油田井下用水力振荡器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于油田井下的水力振荡器，包括液体从中流过的圆形管道1，与管道固定连接的导叶盘2，其特征在于同一管道1中还包括位于导叶盘2下游的直径小于管道1内径的实心球3和位于实心球3下游的球挡4；流体流过导叶盘2后形成旋流，该旋流带动实心球3周向运动，由于离心力的作用，实心球3将紧贴着管道1内壁滚动，同时受到球挡4的阻挡限制，最终只能在导叶盘2和球挡4之间的空间内，沿管壁连续地周向滚动的同时以管道1轴线为中心公转，产生径向振动。

Downhole Hydraulic Oscillator for Oilfield

The invention provides a hydraulic oscillator for downhole oil field, including a circular pipeline 1 through which liquid flows and a guide vane disc 2 fixed to the pipeline, which is characterized in that the same pipeline 1 also includes a solid ball 3 downstream of the guide vane disc 2 with diameter less than the inner diameter of the pipeline 1 and a ball baffle 4 downstream of the solid ball 3; a swirl is formed after the fluid flows through the guide vane disc 2, which drives the solid ball 3. Because of centrifugal force, solid sphere 3 will roll close to the inner wall of pipeline 1 and be restricted by spherical block 4. Finally, it can only roll continuously in the space between guide vane disc 2 and spherical block 4 along the pipe wall and rotate around the axis of pipeline 1 at the same time, resulting in radial vibration.

