T/CPI 11037-2024 石油天然气钻采设备水力振荡器技术与应用规范

T/CPI 11037—2024
石油天然气钻采设备 水力振荡器技术与应用规范
Petroleum and natural gas drilling and production equipment—Technology and application specification of hydro-oscillator tool
2024 12 20 发布2025 02 01 实施
中国石油和石油化工设备工业协会 发布

目 次
前言…………………………………………………………………………………………………………… Ⅲ
1 范围 ……………………………………………………………………………………………………… 1
2 规范性引用文件 ………………………………………………………………………………………… 1
3 术语和定义 ……………………………………………………………………………………………… 2
4 分类和型号 ……………………………………………………………………………………………… 2
4.1 分类 ………………………………………………………………………………………………… 2
4.2 型号表示方法 ……………………………………………………………………………………… 3
5 基本参数 ………………………………………………………………………………………………… 5
5.1 基本性能参数 ……………………………………………………………………………………… 5
5.2 连接螺纹参数 ……………………………………………………………………………………… 5
6 技术要求 ………………………………………………………………………………………………… 6
6.1 总体要求 …………………………………………………………………………………………… 6
6.2 零件材质技术要求 ………………………………………………………………………………… 6
6.3 无损检测技术要求 ………………………………………………………………………………… 7
7 试验方法 ………………………………………………………………………………………………… 7
7.1 化学成分分析 ……………………………………………………………………………………… 7
7.2 力学性能试验 ……………………………………………………………………………………… 7
7.3 橡胶衬套的物理机械性能试验 …………………………………………………………………… 7
7.4 连接螺纹检测 ……………………………………………………………………………………… 7
7.5 水力振荡器性能试验 ……………………………………………………………………………… 7
7.6 水力振荡器运转试验 ……………………………………………………………………………… 8
7.7 柔性短节密封试验 ………………………………………………………………………………… 8
8 检验规则 ………………………………………………………………………………………………… 8
8.1 出厂检验 …………………………………………………………………………………………… 8
8.2 型式检验 …………………………………………………………………………………………… 8
8.3 抽样及判定规则 …………………………………………………………………………………… 8
9 标志、包装、运输和贮存 ……………………………………………………………………………… 9
9.1 标志 ………………………………………………………………………………………………… 9
9.2 包装 ………………………………………………………………………………………………… 9
9.3 运输及储存 ………………………………………………………………………………………… 9
II
10 操作使用规范…………………………………………………………………………………………… 10
10.1 基本要求 …………………………………………………………………………………………… 10
10.2 地面功能测试 ……………………………………………………………………………………… 10
10.3 钻井操作方法 ……………………………………………………………………………………… 10
10.4 水力振荡器使用前后的管理 ……………………………………………………………………… 11
10.5 使用中的问题与解决办法 ………………………………………………………………………… 11
10.6 特殊情况处理 ……………………………………………………………………………………… 11
11 水力振荡器维修及保养………………………………………………………………………………… 11
