CN101827996B - 钻柱减震器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例一般涉及用于吸收在钻掘作业期间产生的振动和震动冲击的方法、系统和装置。特别地，本发明的实施例包括钻柱减震器，用于吸收在钻掘作业期间产生的纵向力。例如，根据本发明的至少一个实施例，钻柱减震器包括大致圆柱形壳体，该圆柱形壳体具有被径向联锁接头耦接在一起的第一端和第二端。这样的构造能够通过直接在壳体的端之间传递扭力以及通过减少被传递至将所述圆柱形壳体的第一和第二端固定在一起的紧固装置的应力来减少机械故障并且增长减震器的使用寿命。

Description

钻柱减震器

技术领域

本发明一般涉及可用于钻掘地层的钻地工具。更具体地，本发明涉及用于吸收在钻掘作业期间施加至钻柱的力或载荷的减震器。

背景技术

在各种类型的钻地钻掘作业中，钻掘机械驱动钻头或其他钻地工具进入地层，以穿入并且移除部分地层。例如，钻地工具被固定在钻柱的一端，钻柱包括多个首尾耦接的管状构件和设备部件。而钻柱的另一端被固定至位于地表的钻掘机械(例如，钻机头、旋转头、双头系统)。钻头被定位成使得位于该钻头上的切削部件邻近待钻掘的地层。于是，钻掘机械可对钻头向下施力，同时也使得钻柱和钻头旋转，以穿入并且移除部分地层。

取决于钻掘作业的类型和被钻掘的材料，钻掘作业可能需要使用纵向向下的力和旋转力(转矩)。此外，在钻掘期间，钻孔和被穿材料的情况可能改变，导致沿着钻柱向上传至钻掘机械的应力和力的波动。这些波动的应力可能包括会呈现各种问题的振动和震动冲击。例如，震动冲击可导致钻头跳动，这相应会造成钻头切入地层变慢或不平衡。此外，振动和震动冲击会造成机械磨损并且最终导致钻掘系统的各部分出现故障。这些问题中的每个问题以及其他问题会增加钻掘作业的时间和成本。

为减少由于振动和震动冲击导致的潜在问题，可使用减震器来抑制和吸收在钻掘作业期间产生的振动和震动冲击。例如，减震器可以是被设计成缓减或抑制震动冲击并耗散动能的机械装置。减震器可包括连接在钻掘机械与钻柱之间的抑制装置。该抑制装置能够有助于使得钻掘作业期间产生的振动和震动冲击更少地传递到钻机头或钻掘系统的其他部分。这样的抑制装置可包括某类弹性材料，该弹性材料吸收振动和震动冲击，并且耗散与钻掘作业相关的不期望的动能。

存在一类传统减震器，包括两个平行板，这两个平行板之间设有橡胶盘。主动板直接或间接地固定到钻掘系统的旋转驱动器，从动板固定到钻柱。这两个板通常通过一组紧固件(例如，螺栓)连接在一起。当纵向震动冲击沿着钻柱向上传递时，这两个水平板一起受力，从而压缩橡胶盘。橡胶盘的压缩至少部分地吸收纵向震动冲击并且使能量耗散为热量。

尽管该类型的减震器能够抑制大多数施加到钻柱的纵向震动冲击，但其不能响应转动力和旋转振动。特别地，当旋转力从钻机头向钻柱传递时，所述旋转力能够传递通过减震器。当旋转力施加在主动板上时，所述旋转力会被传递至将所述板固定在一起的紧固件，甚至被传递至橡胶盘。因此，剪力会被施加在紧固件和橡胶盘上，这会造成橡胶盘损坏。例如，由于螺栓所造成的摩擦，橡胶盘会频繁地产生长孔，这会导致机械故障。

其他传统的减震器可存在相同的问题或其它问题。例如，气动和液压减震器笨重，要求额外的设备和系统以正常工作，并且昂贵。应注意到，与上述传统减震器相关的问题可导致一些不期望的结果。例如，传统减震器往往会在相对短的时间内磨损，特别是当受到大的扭力时更是如此。传统减震器较短的工作寿命会致使需要频繁的维修或更换，因此会增加钻掘成本。

