專(zhuān)利名稱(chēng)：鉆柱減振-避振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械領(lǐng)域的避振器，特別是用于石油、天然氣和地質(zhì)鉆井的特殊井下工具，鉆柱減振一避振器。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣和地質(zhì)鉆井過(guò)程中經(jīng)常會(huì)鉆遇一些硬巖層和礫石巖層。井底不平、 鉆頭牙齒間歇壓入巖石及巖石間歇破碎、鉆柱繞井眼中心的渦動(dòng)等會(huì)使鉆柱發(fā)生縱向振動(dòng)、橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)鉆頭的縱向振動(dòng)頻率與鉆具縱向振動(dòng)的固有頻率匹配時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生跳鉆現(xiàn)象即共振現(xiàn)象。鉆柱共振將導(dǎo)致鉆柱過(guò)早失效并引發(fā)工程事故，甚至使油井報(bào)廢。
通常，當(dāng)發(fā)現(xiàn)跳鉆時(shí)，鉆井工人可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)控制鉆柱的振動(dòng)，但這些措施一般都降低鉆井效率。更嚴(yán)重的是，經(jīng)常出現(xiàn)下部鉆具振動(dòng)得很?chē)?yán)重，而鉆臺(tái)上表現(xiàn)不明顯的情況。
為了減小鉆柱振動(dòng)，常規(guī)的措施是在鉆柱中間安裝減振器。現(xiàn)在鉆井工程中廣泛使用二種減振器。一種是液壓減振器，其主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)環(huán)形油缸和一個(gè)環(huán)形活塞，油缸中充滿液壓油，當(dāng)鉆頭縱向振動(dòng)時(shí)，液壓減振器軸向載荷發(fā)生變化，環(huán)形油缸中的液壓油被壓縮或體積膨脹，從而吸收或釋放鉆柱振動(dòng)的能量。另一種是彈簧減振器，其原理是增加鉆柱的彈性。
無(wú)論是液壓減振器還是彈簧減振器，或是二者的組合，將它們接入鉆柱內(nèi)后，僅改變了鉆柱系統(tǒng)的固有頻率，既不隔斷振動(dòng)也很少吸收振動(dòng)。簡(jiǎn)單地使用它們，對(duì)鉆井作業(yè)益處有限。在轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速一定的情況下，減振器的作用只是將共振井深由一個(gè)深度調(diào)節(jié)到了另一個(gè)深度，共振仍不可避免。在某些情況下，減振器甚至?xí)黾鱼@柱的振動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有液壓減振器和彈簧減振器技術(shù)的不足，以及為了減小鉆柱振動(dòng)、防止鉆柱共振，延長(zhǎng)鉆具和鉆頭的使用壽命，提高鉆井速度，提供一種能夠自動(dòng)判別鉆柱的共振狀態(tài)、改變鉆柱彈性、使鉆柱脫離共振的鉆柱減振-避振器。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明包括管狀外殼體和管狀心軸，外殼體的內(nèi)孔為上段直徑小下段直徑大的臺(tái)階孔，在外殼體的上段內(nèi)壁中設(shè)有振動(dòng)檢測(cè)控制模塊和為振動(dòng)檢測(cè)控制模塊提供電力的電池，心軸安裝在外殼體的下段內(nèi)孔中，心軸的頂端與外殼體的內(nèi)孔上段間留有游隙，心軸的上部與外殼體的內(nèi)壁間設(shè)有內(nèi)密封圈，在心軸的外壁上設(shè)有心軸承載環(huán)，在外殼體的內(nèi)壁上設(shè)有承托心軸承載環(huán)的外殼體承拉環(huán)，在外殼體的管壁中設(shè)有封閉的氣室，氣室下方的外殼體的內(nèi)壁與心軸承載環(huán)上方的心軸間構(gòu)成一個(gè)空腔，空腔中裝有彈簧組和液壓油，成為液壓腔，氣室的底部設(shè)有與空腔聯(lián)通的液體通道，在氣室底部液體通道口上安裝有閥門(mén)， 在心軸下部的外壁上設(shè)有花鍵槽，外殼體與心軸用花鍵連接，且花鍵槽與外殼體承拉環(huán)間留有游隙，在外殼體的下端口與心軸間設(shè)有外密封圈。