附录A（规范性） 金属材料力学性能试验试样制取 …………………………………………………… 13
附录B（规范性） 定子橡胶衬套物理机械性能试验试样制取 ………………………………………… 14
附录C（规范性） 水力振荡器性能试验 ………………………………………………………………… 15
III
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的
规定起草。
本文件由中国石油和石油化工设备工业协会提出并归口。
本文件起草单位：中石化江钻石油机械有限公司、德州联合石油科技股份有限公司、西南石油大学、
中石化江汉石油工程有限公司。
本文件主要起草人：全兵、于广海、田家林、胡云锋、肖平、王忠领、肖新启、陈东方、关勤勤、
刘丹丹、常永忠、龙静、秦菲、陈志华、张冠军、袁建强。

1
石油天然气钻采设备
水力振荡器技术与应用规范
1 范围
本文件规定了水力振荡器的分类、型号、基本参数、技术要求、试验方法、检验规则和标志、包
装、运输、贮存及操作使用规范等。
本文件适用于水力振荡器设计、制造、检验和使用。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文
件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适
用于本文件。
GB/T 228.1 金属材料 拉伸试验 第1 部分：室温试验方法
GB/T 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法
GB/T 231.1 金属材料 布氏硬度试验 第1 部分：试验方法
GB/T 528 硫化橡胶或热塑性橡胶拉 伸应力应变性能的测定
GB/T 529 硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤型、直角形和新月形试样）
GB/T 531.1 硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法 第1 部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）
GB/T 1689 硫化橡胶 耐磨性能的测定（用阿克隆磨耗试验机）
GB/T 1690 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐液体试验方法
GB/T 2975 钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备
GB/T 3216 回转动力泵 水力性能验收试验1 级、2 级和3 级
GB/T 3512 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验
GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）
GB/T 7324 通用锂基润滑脂
GB 7691 涂装作业安全规程 安全管理通则
GB/T 7760 硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材 粘合强度的测定 90°剥离法
GB/T 9445 无损检测 人员资格鉴定与认证
GB/T 19502 表面化学分析 辉光放电发射光谱方法通则
GB/T 22512.2 石油天然气工业 旋转钻井设备 第2 部分：旋转台肩式螺纹连接的加工与测量
NB/T 47013.3 承压设备无损检测 第3 部分：超声检测
NB/T 47013.4 承压设备无损检测 第4 部分：磁粉检测
NB/T 47013.5 承压设备无损检测 第5 部分：渗透检测
SY/T 5198 钻具螺纹脂
2
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
水力振荡器 hydro-oscillator tool
通过水力产生轴向振动，减少钻具与井壁间摩擦力的装置。
3.2
脉冲短节 pulse generator sub/power section
水力振荡器部件短节，产生脉动压力并控制脉动频率和强度。
3.3
柔性短节 flexible sub/excitation section
水力振荡器部件短节，将脉动压力转化成脉动机械输出力。
3.4
螺杆式水力振荡器 PDM hydro-oscillator tool
脉冲短节采用螺杆容积式马达驱动阀组产生脉冲的水力振荡器。
3.5
涡轮式水力振荡器 turbine hydro-oscillator tool
脉冲短节采用涡轮马达驱动阀组产生脉冲的水力振荡器。
4 分类和型号
4.1 分类
4.1.1 分类方法
按水力振荡器的脉冲发生形式进行分类。具体分类如下：
a）螺杆式水力振荡器：靠螺杆马达驱动阀组改变过流面积产生压力脉冲的水力振荡器；
