CN106438808A - 一种井下钻具颗粒阻尼减振器 - Google Patents

一种井下钻具颗粒阻尼减振器 Download PDF

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CN106438808A CN201611012639.7A CN201611012639A CN106438808A CN 106438808 A CN106438808 A CN 106438808A CN 201611012639 A CN201611012639 A CN 201611012639A CN 106438808 A CN106438808 A CN 106438808A
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张先勇
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/01—Vibration-dampers; Shock-absorbers using friction between loose particles, e.g. sand
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Abstract

本发明涉及一种减振器；具体涉及一种井下钻具颗粒阻尼减振器，包括中心管、上接头、锁紧螺母、内管和下接头，中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端螺纹安装有下接头，中心管内设置有内管，内管的一端延伸至下接头内，内管的另一端延伸至上接头内，延伸至上接头的内管端头通过锁紧螺母与上接头螺纹连接；内管与中心管之间的腔室内填装有阻尼颗粒。本发明工作过程中，井下钻柱的振动传递到所述该阻尼减振器时，腔体内的阻尼颗粒之间以及阻尼颗粒与腔体壁面之间的相互碰撞和摩擦起到消耗能量的作用，达到减振效果；同时颗粒还受到离心力和重力的作用，能进一步发挥其碰撞和摩擦耗能的作用；从而大大减少了下部钻具的振动能量传递到钻杆上。

Description

一种井下钻具颗粒阻尼减振器
技术领域
本发明涉及一种减振器；具体涉及一种井下钻具颗粒阻尼减振器。
背景技术
油气井钻井施工过程中，钻具振动一直是很突出的一大问题。钻具振动有时会给施工带来较大影响和危害，主要表现在：影响钻速、钻头和钻具过早磨损或损坏、造成BHA（井下钻具组合）功能失效或故障、干扰井下仪器正常工作甚至对仪器造成损伤等。目前解决井下钻具振动问题的措施主要有两大类：一是通过调整施工工艺参数（如钻井泥浆性能、钻速等）降低钻具振动，属于主动减振；二是通过在井下安装各种减振装置来降低钻具振动产生的影响，属于被动减振。在钻井施工中，工艺参数受到很多条件的制约，有时很难兼顾到减振问题，而且效果也不明显。现有的井下减振装置主要为机械式（依靠弹性元件）减振和液压式减振，这类装置在使用中受井下温度、压力等恶劣环境影响较大，寿命较短、可靠性不高、而且结构一般较复杂、效果也并不理想。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、可靠性高、安装位置灵活、使用方便，寿命长，可有效降低油气井钻井施工中钻具振动的危害，且减振效果不受井下恶劣条件影响的井下钻具颗粒阻尼减振器。
本发明的技术方案是：
一种井下钻具颗粒阻尼减振器，包括中心管、上接头、锁紧螺母、内管和下接头，其特征在于：中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端螺纹安装有下接头，中心管内设置有内管，内管的一端延伸至下接头内，内管的另一端延伸至上接头内，延伸至上接头的内管端头通过锁紧螺母与上接头螺纹连接；内管与中心管之间的腔室内填装有阻尼颗粒。
所述的上接头与内管之间和下接头与内管之间分别设置有石墨编制填料。
所述的阻尼颗粒为球形颗粒或椭球型颗粒，粒径范围为1mm-5mm，阻尼颗粒可以为单一粒径，也可为多配级粒径。
所述的阻尼颗粒为吸振性好的金属材料、非金属材料或复合材料。
所述的阻尼颗粒为球墨铸铁、高韧性陶瓷、铁基复合材料中的一种。
本发明的有益效果在于：
该井下钻具颗粒阻尼减振器在井下的安装位置非常灵活，可以直接和钻头相连接；也可以连接在钻铤与钻铤之间；还可与井下钻具组合配合使用，串联在钻具组合中；同时还有一种用途是在井下随钻仪器的上下端各连接一个井下钻具颗粒阻尼减振器，对随钻仪器起到保护作用，工作过程中，井下钻柱的振动传递到所述该阻尼减振器时，腔体内的阻尼颗粒之间以及阻尼颗粒与腔体壁面之间的相互碰撞和摩擦起到消耗能量的作用，达到减振效果；同时颗粒还受到离心力和重力的作用，能进一步发挥其碰撞和摩擦耗能的作用；从而大大减少了下部钻具的振动能量传递到钻杆上。
附图说明
图1 为本发明的剖视结构示意图；
图2 为本发明的安装方式1的示意图；
图3为本发明的安装方式2的示意图；
图4 为本发明的安装方式3的示意图。
图中：1、上接头，2、锁紧螺母，3、，4、内管，5、中心管，6、阻尼颗粒，7、下接头。
具体实施方式
该井下钻具颗粒阻尼减振器包括中心管5、上接头1、锁紧螺母2、内管4和下接头7。中心管5的一端螺纹安装有上接头1，中心管5的另一端螺纹安装有下接头7，中心管5内设置有内管4，内管4的一端延伸至下接头7内，内管4的另一端延伸至上接头1内，延伸至上接头1的内管4端头通过锁紧螺母2与上接头1螺纹连接；由此在内管4与中心管5之间构成一个密闭的腔室，内管4与中心管5之间形成的腔室内填装有阻尼颗粒6；阻尼颗粒6在腔室内的填充率范围为70%—90%。腔室内阻尼颗粒6的颗粒之间以及颗粒与腔室壁面之间的相互碰撞和摩擦起到消耗能量的作用，达到减振效果；同时颗粒还受到离心力和重力的作用，能进一步发挥其碰撞和摩擦耗能的作用。
阻尼颗粒6在腔室内的填充率通过称重法来控制，即通过几何尺寸计算出由内管4、中心管5、上接头1以及下接头7构成的有效密闭腔体的体积，然后按填充率计算需填充体积，该填充体积乘上阻尼颗粒6的密度即为需填充的阻尼颗粒6总质量。
阻尼颗粒6为球形颗粒或椭球型颗粒，粒径范围为1mm-5mm，阻尼颗粒可以为单一粒径，也可为多配级粒径。阻尼颗粒6材质为吸振性好的金属材料、非金属材料或复合材料，金属材料如球墨铸铁、非金属材料如高韧性陶瓷、复合材料如铁基复合材料等。
该阻尼减振器的上接头与内管4之间和下接头7与内管4之间分别设置有石墨编制填料3，以对腔室进行密封。
该阻尼减振器使用时，通过上接头1和下接头7分别与井下钻柱连接，以传递作用力和扭矩。
该阻尼减振器可以直接和钻头相连接；也可以连接在钻铤与钻铤之间；还可与井下钻具组合配合使用，串联在钻具组合中；同时还有一种用途是在井下随钻仪器的上下端各连接一个井下钻具颗粒阻尼减振器，对随钻仪器起到保护作用。
具体安装方式1：
如图2所示，至上而下分别为钻铤1A、井下钻具颗粒阻尼减振器2A、转换接头3A和钻头4A。井下钻具颗粒阻尼减振器2A通过转换接头3A直接与下部钻头4A相连，钻头4A破岩产生的振动能量通过井下钻具颗粒阻尼减振器2A向上传递是被部分吸收而消耗，从而有效减小来至钻头4A的振动向上传递。
具体安装方式2：
如图3所示，至上而下分别为钻铤1B、井下钻具颗粒阻尼减振器2B、随钻仪器3B、井下钻具颗粒阻尼减振器4B和钻挺5B。井下安装有随钻仪器3B时，有害的振动会干扰随钻仪器3B正常工作甚至产生破坏作用，因此可在随钻仪器3B的上、下端各安装井下钻具颗粒阻尼减振器2B和4B，从而有效降低上、下钻具的振动传递到随钻仪器3B，从而对随钻仪器3B起到保护作用。
具体安装方式3：
如图4所示，至上而下分别为钻杆/钻铤与井下钻具颗粒阻尼减振器交替安装。钻杆1C与井下钻具颗粒阻尼减振2C相连，井下钻具颗粒阻尼减振6C与钻铤7C相连，与井下钻具颗粒阻尼减振4C相连的钻柱3C、5C可以是钻杆、也可以是钻铤。来至下部钻具的振动，经过图4所示的安装示例后，振动被交替安装的井下钻具颗粒阻尼减振器6C、4C、2C吸收，从而大大减少了下部钻具的振动能量传递到钻杆上。

