力振荡器，所述第一过流孔与所述第二过流孔的数量均为3-8个。

优选的是，所述的水力振荡器，所述第一过流孔与所述第二过流孔均为圆形。

优选的是，所述的水力振荡器，所述第一过流孔的数量为3个，对于任意一个第一过流孔设置为，沿所述动阀片的端面的中心向所述第一过流孔引的两条切线的夹角为65-90°。

优选的是，所述的水力振荡器，所述第一过流孔的数量为4个，对于任意一个第一过流孔设置为，沿所述动阀片的端面的中心向所述第一过流孔引的两条切线的夹角为50-80°。

优选的是，所述的水力振荡器，所述第一过流孔的数量为5个，对于任意一个第一过流孔设置为，沿所述动阀片的端面的中心向所述第一过流孔引的两条切线的夹角为40-60°。