b）涡轮式水力振荡器：靠涡轮马达驱动阀组改变过流面积产生压力脉冲的水力振荡器；
c）叶轮式水力振荡器：靠叶轮马达驱动阀组改变过流面积产生压力脉冲的水力振荡器；
d）负压式水力振荡器：靠与环空周期连通或关闭产生压力脉冲的水力振荡器；
e）射流式水力振荡器：靠射流元件康达效应产生压力脉冲的水力振荡器；
f）活塞式水力振荡器：靠两组活塞与弹簧产生压力脉冲的水力振荡器。
4.1.2 分类代号
水力振荡器分类代号见表1。
表1 水力振荡器分类代号
分类代号
LG（可省略） 螺杆式水力振荡器
WL 涡轮式水力振荡器
YL 叶轮式水力振荡器
FY 负压式水力振荡器
SL 射流式水力振荡器
HS 活塞式水力振荡器
QT 其它类水力振荡器
3
4.2 型号表示方法
4.2.1 型号的组成
水力振荡器型号由水力振荡器标识符“ZDQ”+ 主要特征代号+ 橡胶特性代号组成。仅当水力振
荡器包含橡胶定子零件时，需在型号中附加橡胶特性代号。
主要特征代号
ZDQ--
橡胶特性代号
示例1 ： ZDQ-172MP0-Y150 ：表示“172mm 外径螺杆式水力振荡器，脉冲短节压差为中压差（2.5MPa ～
3.5MPa），柔性短节为常规柔性短节，橡胶特性为耐油基，耐150℃高温”。
示例2 ： ZDQ-WL172LP1 ：表示“172mm 外径涡轮式水力振荡器，脉冲短节压差为低压差（1.5MPa ～ 2.5MPa），
柔性短节为常规柔性短节+1 级活塞，无橡胶”。
示例3 ： ZDQ-73M-Y150 ：表示“73mm 外径螺杆式水力振荡器，脉冲短节压差为中压差（2.5MPa ～ 3.5MPa），
未配柔性短节，橡胶特性为耐油基，耐150℃高温”。
4.2.2 主要特征代号
4.2.2.1 主要特征代号的组成
主要特征代号由分类代号、规格代号、脉冲短节压差代号和柔性短节特征代号组成。
4.2.2.2 规格代号
规格代号用水力振荡器最大外径表示，以毫米（mm）为单位。推荐采用的水力振荡器直径尺寸
及公差见表2。
表2 水力振荡器直径及公差
水力振荡器直径（规格） 上偏差
mm
下偏差
mm in mm
54 21/8 +0.4 0
73 27/8 +0.8 0
79 31/8 +0.8 0
95 33/4 +1.2 0
120 43/4 +2.0 0
127 5 +2.0 0
165 61/2 +2.0 0
172 63/4 +2.0 0
203 8 +2.0 0
244 95/8 +2.8 0
4.2.2.3 脉冲短节压差代号
压差等级根据水力振荡器最大压差分类。最大压差Δp 指水力振荡器在最大工作排量、清水介质
条件下经过实测或理论计算的压差，单位为兆帕（MPa）。最大工作排量参见表6 推荐工作排量中最
4
大值。脉冲短节压差代号见表3。现场实际压差与钻井液参数相关，以井口测试压差为准。
表3 脉冲短节压差代号
脉冲短节压差代号
H 高压差：3.5MPa ≤ ΔP ＜ 4.5MPa
M 中压差：2.5MPa ≤ ΔP ＜ 3.5MPa
L 低压差：1.5MPa ≤ ΔP ＜ 2.5MPa
4.2.2.4 柔性短节特征代号
柔性短节通过液压活塞将脉动压力转化成脉动机械输出力。输出力大小取决于水力振荡器压差和
活塞尺寸、级数。通常柔性短节组成结构如图1 所示。
柔性短节特征代号由字母“P”+1 位数字表示。其中数字表示柔性短节额外增加的活塞级数。代
号见表4。
a）常规柔性短节
b） 常规柔性短节+1级活塞
c）常规柔性短节+2级活塞
图1 三种柔性短节结构示意图
表4 柔性短节特征代号
柔性短节特征代号
（省略） 不需要配柔性短节
P0 常规柔性短节
P1 常规柔性短节+1 级活塞
P2 常规柔性短节+2 级活塞
4.2.3 橡胶特性代号
橡胶特性代号由适应介质代号和耐温特性代号组成。
该代号仅在螺杆式水力振荡器中需要编制。相应组成代号见表5。
表5 橡胶特性代号
适应介质代号
S 水基钻井液
Y 油基钻井液
耐温特性代号
120 允许最高井底静止温度120℃
150 允许最高井底静止温度150℃
180 允许最高井底静止温度180℃
205 允许最高井底静止温度205℃
215 允许最高井底静止温度215℃
5
5 基本参数
5.1 基本性能参数
常用水力振荡器的基本性能参数见表6。
表6 水力振荡器的基本性能参数
规格代号/ 外径，mm 54 73 79 95 120
外径，in 21/8 27/8 31/8 33/4 43/4
推荐工作排量，L/s 2.5 ～ 5 2.5 ～ 9.5 2.5 ～ 10 5.7 ～ 8.8 9.5 ～ 17
工作频率，Hz 9 ～ 18 5 ～ 19 5 ～ 20 20 ～ 30 11 ～ 20
最大抗拉能力，kN ≥ 89 ≥ 370 ≥ 570 ≥ 1020 ≥ 1150
最大抗扭能力，N · m ≥ 2980 ≥ 3970 ≥ 6470 ≥ 10950 ≥ 17040