【技术实现步骤摘要】
油田井下用水力振荡器
本专利技术涉及油气井工程领域，具体涉及一种用于油田钻井和固井作业的井下工具，特别针对产生径向（也有称为横向）振动的水力驱动振荡器。技术背景在钻井作业中，很多情况需要借助钻具振动降低钻进阻力；固井过程中，也常借助振动突破下套管的阻力，协助清洗井壁，同时振动还能有效提高水泥浆固井质量。由于受管道直径空间的限制，在现有的水力动力井下振动工具中，相对于轴向的振动，径向的振动达到理想的频率和冲击动量的难度更大。目前利用水力动力产生径向振动的方法主要有涡轮驱动偏心法和螺杆马达法。公告号为CN106761472A，公告日为2017年5月31日的中国专利采用的涡轮驱动偏心的方式；公告号为CN201883999U，公告日为2011年6月29日的中国专利提供了一种多级涡轮偏心式。公告号为CN105937378A，公告日为2016年9月14日的中国专利申请采用的是单头螺杆马达的方案；公告号为CN102889067A，公告日为2013年1月23日的中国专利提出的方案同时采用了偏心轮法和螺杆马达法，只是其多头马达的主要部件名称改为为梅花转子和梅花定子。涡轮驱动偏心法简单易实现，但水力压降偏大，有机械摩擦和涡流损失，转动部件间的间隙易卡堵，振动冲击动量有限，多级组合时无法保证同步；螺杆马达法有效率高、径向冲击动量很大等优点，但加工难度大，所以造价很高。
技术实现思路
针对上述现有方法的不足，本专利技术提供了一种用于油田井下的水力振荡器，包括液体从中流过的圆形管道1，与管道固定连接的导叶盘2，其特征在于同一管道1中还包括位于导叶盘2下游的直径小于管道1内径的实心球3和位于实心球3下游的球挡4；流体流过导叶盘2后形成旋流，该旋流带动实心球3周向运动，由于离心力的作用，实心球3将紧贴着管道1内壁滚动，同时受到球挡4的阻挡限制，最终只能在导叶盘2和球挡4之间的空间内沿管壁连续地周向滚动，同时以管道1轴线为中心公转，产生径向振动；球挡4为轮毂4a、轮圈4b和至少三根辐条4c构成一体的轮状结构，辐条4c沿液体流动方向截面积尽量小，在阻挡实心球3的同时，尽量加大流体通过的过流面积；球挡4和管道1同轴地固定连接。为避免实心球3滚动时受到辐条4c不连续接触产生阻力，球挡4上轮毂4a和轮圈4b在上游一侧的部分应高出辐条4c足够的高度，以确保实心球3不会单独碰触到辐条4c。如前述本专利技术提出的技术方案，可以在球挡4下游再放置一个实心球3，该实心球3下游再设置一个球挡4，然后再紧接着放置一个实心球3，再设置一个球挡4，依此类推形成多级串联使用。如果各级之间都同步，每增加一级，整体冲击动量就增加一倍，解决了径向振动冲击动量受限的难题，这大大提高了本专利技术所提供技术方案的实用性。为了减小球挡4上辐条4c对流体的阻力，在实际应用中将辐条4c设计的尽量窄，或成流线型。但是由于旋流到达球挡时仍为旋转向前，所以本专利技术进一步设计了一种具有导叶形辐条5c的球挡5，将辐条做成与旋流方向和角度相同的导叶形状，减小了旋流流过球挡时的阻力；更进一步的是，在多级串联的应用中，调整导叶形辐条5c的倾斜方向和角度，还可以起到导流的作用，加速下一级旋流的旋转。将每一级导叶形辐条的倾斜方向和角度都做成与导叶盘2中导叶的对应参数相同，使得每一级形成的旋流的旋转速度尽量地接近，这时再配合选择同样大小和重量的实心球，就具备了实现各级同步的基本条件。各级同步是保证振动冲击动量叠加的重要条件，不仅同频率，而且同相位。多级结构相邻级之间的流体运动会相互影响，同时振动带来的管道偏移也会造成各级之间的相互影响。实验结果证实，这些影响的共同作用会使得各级之间更容易趋向于同步，即使各级参数有些差异。相对于现有技术，本专利技术结构简单，除了一个滚动的球，没有其它活动部件，运行更加可靠，可实现的振动频率和冲击动量范围大，动能转换效率高，压力损失小，造价很低，是由田井下产生径向振动的经济有效的方法。附图说明图1为本专利技术实施例的单级应用示意图；图2为本专利技术实施例的球挡立体图；图3为本专利技术实施例的多级应用示意图；图4为本专利技术导叶形辐条球挡的立体图；图5为本专利技术导叶形辐条球挡实施例的单级应用示意图；图6为本专利技术实施例的具有导叶形辐条球挡的多级应用示意图。附图标号说明：1-圆形管道，2-导叶盘，3-实心球，4-球挡，4a-轮毂，4b-轮圈，4c-辐条，5-具有导叶形辐条的球挡，5c-导叶形辐条。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面通过几个实施例加以说明。实施例中的主要部件参数：管道1为5-1/2英寸，内径125.7mm的石油套管；实心球3为直径为80mm的镀铬钢球。如附图1所示，液体从图中箭头所示方向流入圆形管道1，经过与管道固定连接的导叶盘2后，形成旋流，该旋流带动实心球3周向运动，由于离心力的作用，实心球3在导叶盘2和球挡4之间的空间内紧贴着管道1内壁滚动并公转，对外表现为径向振动。图3为本专利技术多级应用实施例的结构示意图。在前述本专利技术的实施方案的基础上，在第一级球挡4下游又放置一个实心球，该实心球下游又设置了一个球挡，然后又紧接着放置第三个个实心球，再设置第三个球挡，形成三级串联。旋流的作用通过前一级后会有所减弱，但在一定的范围内，还是可以带动下面二级实心球运动。这种实施方案适合振动冲量小，振动频率高，串联级数少的场合应用，因为球挡4所占空间及造价相对有优势。采用具有导叶形辐条5c的球挡5的实施例如图5所示。在如图6所示的三级串联的实施例中，三级都采用了具有导叶形辐条5c的球挡5，每一级中导叶形辐条5c的数量都为6个，与导叶盘2中导叶的数量相同，并且其倾斜方向和角度也都与导叶盘2中导叶的对应参数相同，导叶形辐条5c还起到了导流的作用，能使旋流尽量保持与第一级的旋转速度接近。该实施例中还采用了同样大小和重量的实心球，实现了各级同步，振动冲击动量是单级的三倍。这种实施方案更适合要求振动冲量大，串联级数多的场合应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油田井下用水力振荡器，包括液体从中流过的圆形管道（1）、与管道固定连接的导叶盘（2），其特征在于同一管道（1）中还包括位于导叶盘（2）下游且直径小于管道（1） 内径的实心球（3）和位于实心球（3）下游的球挡（4）；在旋流水力和离心力的共同作用下，实心球（3）可以在导叶盘（2）与球挡（4）之间的空间内连续地紧贴着管道（1）内壁周向滚动；球挡（4）为轮毂（4a）、轮圈（4b）和至少三根辐条（4c）构成一体的轮状结构，既能阻止实心球（3）被冲向下游，又使流体通过时有尽量大的过流面积，球挡（4）和管道（1）同轴地固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种油田井下用水力振荡器，包括液体从中流过的圆形管道（1）、与管道固定连接的导叶盘（2），其特征在于同一管道（1）中还包括位于导叶盘（2）下游且直径小于管道（1）内径的实心球（3）和位于实心球（3）下游的球挡（4）；在旋流水力和离心力的共同作用下，实心球（3）可以在导叶盘（2）与球挡（4）之间的空间内连续地紧贴着管道（1）内壁周向滚动；球挡（4）为轮毂（4a）、轮圈（4b）和至少三根辐条（4c）构成一体的轮状结构，既能阻止实心球（3）被冲向下游，又使流体通过时有尽量大的过流面积，球挡（4）和管道（1）同轴地固定连接。2.根据权利要求1所述的油田井下用水力振...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜思慷，
申请(专利权)人：杜思慷，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23