CN101429852B - 一种液气式减震器 - Google Patents
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Abstract
一种液气式减震器，由上接头、花键外筒、缸套、心轴、活塞、防掉接头及下接头组成，基本特征是上接头与花键外筒花键相联，减震器的外筒体由花键外筒、缸套构成，心轴及活塞装在缸套内，并与上接头螺纹相联，防掉接头与缸套及下接头螺纹相联。本减震器根据气体随温度、压力的变化而体积发生变化的特点，以气体作为弹性元件，具有较好的吸震性能，同时采用液体作为压力传递元件，不仅可以增加减震系统的稳定性，而且对气体实施了液密封，增加了气缸的密封性。本减震器较现行减震器具有适用范围广，柔性好，冲击小，稳定性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是钻井工程所用的一种液气式减震器。
背景技术
现有技术中此类减震器已有以下专利文献予以批露。
中国专利说明书CN 85 2 02386 U(1986年5月21日公告)描述了自动送钻液力减震器，该减震器在钻头喷嘴压降的作用下每级活塞所受推力之和便是钻压，在此推力作用下，实现活塞行程上的自动进给，各级活塞-液缸又是一个减震元件。
中国专利说明书ZL200520002102.3(2006年3月29日授权)描述了一种适用于欠平衡空气循环钻井的空气机械减震器，包括花键心轴、花键筒体、碟簧筒体、碟簧组、调整套、调整环、下接头等部件组成，该减震器采用机械式工作原理，克服了液压式减震器对密封的高度依赖。
中国专利说明书ZL200620115702.5(2006年5月16日授权)描述了气体加压减震器，该减震器利用气体的可压缩性，以气体作为弹性元件，实现钻柱减震，并具有柔性好，适用范围宽，减震效果好，使用周期长的特点，还可用于辅助加压，减少送钻冲击。
中国专利说明书ZL2005020142900.6(2006年12月26日授权)描述了双级双作用减震器，该减震器心轴的下端与一心管的上端联接，在该心管的下端与外侧的下接头之间装有下密封，在弹簧外套的上部与心轴之间设有上密封，是在心轴与心管之间增加中密封接箍，这样就构成了上、中、下三道密封和三道防掉机构，实现双级双作用减震。
钻具失效是始终困绕着钻井工程师们，其中钻具断裂失效是钻具失效的主要形式之一，产生钻具断裂失效的最主要的原因是在钻井过程中，钻柱振动剧烈，发生疲劳破坏。特别是近年来气体钻井技术在国内外迅速发展和推广开来，气体钻井过程中，钻柱的振动更加剧烈，钻具事故时常发生。根据对近两年四川地区实施气体钻井的68口井的统计，共发生了69次钻具失效事故，其中钻具断裂失效事故60次。而采用现有常用减震器很难达到减震的目的，急需一种适用性更强的减震器。
如上文献中所述的各类减震器，都有着各自的优点，但也存在各自的局限性，采用液压式减震器具有稳定性好的特点，但可压缩性小，变化幅度小，减震效果一般；采用机械式减震器具有适用范围大，可用于气体钻井，但使用寿命短；利用气体随温度、压力变化而体积变化的减震器具有柔性好，变化幅度大，减震效果好的特点，但冲击性大，稳定性效差；因此急需一种柔性好、适用范围广、稳定性好、使用寿命长的新型减震器，根据上述技术背景而提出的本发明。
发明内容
为克服已有技术存在的不足，本发明了一种液气式减震器，由上接头、花键外筒、缸套、心轴、活塞、防掉接头及下接头等几大部分组成，基本特征是：上接头与花键外筒花键相联，减震器的外筒体由花键外筒、缸套构成，心轴及活塞装在缸套内，并与上接头螺纹相联，防掉接头与缸套及下接头螺纹相联。本发明的目的在于提供一种柔性好、适用范围广、稳定性好、使用寿命长的液气式减震器。
本发明的目的在于提供一种柔性好、适用范围广、稳定性好、使用寿命长的液气式减震器。
本发明还采用如下技术方案：
上接头为一管状结构，上部有螺纹，以便与其它钻具相联，中间部分有花键与花键外筒相联接，下部与心轴螺纹联接。花键外筒上端部装有挡泥环及外密封圈，以保证花键联接处的内部清洁。心轴上端部有加有密封垫片，中间有一凸台，凸台上部为气缸，下部为液缸，凸台上布有数个小孔，以使气液压力相平衡，凸台上装有隔离环。活塞位于油缸下部，活塞上分别装有内活塞环、外活塞环及密封圈，起密封活塞与油缸间隙作用。缸套上部装有安全阀，当气缸内压力过高时安全阀自动卸压，保证钻具及井下安全，中部装有气咀，下部装有油咀，分别用于往气缸及液缸里注气、注液。防掉接头下部有一台肩，当气缸及液缸内注入一定压力的气、液时，台肩下部与心轴相接触，起防掉作用。下接头下部有螺纹，以便与其它钻具相联接，上部留有一定的环空，以利于心轴活动。
本减震器较现行稳定器具有如下优点：
1、适用范围广，气缸气压及液缸油压可以根据现场需要进行调节，增加了该减震器的适用性，不仅适用于常规泥浆钻井，而且适用于钻柱振动剧烈的气体钻井；