最大压差，MPa 1.5 ～ 2.5，2.5 ～ 3.5，3.5 ～ 4.5
规格代号/ 外径，mm 127 165 172 203 244
外径，in 5 61/2 63/4 8 95/8
推荐工作排量，L/s 15.8 ～ 20.8 28 ～ 32 28 ～ 32 50 ～ 55 37.9 ～ 69.4
工作频率，Hz 11 ～ 20 14 ～ 18 13 ～ 20 9 ～ 18 8 ～ 14
最大抗拉能力，kN ≥ 2220 ≥ 2500 ≥ 2530 ≥ 4130 ≥ 5090
最大抗扭能力，N · m ≥ 19800 ≥ 40000 ≥ 50000 ≥ 60960 ≥ 97920
最大压差，MPa 1.5 ～ 2.5，2.5 ～ 3.5，3.5 ～ 4.5
5.2 连接螺纹参数
常用水力振荡器两端连接螺纹宜采用表7 的规定。
表7 水力振荡器两端的连接螺纹
规格代号/ 外径，mm 外径（in） 下端外螺纹上端内螺纹井眼尺寸
54 21/8 11/2REG 11/2REG 21/8 ～ 33/4
73 27/8 23/8PAC 23/8PAC
33/8 ～ 43/4
79 31/8 23/8REG 23/8REG
95 33/4
NC26
NC31
27/8REG
NC26
NC31
27/8REG
41/4 ～ 57/8
120 43/4 NC38 NC38
57/8 ～ 77/8
127 5 NC38 NC38
165 61/2 NC46 NC46 73/8 ～ 83/4
172 63/4 NC50 NC50 83/8 ～ 97/8
203 8 NC50 65/8REG 97/8 ～ 121/4
244 95/8 75/8REG
75/8REG
65/8REG
121/4 ～ 171/2
注：钻具两端对外连接螺纹推荐采用表内螺纹，或制造厂与顾客商定的连接螺纹。
6
6 技术要求
6.1 总体要求
6.1.1 水力振荡器应按6.2、6.3 规定的要求生产制造，并按7.1 ～ 7.3 规定的试验方法和8.3 规定的
抽样方法进行质量控制。
6.1.2 水力振荡器连接螺纹加工后按7.4 规定的要求测量，全部壳体连接螺纹应进行防粘处理，组装
后壳体之间连接螺纹密封面应贴合无间隙。
6.1.3 水力振荡器基本性能按7.5 规定的要求进行整机试验测定。检测的压差、频率应符合表6 的要
求。配置柔性短节的水力振荡器要求振动位移为3mm ～ 10mm。
6.1.4 配置P1 或P2 型柔性短节的水力振荡器，应按7.7 的规定进行密封试验，要求在规定的压力下
保压5min，压力降低不超过1%。
6.2 零件材质技术要求
6.2.1 水力振荡器金属材料应采用合金结构钢，材料的硫、磷含量均不应大于0.025%。热处理后材
料力学性能应符合表8 的规定。
表8 水力振荡器金属材料的力学性能
水力振荡器直径
（规格），mm
零件类型
抗拉强度Rm
MPa
屈服强度Re
MPa
断后伸长率A
%
断面收缩率Z
%
冲击功KV2
J
硬度
HBW
全尺寸
壳体类、
重要轴类
≥ 980 ≥ 835 ≥ 13 ≥ 48 ≥ 60 ≥ 285
≤ 178
接头类
≥ 980 ≥ 835 ≥ 13 ≥ 48 ≥ 60 ≥ 285
＞ 178 ≥ 931 ≥ 689 ≥ 13 ≥ 48 ≥ 54 ≥ 285
6.2.2 阀组零件或易冲蚀零件应选用耐磨性高、硬度高的硬质合金材料。
6.2.3 螺杆式水力振荡器定子内衬橡胶的物理机械性能应符合表9 的规定。
表9 定子内衬橡胶的物理机械性能
性能项目性能参数试验方法
邵尔A 型硬度81 ～ 86 GB/T 531.1
拉伸强度，MPa ≥ 14
GB/T 528
（Ⅰ型试样）
扯断伸长率，% ＞ 250
扯断永久变形，% ≤ 15
撕裂强度，kN/m ≥ 37 GB/T 529 （无割口直角形试样）
阿克隆磨耗，cm3/1.61km ≤ 0.3 GB/T 1689
老化系数（90℃，24h） ≥ 0.8 GB/T 3512
体积变化率（25 号变压器油，24h），% ±4 GB/T 1690
与金属90°剥离强度（kN/m）a ≥ 12 GB/T 7760
a 在粘合界面破坏后，金属面上的附胶率为100%。
7
6.3 无损检测技术要求
6.3.1 水力振荡器各壳体、花键芯轴、转子、静阀座、动阀座应进行无损检测，材料不应有裂纹等缺
陷，无损检测人员至少应为符合GB/T 9445 的持证人员。
6.3.2 采用磁粉检测时，接受质量等级不应低于NB/T 47013.4 中规定的Ⅱ级要求。螺纹部位应在精
加工后进行磁粉检测。
6.3.3 采用超声波检测时，接受质量等级不应低于NB/T 47013.3 中规定的承压设备用钢锻件超声检
测Ⅱ级要求。
6.3.4 采用渗透检测时，接受质量等级不应低于NB/T 47013.5 中规定的承压设备用钢锻件渗透检测