相应地，在传统减震器中存在多个可设法解决的缺点。

发明内容

本发明的实施例克服用于吸收钻掘作业期间产生的纵向力的系统、方法和装置的领域中的一个或多个问题。例如，本发明的实施例包括能够吸收振动和震动冲击而不导致过早磨损或故障的钻柱减震器。特别地，本发明的实施例包括减震器，该减震器被设置成直接在大致圆柱形壳体的端之间传递旋转力并且减少施加在位于圆柱形壳体内的震动吸收系统上的压力。

例如，根据本发明的至少一个实施例的用于在钻掘作业期间减少钻柱中的振动和震动的装置包括圆柱形壳体，该圆柱形壳体包括由径向联锁接头耦接在一起的第一端和第二端，该联锁接头通过所述第一端和所述第二端的对接表面形成。该装置还包括布置在所述圆柱形壳体内的震动吸收组件，用于吸收和耗散震动冲击。

此外，根据本发明的另一实施例的钻柱减震器包括：第一壳体构件，用于被耦接至旋转驱动器；第二壳体构件，用于被耦接至钻柱；以沿纵向被布置在所述第一壳体构件与所述第二壳体构件之间的震动吸收组件；以及多个从所述第二壳体构件延伸通过所述震动吸收组件并且进入所述第一壳体构件的紧固件。钻柱减震器也包括多个径向联锁构件，所述径向联锁构件通过所述第一壳体构件和所述第二壳体构件的对接表面形成，所述径向联锁构件用于将转矩从所述第一壳体构件直接传递至所述第二壳体构件并且减少所述多个紧固件受到的应力。

此外，根据本发明的又一实施例的钻柱减震器包括：第一法兰，包括至少一个从所述第一法兰的外径向壁纵向延伸的接合构件；以及第二法兰，包括至少一个纵向凹入所述第二法兰的外径向壁中的凹部，所述第二法兰的所述至少一个凹部用于在操作上接合所述第一法兰的所述至少一个接合构件，并且用于将转矩从所述第一法兰直接传递至所述第二法兰。钻柱减震器还包括：活塞，包括被布置在所述第一法兰与所述第二法兰之间的法兰；至少一个第一震动吸收构件，被布置在所述第一法兰和所述活塞法兰之间；以及至少一个第二震动吸收构件，被布置在所述活塞法兰与所述第二法兰之间。

此外，根据本发明的另一实施例的钻掘系统包括：工具管柱(tool string)，包括多个管状构件；钻地工具，被固定至所述工具管柱的第一端；旋转机头，被耦接至所述工具管柱的第二端，所述旋转机头被设置用于旋转所述工具管柱；以及减震器，被固定在所述旋转机头与所述工具管柱之间。减震器包括：圆柱形壳体，包括通过径向联锁接头耦接在一起的第一端和第二端，该联锁接头通过所述第一端和所述第二端的对接表面形成；以及震动吸收组件，被布置在所述圆柱形壳体内，用于吸收和耗散震动冲击。

此外，在钻掘作业期间吸收振动和震动冲击的方法包括：将工具管柱的一部分耦接至被固定至旋转机头的减震器。减震器包括第一壳体构件，其包括外径向壁，所述第一壳体构件的外径向壁包括一个或多个从其纵向延伸的接合构件。减震器还包括：第二壳体构件，其包括外径向壁，所述第二壳体构件的外径向壁包括一个或多个纵向凹入其中的凹部；以及震动吸收组件，被布置在所述第一壳体构件和所述第二壳体构件之间。该方法还包括旋转所述旋转机头，以使得所述一个或多个接合构件在操作上接合所述一个或多个凹部，从而将转矩从所述第一壳体构件直接传递至所述第二壳体构件。

本发明的示范实施例的其他特征和优点将在下文中描述，并且部分地，通过描述变得清楚，或者可通过实施这样的示范实施例获悉。借助于在所附权利要求中特别指出的装置和组合可实现这样的示范实施例的特征和优点。通过下文中的描述和所附权利要求，这些或其他特征将变得更加清晰，或者可通过实施在下文中描述的示范实施例获悉。

