1.本发明涉及海洋石油钻井技术领域，具体涉及一种水力振荡器。
背景技术：
2.在海洋石油钻井过程中，现有水力振荡器一般主要由动力短节，阀轴总成和振荡短节组成，其中，动力短节中的螺杆马达带动阀轴总成的阀片不断旋转，改变流道的过流面积，使工具流道中的压力产生波动，从而驱动振荡短节对钻柱产生往复推力。
3.然而，现有的水力振荡器在使用过程中需要在入井前启动，导致水力振荡器振动时间长，零件磨损严重，影响了其使用寿命；同时水力振荡器的长时间振动会影响顶驱等钻井设备的安全性，限制了水力振荡器的推广应用。
技术实现要素：
4.为了提高水力振荡器的使用寿命，本发明提出了一种能够实现选择性开启的水力振荡器。
5.根据本发明的水力振荡器，包括：依次同轴相连的引导短节、动力短节、振荡短节、球座以及球镖，引导短节内形成有轴向的引导通道，动力短节包括连接在引导短节与振荡短节之间的外壳、固定在外壳的内表面的定子外筒、位于定子外筒内的转子阀片，以及用于驱动转子阀片相对于定子外筒旋转的驱动部件，转子阀片与定子外筒之间形成有环空间隙，其中，转子阀片上形成有轴向的中心通道，球座嵌入固定在中心通道的靠近引导短节的一端，球座具有中心孔道，中心孔道同时与中心通道、引导通道以及环空间隙相连通，水力振荡器构造为：在需要开启时，将球镖经引导通道投入球座内以封堵中心孔道，从而使流经引导通道的流体完全进入环空间隙以驱动振荡短节工作。
6.进一步地，引导短节包括与外壳相连的上接头和固定连接在上接头内的引导接头，上接头内形成有轴向贯通的第一引导通道，引导接头固定连接在第一引导通道内，引导接头内形成有轴向贯通的第二引导通道，引导通道包括连通的第一引导通道和第二引导通道，第二引导通道的靠近转子阀片的一端与转子阀片的靠近第二引导通道的一端之间形成有间距。
7.进一步地，球座的中心孔道包括远离引导接头的直孔段和与直孔段相连通的靠近引导接头的锥孔段，锥孔段具有自直孔段朝向引导接头渐增的内径宽度。
8.进一步地，转子阀片的靠近引导接头的一端的内壁上形成有用于支撑球座的台阶，台阶与转子阀片的靠近引导接头的一端之间的距离大于等于球座的轴向高度。
9.进一步地，球座与转子阀片之间设置有密封组件。
10.进一步地，密封组件包括嵌入球座的外表面且沿球座的轴向间隔分布的多个密封圈。
11.进一步地，球镖包括依次同轴相连的用于与锥孔段密封配合的第一锥柱段、用于与直孔段密封配合的圆柱段以及第二锥柱段，第一锥柱段的最小外径大于等于直孔段的内
径，第二锥柱段的最大外径小于等于直孔段的内径。
12.进一步地，球镖由具有耐腐蚀性的金属材料制成。
13.进一步地，球镖构造为球形，球镖的直径大于等于锥孔段的最小内径，球镖由具有耐腐蚀的橡胶材料制成。
14.进一步地，第二引导通道包括与第一引导通道相连通的锥孔通道和与锥孔通道相连通的直孔通道，锥孔通道具有自直孔通道朝向第一引导通道渐增的内径宽度。
15.本发明的水力振荡器通过设计特殊的球座与球镖，在水力振荡器需要工作时投入球镖，触发水力振荡器开启，从而可以实现水力振荡器的选择性开启，进而可以实现水力振荡器只在目标井段开启，这不仅缩短了振荡器工作时间，减少了零件磨损，延长了工具使用寿命，同时还有利于保护顶驱等其他钻井设备。
附图说明
16.图1为根据本发明实施例的水力振荡器在投球镖前的结构示意图；
17.图2为根据本发明实施例的水力振荡器在投球镖后的结构示意图；
18.图3为图2所示的a处的结构的放大图。
具体实施方式
19.为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