Ⅰ级要求。
7 试验方法
7.1 化学成分分析
水力振荡器金属材料的硫、磷含量的检测按GB/T 4336 或GB/T 19502 规定的方法进行。
7.2 力学性能试验
7.2.1 按附录A 规定的方法制取零件材料力学性能试验试样。
7.2.2 零件材料力学性能试验按GB/T 228.1、GB/T 229 和GB/T 231.1 的规定进行。
7.3 橡胶衬套的物理机械性能试验
7.3.1 按附录B 规定的方法制取定子橡胶衬套的物理机械性能试验试样。
7.3.2 定子橡胶衬套的物理机械性能试验按GB/T 531.1、GB/T 528、GB/T 529、GB/T 1689、GB/T
3512、GB/T 1690 和GB/T 7760 的规定进行。
7.4 连接螺纹检测
水力振荡器两端对外连接螺纹检测应按GB/T 22512.2 规定的方法检测。
7.5 水力振荡器性能试验
7.5.1 水力振荡器进行性能试验时，所有壳体连接螺纹全部涂抹SY/T 5198 规定的钻头螺纹润滑脂，
不得涂抹厌氧胶，上扣后螺纹密封端面贴合无间隙。
7.5.2 将水力振荡器置于试验台上，连接管路形成闭合环路，在水力振荡器的入口和出口分别接入压
力传感器（量程范围0MPa ～ 16MPa），然后逐渐增加泵的排量，待排量稳定后，记录压力传感器读
数，计算进出口压差即可得出不同排量下压差，当排量为最大推荐排量时，测得的压差为最大压差。
根据压力波动曲线统计压力波动频率。
7.5.3 试验装置排量达不到推荐最大排量时，应在试验排量实测压差和频率基础上，推算最大排量下
的压差和频率。
7.5.4 配备柔性短节的水力振荡器，组装时花键轴上应涂抹GB/T 7324 规定的通用锂基润滑脂。性
能试验时将其与脉冲短节连接，并在花键套处安装位移传感器测量振动位移。
7.5.5 试验介质、试验装置、试验流程、试验要求及试验报告详见附录C。
8
7.6 水力振荡器运转试验
7.6.1 运转试验不需接压力和位移传感器，仅测试水力振荡器是否能正常运转。
7.6.2 根据基本性能参数表6，在推荐排量范围内运转水力振荡器，直至达到最大排量并运转3min ～
5min，检查其有无异常情况。异常情况主要包括不振动、振幅小及振动无规律等。
7.7 柔性短节密封试验
采用专用工装在静压设备上进行试压试验，压力应逐渐缓慢增加，每次增加约6MPa，直到达到
30MPa 或装配图纸技术要求规定的压力值时停止加压，保压5min，观察压力值变化情况，压力降低
1% 以内为组装合格，否则更换密封组件重新组装。
8 检验规则
8.1 出厂检验
水力振荡器出厂检验按表10 规定的项目进行检验。表10 中“出厂检验”栏内打“√”的项目应
进行全检；打“△”项目的抽样方法应按8.3.1 的规定进行。
8.2 型式检验
有下列情况之一时，应按表10 规定的项目进行型式检验：
a）全新规格水力振荡器设计的样机制造时；
b）定型产品在结构、材料或工艺有较大改变可能影响产品性能时；
c）新产品或老产品转厂生产时；
d）正常生产时，每两年应周期性进行一次检验；
e）因故停产两年以上，又重新恢复生产的产品；
f）国家或行业的质量监督检验机构提出进行型式检验的要求时。
表10 水力振荡器检验项目
试验项目出厂检验型式检验本文件条号
壳体之间连接螺纹的密封面贴合间隙√ √ 7.4
钻具材料的力学性能× √ 7.2
定子橡胶衬套的物理机械性能* × √ 7.3
水力振荡器性能试验× √ 7.5
水力振荡器运转试验√ × 7.6
柔性短节密封试验* △ √ 7.7
注1 ：“√”表示逐件检查，“×”表示不检查，“Δ”表示抽样检查。
注2 ：“*”表示该试验项目为可选，仅对有橡胶定子或柔性短节的水力振荡器进行相关检验。
8.3 抽样及判定规则
8.3.1 抽样检验
对相同类型、相同规格、相同压差和相同柔性短节特征的产品，出厂检验应按以下要求进行抽样
9
检验：
a）每年第一次生产时，抽样检验1 套；
b）每年每累计生产10 套，抽样检验1 套；
c）每年累计生产超过20 套后，每生产20 套抽样检验1 套。
8.3.2 判定和复验规则
8.3.2.1 出厂检验：逐件检验项目中如有一项不合格，则判定该产品不合格；抽检项目中如有一项不
合格，则转入该项目的逐件检验。抽样检验的规定见8.3.1。对于能够修复的不合格品，经修复、检
验合格后方可出厂。
8.3.2.2 型式检验：如有一项不合格，应再抽检1 套水力振荡器；如仍有不合格项，则判定型式检验
不通过。
9 标志、包装、运输和贮存
9.1 标志
9.1.1 在水力振荡器不易磨损的明显部位打印钢字，其内容包括：
a）水力振荡器规格型号；
b）出厂编号；
c）定子橡胶硫化日期（年度和月份）。
9.1.2 应在水力振荡器脉冲短节定子壳体和/ 或柔性短节花键芯轴的标记槽部位打印短节型号钢字。
9.1.3 水力振荡器外表面应喷涂水力振荡器型号、制造商名称、连接螺纹代号。水力振荡器需用户现