在所述外殼體的頂端安裝有上母接頭，在心軸下端口上連接有下公接頭。上母接頭用于與上部鉆柱連接，下公接頭用于與下部鉆柱連接。
本發(fā)明的鉆柱減振-避振器是根據(jù)井底位移激勵(lì)的鉆柱縱向振動(dòng)理論來(lái)設(shè)計(jì)的。 當(dāng)鉆柱處于共振狀態(tài)時(shí)，如果改變鉆柱的彈性，鉆柱就可能脫離共振狀態(tài)。鉆柱減振-避振器就是檢測(cè)鉆柱共振狀態(tài)和使鉆柱脫離共振狀態(tài)的工具。鉆柱減振-避振器內(nèi)含有檢測(cè)鉆柱縱向振動(dòng)的單元；當(dāng)判斷鉆柱處于共振狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換液壓腔與氣室的閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)； 改變鉆柱減振-避振器的彈性；進(jìn)而改變整個(gè)鉆柱的彈性；使鉆柱脫離共振狀態(tài)。鉆柱減振-避振器可以減小鉆柱的振動(dòng)和應(yīng)力，提高鉆具的使用壽命，降低鉆井成本。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)連續(xù)監(jiān)測(cè)鉆柱的振動(dòng)，主動(dòng)避開(kāi)鉆柱共振；(2)根據(jù)鉆柱縱向振動(dòng)理論而設(shè)計(jì)；(3)機(jī)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，體積小；(4)具有穩(wěn)定性和耐久性。


圖1是本發(fā)明鉆柱減振一避振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-上母接頭，2-外殼體，3-電池，4-振動(dòng)檢測(cè)控制模塊，5-心軸，6-內(nèi)密封圈，7-氣室，8-閥門(mén)，9-液體通道，10-彈簧組和液壓油，11-心軸承載環(huán)，12-外殼體承拉環(huán)，13-花鍵，14-花鍵槽，15-外密封圈，16-下公接頭。
具體實(shí)施方式
按附圖所示，本發(fā)明鉆柱減振一避振器，由上母接頭1、外殼體2、電池3、振動(dòng)檢測(cè)控制模塊4、心軸5、內(nèi)密封圈6、氣室7、閥門(mén)8、液體通道9、彈簧組和液壓油10、心軸承載環(huán)11、外殼體承拉環(huán)12、花鍵13、花鍵槽14、外密封圈15和下公接頭16構(gòu)成。
本發(fā)明從結(jié)構(gòu)上可以分為外殼體組、內(nèi)心軸組及彈簧組和液壓油10三部分。外殼體組包括上母接頭1、外殼體2、電池3、振動(dòng)檢測(cè)控制模塊4、氣室7、閥門(mén)8、液體通道9、外殼體承拉環(huán)12、花鍵13。內(nèi)心軸組包含心軸5、內(nèi)密封圈6、心軸承載環(huán)11、花鍵槽14、外密封圈15和下公接頭16。上母接頭1用于與上部鉆柱連接，下公接頭16用于與下部鉆柱連接。
外殼體組是一個(gè)相互固定的整體。內(nèi)心軸組是另一個(gè)相互固定的整體。在圖示的自由狀態(tài)或本發(fā)明承受軸向拉力時(shí)，心軸承載環(huán)11壓在外殼體承拉環(huán)12上。當(dāng)本發(fā)明承受軸向壓力(鉆進(jìn)狀態(tài))時(shí)，心軸承載環(huán)11壓縮彈簧組和液壓油10將軸向壓力傳遞給外殼體，心軸承載環(huán)11與外殼體承拉環(huán)12脫離。內(nèi)心軸組相對(duì)于外殼體組上移。在心軸5的頂端和花鍵槽14的上方，留有足夠的空間。固定在外殼體2上的花鍵13與加工在心軸5 上的花鍵槽14傳遞扭矩。
