特點與主要技術參數

閥式水力振蕩器為全金屬結構，具有較強的耐 腐蝕和耐高溫性能。在高壓流體壓差力和復位彈簧 的彈性力作用下，動閥沿軸線往復運動，減輕了控 制閥的磨損，從而延長工具使用壽命。此外，閥式 控制短節工作過程中不會產生額外的壓耗，能夠有 效提高鉆井液能量的利用效率。其振動性能參數可 根據所鉆井段鉆井參數和地層特性，通過改變排量 與動閥復位彈簧剛度來調節。 工具主要技術參數為: 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

在初始狀態下，啟動閥堵頭未遮擋動閥側壁上 的節流孔時，節流孔過流面積最大。在動閥上下端 — 18 — 石 油 機 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動。在鉆井 過程通入鉆井液狀態下，啟動閥承壓端面上端受管 柱內流體高壓 p1 作用，啟動閥階梯承壓下端面分 別承受管柱內流體低壓 p2 作用和 p3 作用，以及管 柱外井眼環空低壓 p4 作用，如圖 2 所示。當啟動 閥在壓差力的作用下能夠運動至設定極限位置時， 啟動閥堵頭下端與動閥側壁節流孔重合，使得節流 孔打開高度達到最小值。動閥上下端面形成的壓差 力使動閥沿軸向往復運動，周期性改變節流孔過流 面積，工具開始工作。

基于水力振蕩器結構和工作原理，選取某規格 水力振蕩器，通過算例計算研究動閥運動，分析波 動壓力和工作頻率等關鍵參數的變化規律。計算參 數為: 鉆井液排量 15 L /s，密度 1. 2 g /cm3 ; 啟動 閥質量 15 kg，啟動閥階梯承壓面外徑分別為 103、 75 及 40 mm; 動閥質量 10 kg，承壓面內徑 40 mm， 外徑 50 mm，動閥復位彈簧剛度 20 kN/m，初始預 壓縮量為 20 mm，動閥上端 4 個節流孔寬度均為 10 mm，高度為 30 mm; 啟動閥下行運動至設定位置 后節流孔高度為 4 mm。 圖 4 為 1 個周期內工具啟動排量隨啟動閥調節 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節彈簧 剛度的增加而增大。選擇合適剛度的調節彈簧，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時間，延長使用 壽命。