场组装的，应在水力振荡器短节外表面喷涂型号、制造商名称、连接螺纹代号。
9.2 包装
9.2.1 包装前，水力振荡器上端、下端的连接螺纹应涂抹螺纹润滑脂并装螺纹保护套。螺纹脂按SY/T
5198 的规定执行；其余表面应涂保护漆，喷漆应按GB 7691 中相关环境及操作的安全管理要求执行。
9.2.2 水力振荡器外表面喷漆时，柔性短节镀铬表面不得喷漆。
9.2.3 水力振荡器可装箱发运，或由制造厂与顾客协商采用其他包装。装箱发运时，包装箱两侧面应
有清晰的发货标志。
9.2.4 随机文件应封入塑料袋内。文件包括：
a）产品合格证；
b）使用说明书；
c）装箱清单或其他技术文件。
9.3 运输及储存
9.3.1 水力振荡器运输时应放平。
9.3.2 水力振荡器在运输过程中不应摔碰，不应产生弯曲变形。
9.3.3 水力振荡器应单层平放，贮存在干燥、清洁、通风、防雨、防晒的库房中，库房内温度应保持
在-15℃～ 40℃，同时不应接触酸、碱及有机溶剂等腐蚀物质。
9.3.4 定子橡胶从硫化日期起的有效期为24 个月，即定子橡胶从硫化日期到下井使用日期的间隔时
间不应超过24 个月。自发货之日起，水力振荡器的定子贮存期不应超过18 个月。
10
10 操作使用规范
10.1 基本要求
水力振荡器应按照制造商提供的使用说明书，或按本文件推荐的规范、原则或方法操作使用。
10.2 地面功能测试
10.2.1 水力振荡器包含柔性短节时，柔性短节应与脉冲短节紧邻连接。通常柔性短节接在脉冲短节
上方。
10.2.2 在钻台组合水力振荡器时，不可在水力振荡器动力部分施加外力，包括坐卡瓦、安全卡瓦、
上/ 卸扣等。
10.2.3 在地面进行功能测试，振荡短节振荡频率与流量成正比。在地面测试中，其产生的振动或许
会使整个钻具发生强烈的振动，为安全起见，尽可能使用较低的排量，尽量降低其振荡频率。在地面
测试中以能观察到振荡短节的振动即止，振动范围为3mm ～ 6mm。
10.2.4 推荐不接钻具组合进行地面测试，逐步增加排量直到驱动水力振荡器工作，如果达到最大排
量，水力振荡器无振动，才可判定异常。
10.2.5 极限环境中的测试要求如下。
a） 低温环境：如果环境温度低于-10℃，就不能在地面进行功能测试，否则会对定子的橡胶造
成永久的损害。
b） 高温环境：在高温环境中使用，水力振荡器的橡胶中需添加特殊的材料，确保其正常运行。
高温环境中定子橡胶膨胀，测试时水力振荡器压降偏高属正常现象。
10.3 钻井操作方法
10.3.1 钻压施加原则
钻压施加原则如下。
a） 开始钻进时，不宜过大，应逐渐加压，找到一个机械钻速最快的最佳契合点（最优值），然后
保存该钻压钻进，切勿随意加钻压。在滑动工况，第一次滑动，先将排量提起来，再逐渐加
压；在复合工况，也要注意钻压，不宜过大。
b） 水力振荡器在小钻压钻进中，可有效地消除钻具重量在井壁某段的聚集效应；如使用大钻压
钻进，振动短节的弹簧将受到压缩，这样就会降低水力振荡器的使用效果；在井斜较小的井
眼钻井中，水力振荡器应安放在受压位置（中合点以下），以避免跳钻发生。
10.3.2 水力振荡器在钻具组合中的位置
水力振荡器生产商应在产品说明书中说明水力振荡器在钻具组合中的推荐安装位置，或者推荐近
似计算方法。用户也可联系生产商或供应商提供软件精确计算技术服务。
组合原则：当水力振荡器用于比较弯曲井眼中，或重力集中效应发生在离井底较远井段时，将水
力振荡器组合在上部钻杆中能最大发挥水力振荡器功能。
10.3.3 最大限度的发挥水力振荡器的功效
水力振荡器的效果主要是由流经的排量来决定的，但每件水力振荡器都是依具体应用条件设定好
的，所以施工中，排量尽量与设定水力振荡器的排量一致，这样水力振荡器的使用效果才能最大化。
另外在选择排量的过程中，尽量选择设定水力振荡器所参考的最大排量，大的排量就意味着较大的压
11
降，高频率，从而带来更好的工作效果。
10.4 水力振荡器使用前后的管理
10.4.1 低温保管准则
含橡胶定子的水力振荡器在-10℃的环境下，新产品保存时间不宜超过7d，以防橡胶脆化影响
工具性能。用过的产品待命使用时，应在0℃以上保存，以防水力振荡器内残留液体结冰影响工具
启动。
10.4.2 高温保管准则
高温环境中，定子不能放在阳光直射的地方，如果必须在室外存放时，可以在水力振荡器的表面
覆盖帆布或其他的遮光材料。
10.4.3 施工后水力振荡器的管理
用清水冲洗水力振荡器后，再用肥皂水冲洗。水力振荡器的动力部分禁止用外力转动。具体操作
如下：将水力振荡器垂直悬吊（外螺纹在下），再上内螺纹接头安装过滤器，使流体过滤通过水力振
荡器的动力部分。
10.5 使用中的问题与解决办法
如水力振荡器工作异常，宜考虑如下的因素：
a）钻井液比重和排量与设定水力振荡器是否一致；
b） 水力振荡器在钻具中的位置：调整水力振荡器在井下钻具中的位置，或另外引入第2 套水力