附图说明

为描述能够获得本发明的上述和其他优点及特征的方式，将参照附图中示出的本发明具体实施例，更具体地描述上文简要描述的本发明。应理解，这些附图仅描绘本发明的典型实施例，因此不应被理解为是对本发明的范围的限制，通过使用附图，另外具体且详细地描述和解释本发明，在附图中：

图1示出包括根据本发明一实施例的钻柱减震器的钻掘系统的示意图；

图2示出根据本发明一实施例的钻柱减震器的示意图，该钻柱减震器被固定在双头钻掘系统的钻机头与潜孔锤之间；

图3示出根据本发明一实施例的钻柱减震器的侧视图；

图4示出图3所示的根据本发明一实施例的钻柱减震器的横截面图；

图5示出图3所示的根据本发明一实施例的钻柱减震器的分解透视图；

图6示出图4所示的钻柱减震器的沿着图4中的截面线6-6截取的横截面图。

具体实施方式

本发明的实施例克服用于吸收在钻掘作业期间产生的纵向力的系统、方法和装置的领域中的一个或多个问题。例如，本发明的实施例包括钻柱减震器，该钻柱减震器能够吸收振动和震动冲击，而不导致过早的磨损或故障。特别地，本发明的实施例包括减震器，该减震器被设置成直接在大致圆柱形壳体的端之间传递旋转力并且减少施加至位于圆柱形壳体内的震动吸收系统的应力。

如在此会更加全面的理解的那样，本发明的实施例提供能够在更长的使用寿命中吸收振动和震动冲击的减震器。特别地，通过减少施加至减震器内的抑制部件的应力，能够减少机械磨损。因此，能够增长钻柱减震器的使用寿命。另外地，根据一些实施例，本发明的减震器提供一个或多个上文中的益处，同时，制造也相对便宜并且大小相对紧凑。

应理解，本发明的减震器能够用于其中震动和振动力作用在钻掘系统的部件上的任何类型的钻掘作业中。例如，图1和图2以及相应的文字部分示出或描述了能够使用本发明的钻柱减震器的多个不同的钻掘系统。然而，应理解，在图1和图2中示出和描述的钻掘系统仅是能够使用本发明的钻柱减震器的多类系统的示例。

例如，图1示出钻掘系统100，该系统100包括滑撬式组件105和钻机头110。滑撬式组件105能够被耦接至桅杆120，而该桅杆120被耦接至钻机130。钻机头110能够被设置成具有一个或多个与其耦接的管状螺纹构件140。管状构件可包括但不限制于钻杆、套管和潜孔锤。为便于参考，管状构件140在此后将被称为钻柱部件。而该钻柱部件140能够被耦接至其它钻柱部件140，以形成钻柱或工具管柱150。而钻柱150能够被耦接至被设置成与待钻掘的材料165或地层接触钻地工具160，例如旋转钻头或冲击头。

在至少一个示例中，在图1示出的钻机头110被设置成在钻掘过程中使钻柱150旋转。特别地，钻机头110可改变钻机头110的转速。例如，可根据钻掘过程按照需要选择钻机头的转速和/或钻机头110传递至钻柱150的转矩。

此外，滑撬式组件105能够被设置成相对于桅杆120平移，以将大致纵向向下的力施加至钻机头110，以在钻掘作业期间迫使钻头160进入地层165。在该示出的示例中，钻掘系统100包括链条驱动组件170，该组件170被设置成相对于桅杆120移动滑撬式组件105，以如上所述那样将大致纵向的力施加至钻头160。

在此所使用的术语“纵向的”的意思为沿着钻柱150的长度方向。另外，在此所使用的术语“上部的”和“以上”以及“下部的”和“以下”指在钻柱150上的纵向位置。术语“上部的”和“以上”指更靠近钻机头110的位置，“下部的”和“以下”指更靠近钻地工具160的位置。

另外，如图1所示，钻掘系统还能够包括减震器200。减震器200能够被固定在钻机头110与钻柱150之间。此外，减震器200能够用于将旋转力和纵向力从钻机头110传递至钻柱150。减震器200还能够用于抑制或吸收在钻掘过程中施加到钻柱150的振动和震动冲击，下文中将更加详细说明。

