[发明专利]水力振荡器

说明书

本发明涉及一种水力振荡器，包括壳体、芯轴、活塞、弹簧和阀轴总成，阀轴总成包括与壳体固连的阀轴以及可转动套装于阀轴上的阀套，阀轴具有轴向流道、与轴向流道导通的回流流道以及与轴向流道导通且沿阀轴周向环形设置的多个第一导液孔，阀套具有沿其周向环形设置且可与各第一导液孔导通的多个第二导液孔，第一导液孔与第二导液孔导通时构成一折向流道，通过折向流道的周期性形成与断开，在壳体内形成剧烈的水击现象，形成振荡力；阀套与壳体之间形成有于回流流道连通的环空流道。上述阀轴总成为全金属件，水力振荡器整体无橡胶件，使用寿命长，设备生产及维护成本较低。

技术领域

本发明属于采油设备技术领域，具体涉及一种水力振荡器。

背景技术

随着各大油田开发，大斜度井、水平井和多分支水平井等复杂结构井应用的数量越来越多，井眼越来越不规则，井斜角大，滑动钻进模式的钻柱和井壁之间的摩阻越来越大，导致钻压传递效率低，严重制约了钻进速度和延伸能力。

自20世纪90年代以来，国外多家石油公司致力于水力振荡器研发，目前具有代表性并已经商业化应用的是NOV研发的产品，大量实践表明，其水力振荡器结构简单，摩擦阻力降低75％-80％，定向效果好，广泛应用于大斜度井、水平井和多分支井等钻井作业中，并长期占领着我国大部分市场。

与国外相比，国内水力振荡器的研制起步较晚，最近10年提出了10多种水力振荡器，大部分产品由于工具输出的水击力和频率等限制，降低摩阻的效果不理想，而未能获得商业应用。另外有部分企业通过引进消化吸收国外的产品，经过多年实践改进，成功应用于现场。

NOV(美国国民油井华高公司)水力振荡器由动力部分、阀轴总成和振荡短节组成，动力部分是一个2:1单螺杆马达，马达转子的下端固定一个阀片，钻井液通过动力部分时，驱动转子旋转，由于单螺杆的运动特性，动阀片随转子末端在一个平面上做往复运动。与动力部分连接的是阀轴总成，主要部件为耐磨套和定阀片，动阀片和定阀片紧密配合，由于转子的转动，导致两个阀片相错和重合，周期性的相对运动使阀轴总成的有效流通面积也周期性变化。两个阀门最小重合时，钻井液通过工具的有效流通面积最小，产生最大的水击压力波；两个阀门完全重合时，钻井液通过工具的有效流通面积最大，产生的压降最小；有效流通面积周期性变化导致上游的压力同步周期性变化。动力部分使上游压力周期性的变化作用在振荡短节的活塞上，形成的作用力不断的压其内的弹簧，形成振动。通过流体压力周期性变化，作用在振荡短节内部的弹簧，由于压力时大时小，短节的活塞在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，造成与工具连接的其它钻柱在轴向上往复运动。水力振荡器使相邻的钻具在井眼产生纵向往复运动，钻具在井底的静摩擦变为动摩擦，摩擦阻力大大降低，工具可以有效的减少因井眼轨迹产生钻具拖拉现象，保证钻头作用于岩石的有效钻压，从而提高机械钻速和延伸能力。

但是，成功商业化应用的NOV水力振荡器也存在突出的技术矛盾问题，即动力部分为 2:1的单头螺杆马达，其定子为橡胶，属于易损件，寿命较短，当通过提高转子的转速获得更高水击频率时，工具的寿命急剧下降；另外，当通过调整参数，使阀轴总成的最大有效流通面积和最小流通面积之比更大，以获得更强水击力时，工具消耗的水力压降急剧升高，使钻头的水马力显著下降，机械钻速不仅不提高，还降低了机械钻速。

发明内容

本发明实施例涉及一种水力振荡器，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种水力振荡器，包括壳体、芯轴、活塞、弹簧和阀轴总成，所述芯轴伸入至所述壳体内且通过花键套与所述壳体花键连接，所述活塞与所述芯轴固连，所述弹簧套设于所述芯轴上且夹设于所述活塞与所述花键套之间，所述阀轴总成包括与所述壳体固连的阀轴以及可转动套装于所述阀轴上的阀套，所述阀轴具有轴向流道、与所述轴向流道导通的回流流道以及与所述轴向流道导通且沿所述阀轴周向环形设置的多个第一导液孔，所述阀套具有沿其周向环形设置且可与各所述第一导液孔导通的多个第二导液孔，所述第一导液孔与所述第二导液孔导通时构成一折向流道；所述阀套与所述壳体之间形成有于所述回流流道连通的环空流道。