振荡器；
c）实际的温度和钻井液性能；
d）工作时间（推荐水力振荡器最大循环时间400h）；
e）是否有堵漏剂：钻井液中较大的固相颗粒可能堵塞水力振荡器。
10.6 特殊情况处理
现场使用遇有如下特殊情况，应联系供应商协同处理：
a）井口测试，出现超过水力振荡器最大压降的高压；
b）油基或充气钻井液；
c）氯离子含量大于30000×10-6 ；
d）监测出H2S ；
e）固相含量大于2% ；
f）pH 值小于4 或大于10。
11 水力振荡器维修及保养
11.1 水力振荡器维修后功能与全新产品一致，使用寿命应达到全新产品的80% 以上。
11.2 水力振荡器的拆检或维修保养，应在制造厂认可的维修厂内进行。
11.3 水力振荡器的拆卸和组装应按照制造厂提供的维修手册要求进行。
11.4 拆卸后的零件应清洗、去污、防锈处理。
12
11.5 拆卸后的上接头、下接头、壳体、转子等零件的连接螺纹，以及花键芯轴、壳体的本体，应进
行无损检测。
11.6 所有零部件的修复、更换或报废，宜按照制造厂提供的维修技术要求进行。
11.7 建立水力振荡器的维修档案，做好维修和使用记录。
13
附 录 A
（规范性）
金属材料力学性能试验试样制取
A.1 取样方法
A.1.1 金属材料力学性能试样有本体取样和非本体取样两种方法，制造厂可选择其中一种方法。
A.1.2 如果试样在本体上取样，则取样部位应在本体两端螺纹部位合适壁厚处纵向取样，如图A.1a）
所示，内、外螺纹均取壁厚较厚处。若端部尺寸不能满足取样要求，可在靠近螺纹且与螺纹部位有相
同热处理状态的部位取样。拉伸试样与冲击试样按照GB/T 2975 的要求切取，如图A.1b）、c）所示。
a) 内、外螺纹部位取样（轴向位置）
b)拉伸试样（径向位置） c)冲击试样（径向位置）
L L
t/4 ≤2mm
t
开口面
图A.1 本体取样位置示意图
A.1.3 非本体取样应采用同批次材料制作成与本体热处理前壁厚相当、长度≥ 200mm 的随炉试样
（当本体壁厚不足以满足取样要求时，可按取样所需的最小壁厚制作），并按照与本体相同的加工方法
完成同炉热处理，每种试验应制取2 个拉伸试样和3 个冲击试样。
A.2 试样尺寸
A.2.1 冲击试样尺寸按照GB/T 229 的规定进行。
A.2.2 拉伸试样尺寸按照GB/T 228.1 的规定进行。
14
附 录 B
（规范性）
定子橡胶衬套物理机械性能试验试样制取
B.1 取样方法
橡胶衬套采用非本体取样。
非本体取样应采用同班次生产的胶料，按照定子壳体橡胶衬套加工的方法制作试样，每种试验应
制取3 个试样。
B.2 试样尺寸
B.2.1 硬度试样按GB/T 531.1 的规定进行制备。
B.2.2 拉伸强度、扯断伸长率、扯断永久变形试样按GB/T 528 中Ⅰ型试样进行制备，裁切试样时，
裁刀应沿着材料压延方向裁切。
B.2.3 阿克隆磨耗试样按GB/T 1689 的规定进行制备。
B.2.4 老化系数试样按GB/T 3512 的规定进行制备。
B.2.5 耐液体性能试样按照GB/T 1690 的规定进行制备。
B.2.6 橡胶与金属粘接性能试样按照GB/T 7760 的规定进行制备，测试用金属材料应与产品金属壳
体材料一致。
15
附 录 C
（规范性）
水力振荡器性能试验
C.1 试验介质
试验介质为清水。
C.2 试验装置
所有测试设备均应附有证明其精度要求的合格证或检验报告。
试验装置应保证通过测量截面的液流具有轴对称的速度分布和等静压分布特征，且无装置引起的
漩涡。流量计安装符合相关规定，水力振荡器出口转换接头测流孔面积不应小于水力振荡器内流道的
最小截面积。
水力振荡器试验装置示意图如图C.1 所示。
冷水源
1
2
3
4
5 6 7
8
9
10
排水
标引序号说明：
1—供液箱；
2—供液泵；
3—旁路调节阀；
4—流量计；
5—入口温度计；
6—入口压力表；
7—测功机及被测钻具；
8—限流旁路流量计；
9—出口压力；
10—位移表。
图C.1 水力振荡器试验装置示意图
C.3 传感器精度及安装要求
C.3.1 流量测试采用适用量程的流量计，其测试精度允许误差为±0.5%FS（full scale 全量程）。
C.3.2 位移测试采用适合量程的位移表，其测试精度允许误差为±0.5%FS（full scale 全量程）；位
移表应安装在S 短节处，用来测量花键芯轴和花键套之间的相对振动位移。
16
C.3.3 压力测试应符合下列要求：
a）采用的数字式压力表或弹簧式压力表测试精度允许误差为土0.5%FS（full scale 全量程）；
b）测压孔的位置应在水力振荡器入口中心线的水平面上，压力表应垂直安装；
c）测压孔应选在入（出）口之前（后）的直管段上，距入（出）口的距离应为管径的2 ～ 4 倍；
d） 测压孔直径应为1.5mm ～ 3mm，且深度不应小于其孔径的2 倍，压力表接管内径不应小