如图1所示，减震器200能够被设置成为钻柱150的一部分，因此在形状上可以为大致圆柱形并且是细长的。此外，在本发明的一些实施例中，减震器200的直径可以被确定和设置成允许减震器200安装在钻孔中。

尽管图1示出减震器200与顶部液压钻机头110一起使用，但应理解，在不采用这些具体细节的情况下，也能实施和使用减震器200。实际上，通过改进设备和相关的方法，减震器200和相关的使用方法能够被投入使用，并且能够与业内使用的大部分钻掘系统结合使用。例如，尽管下文中的描述集中在与通常用于地基和勘探钻掘中的钻机一同使用减震器200，但是减震器200也能够与用于石油和天然气行业中或任何其他钻掘应用中的钻机一同使用。

实际上，本发明的钻柱减震器200能够与各种类型的钻掘系统一同使用，包括例如使用旋转钻掘、冲击钻掘或声波钻掘的系统。例如，图2示出与潜孔锤(位于钻柱150a内)钻掘系统120一同使用的减震器200，该钻掘系统120由双头钻掘装置116驱动。双头钻掘装置116由滑架部件105a、105b承载，其能够被固定至钻机的桅杆或其他支撑系统，例如图1所示的钻机130的桅杆120。

双头钻掘系统116的前钻机头114能够被耦接至形成钻柱150a的成段的套管140a、140b，其端部可附接有套管钻头162。双头钻掘系统116的后钻机头112能够通过减震器200被耦接至端接有冲击钻头160a的潜孔锤。后钻机头112相对于前钻机头114是可调整的，使得旋转机头112、114能够在相反的旋转方向上作业。这样的相反旋转方向的旋转能够使得精确钻掘成为可能，并且防止在更换杆和套管段140时无意地松开所述杆和套管段140。

使用潜孔锤钻掘系统102进行钻掘能够有效地将冲击动作与旋转结合，以实现快速经济的钻掘。在这样的钻掘作业中，潜孔锤能够通过位于钻孔内的冲击单元(例如通过被压缩的空气)以气动的方式被驱动。该冲击单元能够以往复的方式相对于地层反复驱动冲击头160a。在冲击头160a被撞击式驱动撞击地层的同时，钻机头112能够旋转潜孔锤，以进一步促进钻掘。由于潜孔锤重复的冲击动作，潜孔锤钻掘系统102的部件会暴露在潜在破坏性震动冲击之下。

如在下文中更加详细说明的那样，减震器200能够被设置成从后钻机头112传递使冲击头160a旋转所需要的扭力，同时也吸收由潜孔锤钻掘作业所产生的至少一部分震动和振动。特别地，减震器200能够吸收沿着钻柱150a向上传递的至少一部分震动和振动力，并且减少对双头钻掘装置116以及被固定在减震器200以上的其他设备的损坏。

根据这里的公开应当理解，根据至少一些实施例，本发明的减震器200可用于与潜孔锤钻掘系统以及其他具有冲击单元的系统一同使用，其中该冲击单元被置于减震器200以下，或换句话说，被置于减震器200与钻地工具160之间。

图3至图6以及相应的文字部分示出或描述图1和图2所示出的减震器200的多个细节和特征/使用。例如，图3和图4示出图1和图2所示的减震器200的侧视图和侧截面图。另一方面，图5示出图3所示的减震器200的部件的分解侧透视图。相应地，图6示出图4所示的减震器200的沿着截面线6-6截取的横截面图。

如图3至图5所示，减震器200可包括大致圆柱形壳体202，该壳体包括第一端210以及第二端220。圆柱形壳体202的第一端210可包括驱动法兰290，该驱动法兰用于以机械和/或电的方式被固定至钻机头，如图2所示的示例。根据在此提供的公开应当理解，驱动法兰290能够基于所使用的钻机头的类型而设置。例如，驱动法兰290可包括螺纹连接件，例如美国石油组织(API)螺纹连接件，或其他用于连接至特定旋转驱动器或钻机头的连接件。

图3还示出第二端220可包括输出法兰206，该输出法兰被设置成由驱动法兰290驱动。第一端210能够通过多个紧固件240被固定至第二端220。特别地，第一和第二端210、220的对接表面216、226能够被设置成大体上相互匹配，使得当它们被强迫在一起时，它们形成金属对金属的密封。