Claims (5)

1.一种井下钻具颗粒阻尼减振器，包括中心管（5）、上接头（1）、锁紧螺母（2）、内管（4）和下接头（7），其特征在于：（5）中心管的一端螺纹安装有上接头（1），中心管（5）的另一端螺纹安装有下接头（7），中心管（5）内设置有内管（4），内管（4）的一端延伸至下接头（7）内，内管（4）的另一端延伸至上接头（1）内，延伸至上接头（1）的内管（4）端头通过锁紧螺母（2）与上接头（1）螺纹连接；内管（4）与中心管（5）之间填装有阻尼颗粒（6）。
2.根据权利要求1所述的一种井下钻具颗粒阻尼减振器，其特征在于：所述的上接头（1）与内管（4）之间和下接头（7）与内管（4）之间分别设置有石墨编制填料（3）。
3.根据权利要求1所述的一种井下钻具颗粒阻尼减振器，其特征在于：所述的阻尼颗粒（6）为球形颗粒或椭球型颗粒，粒径范围为1mm-5mm，阻尼颗粒（6）可以为单一粒径，也可为多配级粒径。
4.根据权利要求1所述的一种井下钻具颗粒阻尼减振器，其特征在于：所述的阻尼颗粒（6）为吸振性好的金属材料、非金属材料或复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种井下钻具颗粒阻尼减振器，其特征在于：所述的阻尼颗粒（6）为球墨铸铁、高韧性陶瓷、铁基复合材料中的一种。
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