閥式水力振蕩器結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)分析

特點(diǎn)與主要技術(shù)參數(shù)

閥式水力振蕩器為全金屬結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的耐 腐蝕和耐高溫性能。在高壓流體壓差力和復(fù)位彈簧 的彈性力作用下，動閥沿軸線往復(fù)運(yùn)動，減輕了控 制閥的磨損，從而延長工具使用壽命。此外，閥式 控制短節(jié)工作過程中不會產(chǎn)生額外的壓耗，能夠有 效提高鉆井液能量的利用效率。其振動性能參數(shù)可 根據(jù)所鉆井段鉆井參數(shù)和地層特性，通過改變排量 與動閥復(fù)位彈簧剛度來調(diào)節(jié)。 工具主要技術(shù)參數(shù)為: 工具外徑 127 mm，總 長 2 166 mm，工作排量 15～20 L /s。

啟動排量分析

在初始狀態(tài)下，啟動閥堵頭未遮擋動閥側(cè)壁上 的節(jié)流孔時，節(jié)流孔過流面積最大。在動閥上下端 — 18 — 石 油 機(jī) 械 2022 年 第 50 卷 第 8 期面形成的壓差力不足以推動動閥向下運(yùn)動。在鉆井 過程通入鉆井液狀態(tài)下，啟動閥承壓端面上端受管 柱內(nèi)流體高壓 p1 作用，啟動閥階梯承壓下端面分 別承受管柱內(nèi)流體低壓 p2 作用和 p3 作用，以及管 柱外井眼環(huán)空低壓 p4 作用，如圖 2 所示。當(dāng)啟動 閥在壓差力的作用下能夠運(yùn)動至設(shè)定極限位置時， 啟動閥堵頭下端與動閥側(cè)壁節(jié)流孔重合，使得節(jié)流 孔打開高度達(dá)到最小值。動閥上下端面形成的壓差 力使動閥沿軸向往復(fù)運(yùn)動，周期性改變節(jié)流孔過流 面積，工具開始工作。

基于水力振蕩器結(jié)構(gòu)和工作原理，選取某規(guī)格 水力振蕩器，通過算例計算研究動閥運(yùn)動，分析波 動壓力和工作頻率等關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律。計算參 數(shù)為: 鉆井液排量 15 L /s，密度 1. 2 g /cm3 ; 啟動 閥質(zhì)量 15 kg，啟動閥階梯承壓面外徑分別為 103、 75 及 40 mm; 動閥質(zhì)量 10 kg，承壓面內(nèi)徑 40 mm， 外徑 50 mm，動閥復(fù)位彈簧剛度 20 kN/m，初始預(yù) 壓縮量為 20 mm，動閥上端 4 個節(jié)流孔寬度均為 10 mm，高度為 30 mm; 啟動閥下行運(yùn)動至設(shè)定位置 后節(jié)流孔高度為 4 mm。 圖 4 為 1 個周期內(nèi)工具啟動排量隨啟動閥調(diào)節(jié) 彈簧剛度的變化曲線。

 從圖 4 可以看出，工具的啟動排量隨調(diào)節(jié)彈簧 剛度的增加而增大。選擇合適剛度的調(diào)節(jié)彈簧，通過控制起下鉆過程中鉆井液排量使工具停止工作， 能夠有效保證工具用于純鉆進(jìn)時間，延長使用 壽命。