2、柔性好，减震效果好，采用液气式弹性作为减震元件，气体随温度、压力的变化产生体积变化，具有很好的吸震作用；
3、具有加压功能，气体体积在压力减小时迅速膨胀，可实现自动送钻、加压功能；
4、冲击小，稳定性好，隔离环将阻止气压过大，高压气体压力全部传递给液缸液体，不至于使钻头受到过大冲击力，能有效地防止二次冲击。
附图说明：
图1本发明专利结构示意图
图2A-A视图
附图说明：
1.上接头 2.花键外筒 3.缸套 4.心轴
5.防掉接头 6.下接头 7.挡泥环 8.外密封圈
9.密封垫片 10.内密封圈 11.气缸 12.隔离环
13.液缸 14.内活塞环 15.外活塞 16.密封圈
17.活塞 18.安全阀 19.气咀 20.油咀
具体实施方式
现结合图1、图2对其发明做进一步的描述。本减震器根据气体随温度、压力的变化而体积发生变化的特点，以气体作为弹性元件，具有较好的吸震性能，同时采用液体作为压力传递元件，不仅可以增加减震系统的稳定性，而且对气体实施了液密封，增加了气缸11的密封性。
本减震器按图1装配好后，根据减震需求，通过气咀19向气缸内注入高压气体，并通过油咀20向液缸内注入低压液体。并根据需要安装于下部钻具组合中，下钻到底。
当钻头上发生冲击和振动载荷时，下接头6将振动载荷传递给防掉接头5，并推动活塞17，液缸13内液体压力达到一定门限值时通过心轴4上的小孔(如图2所示)将压力传给隔离环12，气缸11内的气体受压体积减小，实现吸震。为实现调节减震器的减震能力和减震范围，在该减震器下井前通过气咀19注入气体时可适当调节气压，这样不仅可以调节减震器作用的门限值，而且可以调节气缸内气体弹性元件的刚性。若气缸11内的气压较大，钻压波动较小时，波动压力没有达到或超过使气体体积改变的压力，气缸11内气压保持不变，减震器不作用，如此设计可以减少减震器内滑动密封元件活动，增加减震器的使用寿命。气缸11内气压越大，气体弹性元件刚性越大，反之弹性元件的刚性越小，增加了该减震器的适用条件。气体钻井时，钻头震动载荷波动范围大，可以适当调节气缸内的气压，滤掉一些小幅波动，增加对大幅波动的减震能力，以实现对气体钻井钻柱震动的减震作用。
当钻头上的振动载荷卸掉时，气缸11内气体的压力降低，体积增加，推动隔离环12及液缸13中的液体，并推动活塞17，实现自动加压。当隔离环12的位置达到心轴4的凸台时，隔离环12停止下行，气缸内的气压保持稳定，不会发生气体体积迅速膨胀而推动活塞17、钻头迅速作用于井底造成二次冲击，防止减震器自身振动引起钻压二次波动。在气体钻井过程中，如采用现行的泥浆钻井减震器，由于缺少泥浆的阻尼作用，很容易造成在减震器的减震过程中振动增加，因此在气体钻井过程中，防止由减震器形成的钻压二波动非常重要，采用该稳定器能够很好地实现此功能。
减震器花键外筒2、气缸11、油缸13均采用多级密封，增加了减震器的密封性，同时在活塞17上采用内活塞环14及外活塞环15，增加了活塞17滑动密封性能。
为防止由于波动压力过高，引起气缸11内气压力过高而损坏减震器，在该减震器缸套3上安装了安全阀18。
防掉接头5不仅起到了联接缸套3及下接头6的作用，而且防止缸套3、下接头6及其以下的钻具在起钻时掉入井底。
整个减震器结构简单、操作方便、适用范围广、性能可靠，是一种理想的适用于油气井钻井工程的钻柱减震工具。
Claims (6)
1.一种液气式减震器，由上接头(1)、花键外筒(2)、缸套(3)、心轴(4)、活塞(17)、防掉接头(5)及下接头(6)几大部分组成，其特征是：上接头(1)与花键外筒(2)花键相联，心轴(4)上端部加有密封垫片(9)，中间有一凸台，凸台上部为气缸(11)，下部为液缸(13)，凸台上布有数个小孔，凸台上部装有隔离环(12)，减震器的外筒体由花键外筒(2)、缸套(3)构成，心轴(4)及活塞(17)装在缸套(3)内，心轴(4)与上接头(1)螺纹相联，防掉接头(5)与缸套(3)用下接头(6)螺纹相联。
2.按照权利要求1所述的液气式减震器，其特征是上接头(1)为一管状结构，上部有螺纹，以便与其它钻具相联，中间部分有花键与花键外筒(2)相联接，下部与心轴(4)螺纹联接。
3.按照权利要求1所述的一种液气式减震器，其特征是花键外筒(2)上端部装有挡泥环(7)及外密封圈(8)。
4.按照权利要求1所述的一种液气式减震器，其特征是活塞(17)位于液缸(13)下部，活塞(17)上分别装有内活塞环(14)、外活塞环(15)，及密封圈(16)。
5.按照权利要求1所述的一种液气式减震器，其特征是缸套(3)上部装有安全阀(18)，当气缸内压力过高时安全阀(18)自动卸压，保证钻具及井下安全，中部装有气咀(19)，下部装有油咀(20)。
6.按照权利要求1所述的一种液气式减震器，其特征是防掉接头(5)下部有一台肩，台肩下部与心轴(4)相接触。
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