本發(fā)明的工作方式是一、監(jiān)測(cè)鉆柱的振動(dòng)。裝在外殼體內(nèi)的振動(dòng)檢測(cè)控制模塊連續(xù)監(jiān)測(cè)鉆柱的縱向振動(dòng)參數(shù)。電池為振動(dòng)檢測(cè)控制模塊提供電力。二、當(dāng)檢測(cè)到鉆柱處于共振狀態(tài)時(shí)，由電池提供電力，改變閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)閥門(mén)處于開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，液壓腔內(nèi)彈簧組和液壓油的液壓油通過(guò)液體通道與氣室的氣體相連；當(dāng)液壓腔內(nèi)彈簧組和液壓油受壓長(zhǎng)度變短時(shí)，液壓油可以通過(guò)液體通道流向氣室。當(dāng)閥門(mén)處于關(guān)的狀態(tài)時(shí)，液壓腔內(nèi)的液壓油不能通過(guò)液體通道與氣室的氣體相連；當(dāng)彈簧組和液壓油受壓長(zhǎng)度變短時(shí)，液壓油只能承受壓力、體積縮小。三、本發(fā)明彈性的改變導(dǎo)致鉆柱彈性和共振頻率的改變，脫離了共振區(qū)，實(shí)現(xiàn)了減振和避振。
權(quán)利要求
1.一種鉆柱減振-避振器，包括管狀外殼體和管狀心軸，其特征是外殼體的內(nèi)孔為上段直徑小下段直徑大的臺(tái)階孔，在外殼體的上段內(nèi)壁中設(shè)有振動(dòng)檢測(cè)控制模塊和為振動(dòng)檢測(cè)控制模塊提供電力的電池，心軸安裝在外殼體的下段內(nèi)孔中，心軸的頂端與外殼體的內(nèi)孔上段間留有游隙，心軸的上部與外殼體的內(nèi)壁間設(shè)有內(nèi)密封圈，在心軸的外壁上設(shè)有心軸承載環(huán)，在外殼體的內(nèi)壁上設(shè)有承托心軸承載環(huán)的外殼體承拉環(huán)，在外殼體的管壁中設(shè)有封閉的氣室，氣室下方的外殼體的內(nèi)壁與心軸承載環(huán)上方的心軸間構(gòu)成一個(gè)空腔，空腔中裝有彈簧組和液壓油，氣室的底部設(shè)有與空腔聯(lián)通的液體通道，在氣室底部液體通道口上安裝有閥門(mén)，在心軸下部的外壁上設(shè)有花鍵槽，外殼體與心軸用花鍵連接，且花鍵槽與外殼體承拉環(huán)間留有游隙，在外殼體的下端口與心軸間設(shè)有外密封圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆柱減振-避振器，其特征是在所述外殼體的頂端安裝有上母接頭，在心軸下端口上連接有下公接頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆柱減振-避振器，包括外殼體和心軸，其特征是在外殼體的上段內(nèi)壁中設(shè)有振動(dòng)檢測(cè)控制模塊和電池，心軸安裝在外殼體的下段內(nèi)孔中，在心軸的外壁上設(shè)有心軸承載環(huán)，在外殼體的內(nèi)壁上設(shè)有承托心軸承載環(huán)的外殼體承拉環(huán)，在外殼體的管壁中設(shè)有封閉的氣室，氣室下方的外殼體的內(nèi)壁與心軸承載環(huán)上方的心軸間構(gòu)成一個(gè)空腔，空腔中裝有彈簧組和液壓油，氣室的底部設(shè)有與空腔聯(lián)通的液體通道，在液體通道口上安裝有閥門(mén)，外殼體與心軸用花鍵連接。其優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)監(jiān)測(cè)鉆柱的振動(dòng)，主動(dòng)避開(kāi)鉆柱共振，減小鉆柱振動(dòng)，提高鉆具使用壽命，降低鉆井成本；機(jī)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，體積小；具有穩(wěn)定性和耐久性。
文檔編號(hào)E21B17/07GK102505923SQ201110361339
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者李子豐 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)