CN107218017B - 射孔双向减震器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种射孔双向减震器，包括内腔轴向贯通的外套筒，所述外套筒的顶部密封固定连接有能与上部管柱密封连通的上接头，外套筒的底部密封滑动套设有能与下部管柱密封连通的下接头，所述外套筒内同轴套设有内腔轴向贯通的中心管，所述中心管的顶端能密封连接地固定于所述上接头内，所述下接头能密封滑动地套设于所述中心管的底端；所述下接头的顶部抵靠连接有滑动套设于所述中心管上、且能上下伸缩双向缓冲的橡胶弹簧组合减震单元，所述橡胶弹簧组合减震单元的顶部抵靠连接有能沿轴向双向缓冲的液压减震单元。该减震器能实现对射孔管柱的双向减震，吸收射孔时下部管柱震动能量，改善对射孔管柱的减震效果，提高施工安全性。
Description
技术领域
本发明涉及石油射孔技术领域，尤其涉及一种射孔双向减震器。
背景技术
射孔是石油勘探与开发系统工程中极其重要的一项技术，射孔完井是目前国内外使用最为广泛的完井方法。射孔技术是指将射孔专用仪器设备输送到井下预定位置，对准目的层引爆射孔器，聚能射孔弹被导爆索引爆后，爆轰波以7000-8000米/秒向前传播，产生高压冲击波，从而穿透套管、水泥环进入地层，形成一个孔道，构成目的层至套管内连通的一项技术。目前国内外射孔技术大致分为以下几方面：①以追求油气产能为主要目的的高效射孔完井技术，如聚能射孔技术、复合射孔技术等；②以保护油气层、完善和提高射孔完井效果为主要目的的射孔工艺技术，如负压射孔工艺技术、动态负压射孔工艺技术、超正压射孔工艺技术、定方位射孔工艺技术等；③以提高作业效率为主要目的的一体化组合作业工艺，包括提高测试资料真实性的射孔与测试联作工艺、射孔与酸化、射孔与压裂等措施联作工艺等，④以提高作业安全性和效果为主要目的的管柱安全性设计、施工优化设计、智能定向射孔、射孔施工过程监测和诊断等；⑤以恢复油气井产能、延长使用寿命为目的的增产措施，如射爆联作增产技术和爆燃压裂增产技术等。而目前以提高作业效率为主要目的的一体化组合作业工艺测试联作工艺技术用得最为广泛，在射孔的同时进行地层测试,一次下井可以完成油管输送射孔和地层测试两项作业。同时由于测试在较理想的负压或超正压条件下同步进行,从而可以获得在动态条件下的地层和流体的多种特性参数,因此在各大油田得到广泛应用。由于射孔和测试是一体化作业，因此射孔管柱在下井的同时也带下了一些精密的测试仪器以及必要的封隔器。当射孔管柱到达预定位置时，开始进行射孔作业，由于射孔时将产生强大的爆轰波，将对管柱产生强烈的震动，对测试仪器造成损坏，严重的会造成管柱的断裂，造成严重的井下事故，最终无法准确地射孔与测试，对油田的生产造成损失。因此，为了避免上述情况的出现，需要在射孔管柱中连接减震器，以此来保护整个管柱的安全，确保射孔和测试的顺利进行。
现有减震器大多是单一的弹簧或弹簧橡胶减震方式，该类减震器一般是单向减震，由于爆轰波发生时冲击力大且动态变化，该类减震器在减震过程中的减震阻尼力无法相应变化，且爆轰波消失后，减震器下部管柱回落时减震器的减震一般是橡胶或弹簧等单一的减震方式，容易造成弹簧断裂，从而影响减震器的减震效果。还有一种电磁减震器，该类减震器成本较高，且需要向井下下入电缆，增大了实施难度且减震效果不稳定。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种射孔双向减震器，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射孔双向减震器，克服现有技术的不足，该减震器能实现对射孔管柱的双向减震，吸收射孔时下部管柱震动能量，改善对射孔管柱的减震效果，提高施工安全性。