此外，如图3所示，以及如在下文中更加详细说明的那样，圆柱形壳体202的第一和第二端210、220的对接表面能够被设置成形成径向联锁接头。由对接表面216、226形成的径向联锁接头能够确保：施加至圆柱形壳体202的第一端210的任何旋转力的即使不是全部也至少一部分被直接传递至圆柱形壳体202的第二端220，而不被传递至多个紧固件240或其他被安置在圆柱形壳体202内的部件。换句话说，由圆柱形壳体202的对接表面216、226形成的径向联锁接头能够帮助确保：当钻机头旋转减震器200时，剪力不施加至多个紧固件240。

如图5所示，圆柱形壳体202能够容纳震动吸收组件252，用于吸收和耗散震动冲击。该震动吸收组件252可包括活塞230，该活塞230包括杆234以及从杆243径向向外延伸的活塞法兰236。活塞杆234能够被设置成固定至钻柱部件，例如潜孔锤、钻杆或钻套管。

图5还示出，震动吸收组件252可包括一个或多个被布置在活塞法兰236任一侧上的震动吸收构件260、262。例如，图5示出，第一震动吸收构件，即上震动吸收构件260能够临近活塞法兰236的上表面设置，而第二震动吸收构件，即下震动吸收构件262能够临近活塞法兰236的下表面设置。

第一和第二震动吸收构件260、262可包括由弹性材料形成的圆盘。例如，在一些实施例中，第一和第二震动吸收构件可包括由天然或合成橡胶材料形成的圆盘。另外，尽管图5示出位于活塞法兰236以上的单个震动吸收构件260，但是减震器200可包括任意数量的震动吸收构件。例如，根据本发明的一些实施例，减震器200可包括被布置在活塞法兰236的任一侧上的多个震动吸收构件260、262。震动吸收构件260、262的总数可不同，以增加或降低减震器200的震动吸收能力。

除了改变震动吸收构件260、262的数量之外，能够改变震动吸收构件260、262的尺寸、形状和/或组分来改变减震器200的震动吸收能力。例如，能够增加震动吸收构件260、262的厚度，以增强减震器200的震动吸收能力。应理解，震动吸收构件的数量和尺寸，以及由此造成的减震器吸收震动冲击的能力能够根据钻掘作业的类型(例如旋转型、冲击型、声波型等)以及被钻掘的材料(岩石、土壤等)而改变。

因此，减震器200能够起作用以吸收和减少被传递至位于减震器200以上的部件的力。特别地，活塞230的杆234能够被耦接至钻柱构件(钻杆、钻套管、潜孔锤等)。当钻柱构件受到由钻地工具穿入地层时产生的冲击或力(包括纵向力和扭力中的一个或两个)，活塞法兰236可被强制朝向大致圆柱形壳体202的第一端210延伸，并且压缩第一震动吸收构件260，从而第一震动吸收构件260吸收该力的至少一部分。此后，活塞法兰236能够被强制压向第二端220，并且压缩第二震动吸收构件262，从而第二震动吸收构件262吸收该力的至少另外一部分。取决于施加至减震器200的力的强度，活塞230以及活塞法兰234能够循环经过压缩和延伸位置若干次，以耗散施加在减震器200上的力的能量。

同样地，如图5所示，震动吸收组件252也可包括一个或多个被布置在活塞法兰236与震动吸收构件260、262之间的圆盘270。所述一个或多个圆盘270能够在活塞法兰236与震动吸收构件260、262之间提供缓冲，并且帮助确保活塞法兰236受到的任何震动被均匀地分布至震动吸收构件260、262。

如上所述，大致圆柱形壳体202的第一和第二端210、220能够通过多个紧固件240被固定在一起。所述多个紧固件也能够将震动吸收组件252的每个部件固定至圆柱形壳体202。特别地，每个震动吸收构件260、262、活塞法兰236、以及一个或多个圆盘270可包括各自的多个孔264、266、232、272，所述多个紧固件240能够延伸通过这些孔。