20.图1和图2示出了根据本发明实施例的水力振荡器100的结构。该水力振荡器100包括：依次同轴相连的引导短节1、动力短节2、振荡短节3、球座4以及球镖5(如图2所示)，引导短节1内形成有轴向的引导通道，动力短节2包括连接在引导短节1与振荡短节2之间的外壳21、固定在外壳21的内表面的定子外筒22、位于定子外筒22内的转子阀片23，以及用于驱动转子阀片23相对于定子外筒22旋转的驱动部件25，转子阀片23与定子外筒22之间形成有环空间隙26(如图3所示)。其中，转子阀片23上形成有轴向的中心通道24，球座4嵌入固定在中心通道24的靠近引导短节1的一端，球座24具有中心孔道，中心孔道同时与中心通道24、引导通道以及环空间隙26相连通，水力振荡器100构造为：在需要开启时，将球镖5经引导通道投入球座4内以封堵中心孔道，从而使流经引导通道的流体完全进入环空间隙26以驱动振荡短节3工作。
21.如图1所示，本发明实施例的水力振荡器100在投球镖5前，流经引导通道的流体大部分通过球座4的中心孔道进入中心通道24，仅有少部分流体进入环空间隙26中，该少部分流体并不足以驱动震荡短节3工作以使水力振荡器100开启；而当本发明实施例的水力振荡器100在需要开启时，如图2所示，可将球镖5经引导通道投入球座4内以封堵其中心孔道，此时流经引导通道的流体完全进入环空间隙26，足以驱动振荡短节3工作以使水力振荡器100开启。
22.本发明实施例的水力振荡器100通过在转子阀片23上形成轴向的中心通道24，并在中心通道24的靠近引导短节1的一端设置具有中心孔道的球座4，使得在不需要开启水力振荡器100时，流经引导通道的用于驱动水力振荡器100开启的流体的压力大部分通过中心孔道和中心通道24进行卸除，从而使得进入环空间隙26内的流体的压力降低，使其不会触
发水力振荡器100工作；而在需要开启水力振荡器100时，仅需向球座4内进行投球镖5，此时球镖5将中心孔道进行封堵，流经引导通道的流体完全进入环空间隙26，即流经引导通道的用于驱动水力振荡器100的流体的压力完全作用于环空间隙26内，使其足以触发水力振荡器工作。
23.本发明实施例的水力振荡器100通过投球镖5的方式，实现了水力振荡器的选择性开启，使得待水力振荡器100能够在下入目标井段后开启，解决了现有的水力振荡器只能在入井前开启，无法实现选择性开启的技术问题。选择性开启的水力振荡器100不仅缩短了水力振荡器100的振动时间，减少了零件磨损，延长了水力振荡器100的使用寿命，同时还有利于保护顶驱等其他钻井设备。该水力振荡器满足目前海上油气田安全高效开发的作业需求，有较好的应用前景。
24.在如图2和图3所示的优选的实施例中，引导短节1可包括与外壳21相连的上接头11和固定连接在上接头11内的引导接头12，上接头11内形成有轴向贯通的第一引导通道111，引导接头12固定连接在第一引导通道111内，引导接头12内形成有轴向贯通的第二引导通道(第二引导通道可包括与第一引导通道111相连通的锥孔通道123和与锥孔通道123相连通的直孔通道122)，上述引导通道包括连通的第一引导通道111和第二引导通道，如图3所示，第二引导通道的靠近转子阀片23的一端与转子阀片23的靠近第二引导通道的一端之间形成有间距d。间距d的设置用于实现在投球镖5前，第一引导通道111、第二引导通道、球座4的中心孔道、转子阀片23的中心通道24以及环空间隙26的连通。
25.如图3所示，球座4的中心孔道可包括远离引导接头12的直孔段42和与直孔段42相连通的靠近引导接头12的锥孔段41，锥孔段41具有自直孔段42朝向引导接头12渐增的内径宽度。锥孔段41的设置使得球座4采用了斜面引导设计，可确保投球镖5一次成功，直孔段42的设置不仅可以防止球镖5在向下的流体压力的作用下脱出球座4，还有助于增加球镖5与球座4之间的接触面积，从而有利于提高球镖5与球座4之间的密封性。