本发明的目的是这样实现的，一种射孔双向减震器，包括内腔轴向贯通的外套筒，所述外套筒的顶部密封固定连接有能与上部管柱密封连通的上接头，所述外套筒的底部密封滑动套设有能与下部管柱密封连通的下接头，所述外套筒内同轴套设有内腔轴向贯通的中心管，所述中心管的顶端能密封连接地固定于所述上接头内，所述下接头能密封滑动地套设于所述中心管的底端；所述下接头的顶部抵靠连接有滑动套设于所述中心管上、且能上下伸缩双向缓冲的橡胶弹簧组合减震单元，所述橡胶弹簧组合减震单元的顶部抵靠连接有能沿轴向双向缓冲的液压减震单元。
在本发明的一较佳实施方式中，所述液压减震单元包括密封滑动套设在所述中心管上的橡胶封堵结构，所述橡胶弹簧组合减震单元的顶部与所述橡胶封堵结构的底部抵靠连接，所述橡胶封堵结构的外壁能密封滑动抵靠于所述外套筒的内壁上；所述橡胶封堵结构的顶部固定连接有向上延伸设置、且密封滑动套设于所述中心管上的活塞杆，所述活塞杆向上密封滑动穿设通过一密封固定套设于所述外套筒的内壁上的油封结构，所述活塞杆的顶部固定连接有密封滑动套设于所述中心管上的活塞阀结构，所述活塞阀结构的外壁能密封滑动抵靠于所述外套筒的内壁上，所述上接头的下方呈轴向间隔地设置有密封固定套设于所述中心管上的顶阀结构，所述顶阀结构的外壁密封固定连接于所述外套筒的内壁上，所述上接头与所述顶阀结构之间构成储油腔，所述顶阀结构和所述活塞阀结构之间构成上阻尼油腔，所述活塞阀结构和所述油封结构之间构成下阻尼油腔，所述上阻尼油腔和所述下阻尼油腔内注有阻尼油，所述顶阀结构上设置有能连通所述储油腔和所述上阻尼油腔的第一阻尼油通道，所述活塞阀结构上设置有能连通所述上阻尼油腔和所述下阻尼油腔的第二阻尼油通道。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外套筒的侧壁上、位于所述油封结构和所述橡胶封堵结构之间的位置设置有环形內凸部，所述中心管的侧壁上、与所述环形內凸部相对的位置设置有环形外凸部，所述环形內凸部与所述环形外凸部之间构成橡胶封堵结构的环空缩径部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞阀结构包括密封滑动套设于所述中心管上的活塞体，所述活塞体的外壁能密封滑动抵靠于所述外套筒的内壁上，所述活塞体上沿周向间隔设置多个所述第二阻尼油通道，所述活塞体的上方抵靠设置有滑动套设于所述中心管上的第一调节片，所述第一调节片的上方抵靠设置有滑动套设于所述中心管上的第一垫圈，所述第一垫圈的上方抵靠设置有套设于所述中心管上、且能将所述活塞阀结构轴向固定于所述活塞杆上方的上螺母；所述活塞体和所述活塞杆之间抵靠设置有滑动套设于所述中心管上的第二垫圈。
在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞体上位于所述第二阻尼油通道的径向内侧设置有贯通的第一补充过油孔，所述活塞体和所述第一调节片之间抵靠设置有套设于所述中心管上、能覆盖所述第一补充过油孔的且径向外缘能被阻尼油顶抵上翘的第一节流片，所述活塞体和所述第二垫圈之间抵靠设置有套设于所述中心管上、且径向外缘能被阻尼油顶抵下翘的第二节流片。
在本发明的一较佳实施方式中，所述顶阀结构包括密封固定套设于所述中心管上的顶阀阀座，所述顶阀阀座的外壁密封固定连接于所述外套筒的内壁上，所述顶阀阀座上设置所述第一阻尼油通道，所述顶阀阀座的下方抵靠连接有套设于所述中心管上的通液片，所述顶阀阀座的上方抵靠设置有套设于所述中心管上的第二调节片，所述第二调节片的上方抵靠设置有套设于所述中心管上的第三垫圈，所述第三垫圈的上方抵靠设置有套设于所述中心管上、且能将所述第二调节片、所述第三垫圈轴向固定于所述顶阀阀座上方的固定环板。
在本发明的一较佳实施方式中，所述顶阀阀座上位于所述第一阻尼油通道的径向内侧设置有第二补充过油孔，所述顶阀阀座和所述第二调节片之间抵靠设置有套设于所述中心管上、且径向外缘能被阻尼油顶抵上翘的第三节流片。