更具体地，在本发明的一些实施例中，震动吸收构件260、262、活塞法兰236以及一个或多个圆盘270能够通过多个在多个孔264、266、232、272内延伸的衬套250被耦接在一起。多个衬套250能够在多个紧固件240与震动吸收组件252的部件之间提供缓冲，以帮助降低从多个紧固件240施加至震动吸收组件252的部件的磨损和应力。因此，多个套管250能够帮助确保多个紧固件240不直接摩擦震动吸收构件260、262，否则会在震动吸收构件260、262上造成磨损。此外，在本发明的一些实施例中，多个衬套中的每个衬套可包括具有多个层和/或材料的多重衬套。

图4示出组装后形式的减震器200的侧横截面图。如图4所示，多个紧固件240能够从大致圆柱形壳体202的第二端220延伸通过震动吸收构件262、活塞法兰236、圆盘270以及震动吸收构件260，并且进入大致圆柱形壳体202的第一端210，以将这些部件中的各个固定在一起。

此外，图4示出减震器200可包括一个或多个在活塞230与大致圆柱形壳体202之间的密封件或O型环242。根据本发明的一些实施例，密封件可包括一个或多个形成在大致圆柱形壳体202的第一端210内的唇形密封件。相应地，当多个紧固件240被紧固时，能够在大致圆柱形壳体202的第一端210与第二端220之间产生充分的封闭。

如上所述，大致圆柱形壳体202的第一端210和第二端220的对接表面能够被设置成包括径向联锁接头。由对接表面216、226形成的径向联锁接头能够确保施加到圆柱形壳体202的第一端210的旋转力的即使不是全部也至少一部分被直接传至圆柱形壳体202的第二端220，而不传至多个紧固件240或其他被安置在圆柱形壳体202内的部件。因此，由第一和第二端210、220的对接表面216、226形成的径向联锁接头也能够帮助确保：多个紧固件240延伸通过的震动吸收组件252的部件也不受到从钻机头112传递通过减震器200的旋转力的即使不是全部也至少一部分。在下文中描述由对接表面216、226形成的径向联锁接头的其它特征和细节。

图4示出，大致圆柱形壳体202可包括径向壁204，该径向壁在驱动法兰290与输出法兰206之间延伸，并且在震动吸收组件252的部件的四周。如图4所示，径向壁204可包括大致圆柱形壳体202的第一和第二端210、220的对接表面216、226(图3)，因而包括由对接表面216、226限定的径向联锁接头。

此外，如图3和图5所示，大致圆柱形壳体202的第一端210的对接表面226可包括至少一个从大致圆柱形壳体202的第一端210朝向第二端220纵向延伸的凸起部224。类似地，图5示出，大致圆柱形壳体202的第二端220可包括至少一个纵向凹入其中的凹部212。此外，第一端210的至少一个凸起部224能够在尺寸和形状上被设置成在操作上接合第二端220的至少一个凹部212，以将转矩从第一端210直接传递至第二端220，并且至少部分地减少传递至多个紧固件140或震动吸收组件252的部件的在钻掘期间产生的应力。

根据本发明的其它实施例，大致圆柱形壳体202的第二端220的对接表面216可包括至少一个从第二端220朝向第一端210纵向延伸的凸起部214。类似地，图5示出，大致圆柱形壳体202的第一端210可包括至少一个纵向凹入其中的凹部222。此外，第二端220的至少一个凸起部214能够在尺寸和形状上被设置成在操作上接合第一端210的至少一个凹部222，以将转矩从第一端210直接传递至第二端220，并且至少部分地减少传至多个紧固件140或震动吸收组件252的部件的在钻掘期间产生的应力。

实际上，根据本发明的一些实施例，由对接表面216、226形成的径向联锁接头可包括任意数量的凸起部和相应的凹部。例如，根据本发明的一些实施例，对接表面216、226中的每一个可包括四个纵向延伸的凸起部和四个纵向延伸的凹部，被设置成在操作上相互接合，以将转矩从大致圆柱形壳体202的第一端210直接传递至第二端220。因此，如图6所示为穿过由对接表面216、226形成的径向联锁接头截取的钻柱减震器200的横截面图，该径向联锁接头可包括多个来自大致圆柱形壳体202的第一端210和第二端220的径向交替的凸起部214、224。所述径向交替的凸起部214、224能够确定地相互联锁，以将扭力从大致圆柱形壳体202的第一端210直接传递至第二端220，并且减少传递至多个紧固件240的应力。