26.具体地，如图3所示，球镖5可包括依次同轴相连的用于与锥孔段41密封配合的第一锥柱段51、用于与直孔段42密封配合的圆柱段52以及第二锥柱段53，第一锥柱段51的最小外径大于等于直孔段42的内径，第二锥柱段53的最大外径小于等于直孔段42的内径。第一锥柱段51的最小外径大于等于直孔段42的内径使得第一锥柱段51能够被止挡在直孔段42之上并紧密地与锥孔段41接触密封；圆柱段52的设置增加了球镖5与直孔段42的接触面积，从而有利于提高球镖5与球座4之间的密封性；第二锥柱段53的最大外径小于等于直孔段42的内径使得第二锥柱段53能够顺利地进入直孔段42，以便于球镖5更顺利地投入球座4中。
27.在如图3所示的实施例中，球镖5可由具有耐腐蚀性的金属材料制成。优选地，球镖5的外周壁上可嵌入有密封件54，具体地，球镖5的外周壁上可形成有环形槽，密封件54固定在环形槽内。
28.在另一个优选的实施例中，球镖5可以构造为球形，球镖5的直径大于等于锥孔段41的最小内径，球镖5由具有耐腐蚀的橡胶材料制成。该球镖5依靠自身的弹性与锥孔段41密封配合，其结构更为简单，无需像如图3所示的实施例一样在球镖5的外周壁额外设置密封件，因此更为经济实用。
29.当然，球镖5也可以是其它形状，只要能够满足其与球座4的配合能够实现稳定有
效地密封效果即可，这里不作具体的限定。
30.回到图3，转子阀片23的靠近引导接头12的一端的内壁上形成有用于支撑球座4的台阶27，台阶27与转子阀片23的靠近引导接头12的一端之间的距离大于等于球座4的轴向高度。通过该设置，使得转子阀片23的靠近引导接头12的一端高于球座4的最顶端，球座4可完全包覆于转子阀片23内，球座4可快捷方便地被安装在台阶27上，而高于球座4的最顶端的转子阀片23的一端可实现对流体更好地分流作用，使得在投入球镖5后，流体能够快速地被转子阀片23的一端导流至环空间隙26中。
31.优选地，球座4与转子阀片23之间可设置有密封组件6，该密封组件6用于确保水力振荡器100内的流体处于密闭空间内，避免流体经球座4与转子阀片23之间的间隙进入中心通道24，流体只能从环空间隙26通过，从而激活水力振荡器100，进而高效传递压力波动，以提高振动效率。
32.进一步地，密封组件6可包括嵌入球座4的外表面且沿球座4的轴向间隔分布的多个密封圈。更优选地，密封组件6可包括嵌入球座4的外表面且沿球座4的轴向间隔分布的三个密封圈。
33.回到图1，在第二引导通道中，锥孔通道123具有自直孔通道122朝向第一引导通道111渐增的内径宽度。该设置用于实现球镖5的顺利投入，该设置在结合球座4的结构后，能够进一步确保投球镖5一次成功，准确到位。
34.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
35.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
36.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。技术特征：
1.一种水力振荡器，其特征在于，包括：依次同轴相连的引导短节、动力短节、振荡短节、球座以及球镖，所述引导短节内形成有轴向的引导通道，所述动力短节包括连接在所述引导短节与所述振荡短节之间的外壳、固定在所述外壳的内表面的定子外筒、位于所述定子外筒内的转子阀片，以及用于驱动所述转子阀片相对于所述定子外筒旋转的驱动部件，所述转子阀片与所述定子外筒之间形成有环空间隙，其中，所述转子阀片上形成有轴向的中心通道，所述球座嵌入固定在所述中心通道的靠近所述引导短节的一端，所述球座具有中心孔道，所述中心孔道同时与所述中心通道、所述引导通道以及所述环空间隙相连通，所述水力振荡器构造为：在需要开启时，将所述球镖经所述引导通道投入所述球座内以封堵所述中心孔道，从而使流经所述引导通道的流体完全进入所述环空间隙以驱动所述振荡短节工作。