在本发明的一较佳实施方式中，所述油封结构包括夹布Y型油封圈，所述夹布Y型油封圈的外壁密封固定套设于所述外套筒的内壁上，所述活塞杆向上密封滑动穿设通过所述夹布Y型油封圈，所述夹布Y型油封圈的下方抵靠连接有缓冲垫。
在本发明的一较佳实施方式中，所述橡胶弹簧组合减震单元包括套设于所述中心管上的多个缓冲弹簧和多个缓冲橡胶筒，多个所述缓冲弹簧和多个所述缓冲橡胶筒沿轴向交错串接设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述下接头的顶部固定连接有滑动套设于所述中心管上的滑动轴，所述滑动轴的顶端与所述橡胶弹簧组合减震单元的底部固定连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动轴的外壁下部设置有直径增大的环形台阶部，所述外套筒的内壁上位于所述环形台阶部的上方、与所述环形台阶部呈第一间隔地设置有上剪切销钉，所述外套筒的内壁上位于所述环形台阶部的下方、与所述环形台阶部呈第二间隔地设置有下剪切销钉，所述环形台阶部能移动切断所述上剪切销钉和所述下剪切销钉。
在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动轴的外壁上设置有第一弹性簧片组，所述外套筒的内壁上设置有能与所述第一弹性簧片组沿径向弹性抵靠的第二弹性簧片组。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外套筒包括圆筒本体，所述圆筒本体的顶部通过螺纹密封连接所述上接头，所述圆筒本体的底部设置有底端盖，所述底端盖上设置有轴向贯通的底端盖通孔，所述下接头包括连接本体，所述连接本体的直径尺寸大于所述底端盖通孔的直径尺寸，所述连接本体的顶部设有向上延伸设置的、直径减小的凸柱部，所述凸柱部密封滑动套设于所述底端盖通孔内，所述连接本体的下方密封连接下部管柱。
由上所述，本发明提供的射孔双向减震器具有如下有益效果：
(1)本发明的射孔双向减震器中的橡胶弹簧组合减震单元和液压减震单元均能够上下往复移动，实现射孔双向减震器的双向减震；橡胶弹簧组合减震单元能有效减弱射孔瞬间的下部管柱穿递而来的冲击力，减少振幅振频，同时液压减震单元能通过液压系统的往复运动明显的吸收耗散冲击能量，组合式的减震方式使射孔管柱快速稳定，避免对上部管柱上的井下测试仪器、封隔器造成损伤，改善对射孔管柱的减震效果，提高施工安全性；
(2)本发明的射孔双向减震器中，瞬间冲击力能被橡胶弹簧组合减震单元和液压减震单元分解减弱，橡胶弹簧组合减震单元和液压减震单元均能够多次重复使用，适应能力强；
(3)本发明的射孔双向减震器中设置环空缩径部，橡胶封堵结构上移通过环空缩径部时受到径向挤压，橡胶封堵结构与环空缩径部的侧壁之间的摩擦使射孔冲击造成的橡胶封堵结构移动缓慢，进而将射孔冲击能量进一步减弱，起到减震缓冲的作用；
(4)本发明的射孔双向减震器的橡胶弹簧组合减震单元通过低刚度高阻尼的橡胶隔震和高刚度弹簧吸震，缓冲橡胶筒和缓冲弹簧交替串联能有效减弱射孔瞬间的冲击力，减少振幅振频。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的射孔双向减震器的结构示意图。
图2：为本发明的活塞阀结构的示意图。
图3：为本发明的第一节流片的示意图。
图4：为本发明的顶阀结构的示意图。
图5：为本发明的顶阀阀座的示意图。
图6：为本发明的通液片的示意图。
图中：
100、射孔双向减震器；
1、外套筒；
11、圆筒本体；12、底端盖；13、环形內凸部；14、第二弹性簧片组；
2、中心管；
21、环形外凸部；
3、橡胶弹簧组合减震单元；
31、缓冲弹簧；32、缓冲橡胶筒；
4、液压减震单元；
401、储油腔；402、上阻尼油腔；403、下阻尼油腔；
41、橡胶封堵结构；