本发明还包括钻掘以及在钻掘作业期间吸收振动和震动冲击的方法。下文描述使用减震器200(例如如图1至图6所示的减震器)的方法的至少一个实施例，以在钻掘作业期间吸收和耗散振动和震动冲击。当然，基本上而言，本领域技术人员应意识到，根据本发明的一个或多个实施例，能够修改所述具体描述的方法以实施多种钻掘作业。

例如，本发明的至少一个方法包括将工具管柱的一部分耦接至被固定至旋转机头的减震器的动作。在这样的动作中，减震器可包括具有外径向壁的第一壳体构件，所述第一壳体构件的外径向壁包括一个或多个从其纵向延伸的接合构件。减震器也可包括具有外径向壁的第二壳体构件，所述第二壳体构件的外径向壁包括一个或多个纵向凹入其中的凹部。减震器还可包括被布置在所述第一壳体构件与所述第二壳体构件之间的震动吸收组件。

该方法也可包括旋转所述旋转机头以使得所述一个或多个接合构件在操作上接合所述一个或多个凹部从而将转矩从所述第一壳体构件直接传递至所述第二壳体构件的动作。

该方法还可包括旋转所述旋转机头以使得所述一个或多个接合构件在操作上接合所述一个或多个凹部从而减少传递至多个紧固件的应力的动作，所述紧固件将所述第一壳体、所述震动吸收组件以及所述第二壳体构件固定在一起。

相应地，本发明的实施例相比传统减震器能够提供多个不同的优点。例如，本发明的实施例包括钻柱减震器，所述减震器能够吸收振动和震动冲击而不会导致过早的磨损或故障。例如，本发明的实施例包括减震器，所述减震器被设置成直接在大致圆柱形壳体的端之间传递旋转振动和扭力，并且减少被施加至位于圆柱形壳体内的震动吸收系统的应力。

应理解，本发明的实施例也能够为了其它优点而利用本发明范围内的数个不同类型的变型而得以被广泛采用。例如，本发明的减震器200不必被固定在钻机头与钻柱的部件之间。在本发明的其它实施例中，减震器200能够被固定在相邻构件或钻柱的部件之间。

因此可在不脱离本发明的精神或其实质特征的情况下，以其他特定形式实施本发明。所描述的实施例被认为在各方面仅为说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述内容限定。在权利要求的含义和等效范围内的所有变化都包括在其范围内。

Claims (21)

1.一种用于减少钻掘作业期间在钻柱中产生的振动和震动的装置，包括：

大致圆柱形壳体，包括由径向联锁接头耦接在一起的第一端和第二端，该径向联锁接头由所述第一端和所述第二端的对接表面形成；以及

震动吸收组件，布置在所述大致圆柱形壳体内，用于吸收和耗散震动冲击。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述对接表面形成包围和围住所述震动吸收组件的外径向壁的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括至少一个从所述大致圆柱形壳体的所述第一端纵向延伸进入至少一个纵向凹入所述大致圆柱形壳体的所述第二端中的凹部的凸起部。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括至少一个从所述大致圆柱形壳体的所述第二端纵向延伸进入至少一个纵向凹入所述大致圆柱形壳体的所述第一端中的凹部的凸起部。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述震动吸收组件包括布置在两个弹性圆盘之间的活塞。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述活塞包括置于所述弹性圆盘之间的径向延伸的法兰，所述法兰用于将力传递至所述弹性圆盘。

7.一种钻柱减震器，包括：

第一壳体构件，用于被耦接至旋转驱动器；

第二壳体构件，用于被耦接至钻柱；

震动吸收组件，被纵向布置在所述第一壳体构件与所述第二壳体构件之间；

多个紧固件，从所述第二壳体构件延伸通过所述震动吸收组件并且进入所述第一壳体构件；以及

多个由所述第一壳体构件和所述第二壳体构件的对接表面形成的径向联锁构件，所述径向联锁构件用于将转矩从所述第一壳体构件直接传递至所述第二壳体构件，并且减少所述多个紧固件受到的应力。