2.根据权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述引导短节包括与所述外壳相连的上接头和固定连接在所述上接头内的引导接头，所述上接头内形成有轴向贯通的第一引导通道，所述引导接头固定连接在所述第一引导通道内，所述引导接头内形成有轴向贯通的第二引导通道，所述引导通道包括连通的所述第一引导通道和所述第二引导通道，所述第二引导通道的靠近所述转子阀片的一端与所述转子阀片的靠近所述第二引导通道的一端之间形成有间距。3.根据权利要求1或2所述的水力振荡器，其特征在于，所述球座的中心孔道包括远离所述引导接头的直孔段和与所述直孔段相连通的靠近所述引导接头的锥孔段，所述锥孔段具有自所述直孔段朝向所述引导接头渐增的内径宽度。4.根据权利要求3所述的水力振荡器，其特征在于，所述转子阀片的靠近所述引导接头的一端的内壁上形成有用于支撑所述球座的台阶，所述台阶与所述转子阀片的靠近所述引导接头的一端之间的距离大于等于所述球座的轴向高度。5.根据权利要求4所述的水力振荡器，其特征在于，所述球座与所述转子阀片之间设置有密封组件。6.根据权利要求5所述的水力振荡器，其特征在于，所述密封组件包括嵌入所述球座的外表面且沿所述球座的轴向间隔分布的多个密封圈。7.根据权利要求3所述的水力振荡器，其特征在于，所述球镖包括依次同轴相连的用于与所述锥孔段密封配合的第一锥柱段、用于与所述直孔段密封配合的圆柱段以及第二锥柱段，所述第一锥柱段的最小外径大于等于所述直孔段的内径，所述第二锥柱段的最大外径小于等于所述直孔段的内径。8.根据权利要求7所述的水力振荡器，其特征在于，所述球镖由具有耐腐蚀性的金属材料制成。9.根据权利要求3所述的水力振荡器，其特征在于，所述球镖构造为球形，所述球镖的直径大于等于所述锥孔段的最小内径，所述球镖由具有耐腐蚀的橡胶材料制成。10.根据权利要求2所述的水力振荡器，其特征在于，所述第二引导通道包括与所述第一引导通道相连通的锥孔通道和与所述锥孔通道相连通的直孔通道，所述锥孔通道具有自所述直孔通道朝向所述第一引导通道渐增的内径宽度。
技术总结
本发明属于海洋石油钻井技术领域，公开了一种能够选择性开启的水力振荡器。包括：依次同轴相连的引导短节、动力短节、振荡短节、球座以及球镖，引导短节内形成有轴向的引导通道，动力短节包括外壳、固定在外壳的内表面的定子外筒、位于定子外筒内的转子阀片，以及用于驱动转子阀片相对于定子外筒旋转的驱动部件，转子阀片与定子外筒之间形成有环空间隙。转子阀片上形成有轴向的中心通道，球座嵌入固定在中心通道的靠近引导短节的一端，球座具有同时与中心通道、引导通道以及环空间隙相连通的中心孔道，水力振荡器构造为：在需要开启时，将球镖经引导通道投入球座内以封堵中心孔道，从而使流经引导通道的流体完全进入环空间隙以驱动振荡短节工作。振荡短节工作。振荡短节工作。
技术研发人员：薛宪波 贾安学 张文博 陈峰 王启伟 华泽君 王伟军 郑广磊 曲跃 张诚成
受保护的技术使用者：中海油田服务股份有限公司
技术研发日：2022.04.12
技术公布日：2022/7/29
声明：
“水力振荡器的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中海油田服务股份有限公司
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2025年01月03日 ~ 05日 