42、活塞杆；421、活塞上过孔；422、活塞下过孔；
43、油封结构；431、夹布Y型油封圈；432、缓冲垫；
44、活塞阀结构；441、第二阻尼油通道；442、活塞体；4421、第一补充过油孔；443、第一节流片；444、第一调节片；445、第一垫圈；446、上螺母；447、第二节流片；448、第二垫圈；
45、顶阀结构；451、第一阻尼油通道；452、顶阀阀座；4521、第二补充过油孔；453、通液片；454、第三节流片；455、第二调节片；456、第三垫圈；457、固定环板；
51、滑动轴；52、环形台阶部；53、上剪切销钉；54、下剪切销钉；55、第一弹性簧片组；
8、上接头；
9、下接头；
91、连接本体；92、凸柱部。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1至图6所示，本发明提供的一种射孔双向减震器100，包括内腔轴向贯通的外套筒1，外套筒1的顶部密封固定连接有能与上部管柱(射孔管柱被射孔双向减震器分隔为上部管柱和下部管柱两部分，上部管柱上串接有封隔器及井下测试仪器等)密封连通的上接头8，外套筒1的底部密封滑动套设有能与下部管柱密封连通的下接头9，在本实施方式中，上接头8的内壁顶部设置有用于连接上部管柱的内锥螺纹部，下接头9的外壁底部设置有用于连接下部管柱的外锥螺纹部，锥螺纹能够保证连接密封性和稳定性；在本实施方式中，外套筒1包括圆筒本体11，圆筒本体11的顶部通过螺纹密封连接上接头8，圆筒本体11的底部设置有底端盖12，底端盖12上设置有轴向贯通的底端盖通孔，下接头9包括连接本体91，连接本体91的直径尺寸大于底端盖通孔的直径尺寸，以有效地实现下接头9向上运动时的轴向限位，连接本体91的顶部设有向上延伸设置的、直径减小的凸柱部92，凸柱部92密封滑动套设于底端盖通孔内，连接本体91的下方密封连接下部管柱。外套筒1内同轴套设有内腔轴向贯通的中心管2，中心管2的顶端能密封连接地固定于上接头8内，下接头9能密封滑动地套设于中心管2的底端；下接头9的顶部抵靠连接有滑动套设于中心管2上、且能上下伸缩双向缓冲的橡胶弹簧组合减震单元3，橡胶弹簧组合减震单元3的顶部抵靠连接有能沿轴向(外套筒1的中心轴方向，即上下方向)双向缓冲的液压减震单元4。射孔时爆轰的开始瞬间冲击力大，橡胶弹簧组合减震单元3能将大能量的一次冲击变为小能量的多次冲击，液压减震单元4能将小能量冲击的次数减少，并且射孔双向减震器100的阻尼力会随着冲击力的大小变化。爆轰初期，冲击力大，阻尼力较大，压缩行程较大，随着在压缩拉伸中冲击能量耗散，阻尼力及压缩行程相应减少。本发明的射孔双向减震器100中的橡胶弹簧组合减震单元3和液压减震单元4均能够上下往复移动，实现射孔双向减震器100的双向减震；橡胶弹簧组合减震单元3能有效减弱射孔瞬间的下部管柱穿递而来的冲击力，减少振幅振频，同时液压减震单元4能通过液压系统的往复运动明显的吸收耗散冲击能量，组合式的减震方式使射孔管柱快速稳定，避免对上部管柱上的井下测试仪器、封隔器造成损伤，改善对射孔管柱的减震效果，提高施工安全性；同时，由于瞬间冲击力能被分解减弱，射孔双向减震器100内的橡胶弹簧组合减震单元3和液压减震单元4均能够多次重复使用，适应能力强。
进一步，如图1所示，液压减震单元4包括密封滑动套设在中心管2上的橡胶封堵结构41，橡胶弹簧组合减震单元3的顶部与橡胶封堵结构41的底部抵靠连接，橡胶封堵结构41的外壁能密封滑动抵靠于外套筒1的内壁上；橡胶封堵结构41的顶部固定连接有向上延伸设置、且密封滑动套设于中心管2上的活塞杆42，活塞杆42向上密封滑动穿设通过一密封固定套设于外套筒1的内壁上的油封结构43，活塞杆42的顶部固定连接有密封滑动套设于中心管2上的活塞阀结构44，活塞阀结构44的外壁能密封滑动抵靠于外套筒1的内壁上，上接头8的下方呈轴向间隔地设置有密封固定套设于中心管