8.根据权利要求7所述的钻柱减震器，其中，所述第一壳体构件包括用于被耦接至旋转驱动器的驱动法兰，并且所述第二壳体构件包括输出法兰。

9.根据权利要求8所述的钻柱减震器，其中，由所述对接表面形成的所述多个径向联锁构件包括在所述驱动法兰与所述输出法兰之间延伸的外径向壁。

10.根据权利要求8所述的钻柱减震器，还包括多个紧固件衬套，所述紧固件衬套在所述驱动法兰与所述输出法兰之间延伸并且穿过形成在所述震动吸收组件中的多个孔，其中，所述多个紧固件被安置在所述多个紧固件衬套内。

11.根据权利要求7所述的钻柱减震器，其中，所述多个径向联锁构件包括多个凸起部，所述多个凸起部从所述第二壳体构件纵向延伸进入多个凹部，所述多个凹部被纵向形成在所述第一壳体构件中。

12.一种钻柱减震器，包括：

第一法兰，包括从所述第一法兰的外径向壁纵向伸出的至少一个接合构件；

第二法兰，包括纵向凹入所述第二法兰的外径向壁中的至少一个凹部，所述第二法兰的所述至少一个凹部用于在操作上接合所述第一法兰的所述至少一个接合构件，并且将转矩从所述第一法兰直接传递至所述第二法兰；

活塞，包括布置在所述第一法兰与所述第二法兰之间的活塞法兰；

至少一个第一震动吸收构件，被布置在所述第一法兰与所述活塞法兰之间；以及

至少一个第二震动吸收构件，被布置在所述活塞法兰与所述第二法兰之间。

13.根据权利要求12所述的钻柱减震器，还包括多个紧固件，用于将所述第一法兰固定至所述第二法兰。

14.根据权利要求13所述的钻柱减震器，其中，所述至少一个接合构件用于在操作上接合所述至少一个凹部，以使更少的施加于所述第一法兰的应力被传递至所述多个紧固件，并且将施加于所述第一法兰的转矩的至少一部分直接传递至所述第二法兰。

15.根据权利要求13所述的钻柱减震器，其中，所述多个紧固件延伸通过形成在所述活塞法兰、第二震动吸收构件以及第一震动吸收构件内的多个孔。

16.一种钻掘系统，包括：

工具管柱，包括多个管状构件；

钻地工具，被固定至所述工具管柱的第一端；

旋转机头，被耦接至所述工具管柱的第二端，所述旋转机头被设置成旋转所述工具管柱；以及

减震器，被固定在所述旋转机头与所述工具管柱之间，所述减震器包括：

圆柱形壳体，包括由径向联锁接头耦接在一起的第一端和第二端，所述径向联锁接头由所述第一端和所述第二端的对接表面形成；以及

震动吸收组件，布置在所述圆柱形壳体内，用于吸收和耗散震动冲击。

17.根据权利要求16所述的钻掘系统，其中，所述工具管柱包括潜孔锤。

18.根据权利要求16所述的钻掘系统，其中，所述旋转机头包括双头旋钻系统。

19.一种在钻掘作业期间吸收振动和震动冲击的方法，包括：

将工具管柱的一部分耦接至被固定到旋转机头的减震器，所述减震器包括：

第一壳体构件，包括外径向壁，该第一壳体构件的外径向壁包括一个或多个从其纵向延伸的接合构件；

第二壳体构件，包括外径向壁，该第二壳体构件的外径向壁包括一个或多个纵向凹入其中的凹部；以及

震动吸收组件，被布置在所述第一壳体构件与所述第二壳体构件之间；

旋转所述旋转机头，以使得所述一个或多个接合构件在操作上接合所述一个或多个凹部，从而将转矩从所述第一壳体构件直接传递至所述第二壳体构件。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括旋转所述旋转机头以使得所述一个或多个接合构件在操作上接合所述一个或多个凹部，从而减少传递至多个紧固件的应力，所述多个紧固件将所述第一壳体构件、所述震动吸收组件以及所述第二壳体构件固定在一起。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述将工具管柱的一部分耦接至被固定到旋转机头的减震器的步骤包括将所述工具管柱的潜孔锤耦接至所述第二壳体构件。

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