阀式水力振荡器结构设计技术分析

特点与主要技术参数

阀式水力振荡器为全金属结构，具有较强的耐 腐蚀和耐高温性能。在高压流体压差力和复位弹簧 的弹性力作用下，动阀沿轴线往复运动，减轻了控 制阀的磨损，从而延长工具使用寿命。此外，阀式 控制短节工作过程中不会产生额外的压耗，能够有 效提高钻井液能量的利用效率。其振动性能参数可 根据所钻井段钻井参数和地层特性，通过改变排量 与动阀复位弹簧刚度来调节。 工具主要技术参数为: 工具外径 127 mm，总 长 2 166 mm，工作排量 15～20 L /s。

启动排量分析

在初始状态下，启动阀堵头未遮挡动阀侧壁上 的节流孔时，节流孔过流面积最大。在动阀上下端 — 18 — 石 油 机 械 2022 年 第 50 卷 第 8 期面形成的压差力不足以推动动阀向下运动。在钻井 过程通入钻井液状态下，启动阀承压端面上端受管 柱内流体高压 p1 作用，启动阀阶梯承压下端面分 别承受管柱内流体低压 p2 作用和 p3 作用，以及管 柱外井眼环空低压 p4 作用，如图 2 所示。当启动 阀在压差力的作用下能够运动至设定极限位置时， 启动阀堵头下端与动阀侧壁节流孔重合，使得节流 孔打开高度达到最小值。动阀上下端面形成的压差 力使动阀沿轴向往复运动，周期性改变节流孔过流 面积，工具开始工作。

基于水力振荡器结构和工作原理，选取某规格 水力振荡器，通过算例计算研究动阀运动，分析波 动压力和工作频率等关键参数的变化规律。计算参 数为: 钻井液排量 15 L /s，密度 1. 2 g /cm3 ; 启动 阀质量 15 kg，启动阀阶梯承压面外径分别为 103、 75 及 40 mm; 动阀质量 10 kg，承压面内径 40 mm， 外径 50 mm，动阀复位弹簧刚度 20 kN/m，初始预 压缩量为 20 mm，动阀上端 4 个节流孔宽度均为 10 mm，高度为 30 mm; 启动阀下行运动至设定位置 后节流孔高度为 4 mm。 图 4 为 1 个周期内工具启动排量随启动阀调节 弹簧刚度的变化曲线。

 从图 4 可以看出，工具的启动排量随调节弹簧 刚度的增加而增大。选择合适刚度的调节弹簧，通过控制起下钻过程中钻井液排量使工具停止工作， 能够有效保证工具用于纯钻进时间，延长使用 寿命。