于3mm。
C.3.4 系统中各仪器、仪表的测试精度误差分析和计算方法应按GB/T 3216 的规定执行。
C.4 数据采样频率要求
对压力、位移等高频周期波动数据采样频率要求≥ 300Hz。
C.5 测试参数名称和代号
测试参数名称和代号见表C.1。
表C.1 参数名称和代号
参数名称代号单位定义
流量
输入流量Q
L/s
输入水力振荡器的实测体积流量
最大输入流量Qe 由设计给定的最大输入体积流量
温度
环境温度t1
℃
测试水力振荡器时的环境温度
介质温度t2 测试水力振荡器时的介质温度
外壳温度t3 测试水力振荡器时定子外壳表面温度
压力入口压力p1 MPa 某排量下水力振荡器入口处实测瞬时压力
出口压力
p2
某排量下水力振荡器出口处实测瞬时压力
瞬时压差△ p 某排量下水力振荡器入口、出口之间的压力差
平均压差△ pv 某排量下测试时间内瞬时压差的平均值
最大压差△ pve 最大工作排量下的平均压差
位移
位移S
mm
某排量下柔性短节花键轴实测瞬时位移
最小位移Smin 某排量下柔性短节花键轴实测最小瞬时位移
最大位移Smax 某排量下柔性短节花键轴实测最大瞬时位移
振幅△ S 某排量下柔性短节花键轴最大、最小位移之差
频率
波动频率f
Hz
某排量下压力或位移周期波动频率
最大频率fe 最大工作排量下压力或位移周期波动频率
C.6 水力振荡器性能参数的计算
C.6.1 压差的计算
瞬时压差按公式（C.1）计算，式中i 表示第i 个瞬时数据：
Δpi = p1i - p2i
v
=1
Δ Δ /
n
i
i
p p n  
= 
 
Σ
max min ΔS = S -S
f = n /3
……………………………………（C.1）
17
平均压差按公式（C.2）计算，式中n 为采样总1数：2 Δi i i p = p - p
v
=1
Δ Δ /
n
i
i
p p n  
= 
 
Σ
max min ΔS = S -S
f = n /3
( )2
ve e Δp = Q /Q Δpv
( ) e ef = Q /Q f
………………………………（C.2）
C.6.2 振幅的计算
振幅按公式（C.3）计算：
1 2 Δi i i p = p - p
v
=1
Δ Δ /
n
i
i
p p n  
= 
 
Σ
max min ΔS = S -S
f = n /3
( )2
ve e Δp = Q /Q Δpv
( ) e ef = Q /Q f
…………………………………（C.3）
C.6.3 频率的计算
取稳定阶段3s 内的压力、压差或位移采样数据曲线如图C.2，统计波动次数n ：
1 2 Δi i i p = p - p
v
=1
Δ Δ /
n
i
i
p p n  
= 
 
Σ
max min ΔS = S -S
f = n /3
( )2
ve e Δp = Q /Q Δpv
( ) e ef = Q /Q f
………………………………………（C.4）
或直接从数据采集软件读取主频频率f。
0
0
0.5
0.5
1
1
1.5
1.5
2
2 3
2.5
2.5
压差（MPa）
时间（s）
压差曲线
图C.2 水力振荡器频率统计样图
C.6.4 最大压差与频率的换算
最大压差与频率的换算按公式（C.5）、公式（C.6）计算：
1 2 Δi i i p = p - p
v
=1
Δ Δ /
n
i
i
p p n  
= 
 
Σ
max min ΔS = S -S
f = n /3
( )2
ve e Δp = Q /Q Δpv
( ) e ef = Q /Q f
………………………………（C.5）
1 2 Δi i i p = p - p
v
=1
Δ Δ /
n
i
i
p p n  
= 
 
Σ
max min ΔS = S -S
f = n /3
( )2
ve e Δp = Q /Q Δpv
( ) e ef = Q /Q f …………………………………（C.6）
C.7 试验记录与数据处理
推荐采用的性能试验记录见表C.2，推荐数据处理后的性能曲线如图C.3 所示。
表C.2 水力振荡器性能试验记录表
试验排量设定值L/s 实测值L/s 入口压力MPa 出口压力MPa 压差MPa 相对振动位移mm 振动频率Hz
最小推荐排量
18
试验排量设定值L/s 实测值L/s 入口压力MPa 出口压力MPa 压差MPa 相对振动位移mm 振动频率Hz
平均推荐排量
最大推荐排量
其他排量
注：平均推荐排量=（最小推荐排量+ 最大推荐排量）/2。其他排量可选做。
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
10 15 20 25 30
频率，Hz
压差，MPa
入口流量，Lps
清水压耗非清水压耗振动频率
图C.3 水力振荡器性能曲线
表C.2（续）