2上的顶阀结构45，顶阀结构45的外壁密封固定连接于外套筒1的内壁上，上接头8与顶阀结构45之间构成储油腔401，顶阀结构45和活塞阀结构44之间构成上阻尼油腔402，活塞阀结构44和油封结构43之间构成下阻尼油腔403，上阻尼油腔402和下阻尼油腔403内注有阻尼油，阻尼油也称为阻力油或减震油，阻尼油适用于有缓冲、密封需求的场合，在本实施方式中，为了避免阻尼油的粘度受到温度影响，阻尼油中加入SiC、Al2O3等纳米材料；顶阀结构45上设置有能连通储油腔401和上阻尼油腔402的第一阻尼油通道451，活塞阀结构44上设置有能连通上阻尼油腔402和下阻尼油腔403的第二阻尼油通道441。当射孔时下部管柱受到向上的冲击力时，向上的冲击力作用在下接头9上，下接头9在该作用力的作用下沿外套筒1向上滑动，下接头9上移同时推动橡胶弹簧组合减震单元3上移，橡胶弹簧组合减震单元3能将瞬时较大的冲击力分解减弱，减弱后的向上的冲击力推动橡胶封堵结构41、活塞杆42及活塞阀结构44上移，上阻尼油腔402内的一部分阻尼油通过第二阻尼油通道441进入下阻尼油腔403，由于上阻尼油腔402为无杆腔，下阻尼油腔403为有杆腔，对应同一移动距离时，有杆腔改变的容积小于无杆腔的容积，因此有一部分阻尼油通过第一阻尼油通道451进入储油腔401；当射孔时下部管柱受到向下的冲击力时，向下的冲击力作用在下接头9上，下接头9在该作用力的作用下沿外套筒1向下滑动，下接头9下移同时拉动橡胶弹簧组合减震单元3下移，橡胶弹簧组合减震单元3能将瞬时较大的冲击力分解减弱，减弱后的向下的冲击力拉动橡胶封堵结构41、活塞杆42及活塞阀结构44上移，下阻尼油腔403内的阻尼油通过第二阻尼油通道441进入上阻尼油腔402，由于上阻尼油腔402为无杆腔，下阻尼油腔403为有杆腔，对应同一移动距离时，有杆腔改变的容积小于无杆腔的容积，因此有一部分阻尼油通过第一阻尼油通道451从储油腔401中回流至上阻尼油腔402。液压减震单元4通过活塞杆42的移动带动阻尼油的流动，由于阻尼油的特性，通过阻尼运动有效地耗散冲击波能量，减震效果较好。
进一步，如图1所示，外套筒1的侧壁上、位于油封结构43和橡胶封堵结构41之间的位置设置有环形內凸部13，中心管2的侧壁上、与环形內凸部13相对的位置设置有环形外凸部21，环形內凸部13与环形外凸部21之间构成橡胶封堵结构41的环空缩径部，活塞杆42的上部中心处设置有与中心管2密封滑动配合的活塞上过孔421，活塞上过孔421的下方连通有直径增大的、用以套设环形外凸部21的活塞下过孔422，活塞下过孔422的长度大于环形外凸部21的长度，具体尺寸应根据满足冲击时活塞杆42下移需求进行确定。当射孔时下部管柱受到向上的冲击力时，向上的冲击力作用在下接头9上，下接头9在该作用力的作用下沿外套筒1向上滑动，下接头9上移同时推动橡胶弹簧组合减震单元3上移，橡胶弹簧组合减震单元3能将瞬时较大的冲击力分解减弱，减弱后的向上的冲击力推动橡胶封堵结构41上移。橡胶封堵结构41上移通过环空缩径部时，受到径向挤压，使射孔冲击造成的橡胶封堵结构41移动缓慢，进而将射孔冲击能量进一步减弱，起到减震缓冲的作用。
进一步，如图2、图3所示，在本实施方式中，活塞阀结构44包括密封滑动套设于中心管2上的活塞体442，活塞体442的外壁能密封滑动抵靠于外套筒1的内壁上，活塞体442上沿周向间隔设置多个前述的第二阻尼油通道441，活塞体442的上方抵靠设置有滑动套设于中心管2上的第一调节片444，第一调节片444的上方抵靠设置有滑动套设于中心管2上的第一垫圈445，第一垫圈445的上方抵靠设置有套设于中心管2上、且能将活塞阀结构44轴向固定于活塞杆42上方的上螺母446，第一调节片444的片数及厚度根据实际生产需要调整，第一垫圈445用于上螺母446与第一调节片444及其下方零件的轴向连接缓冲；活塞体442和活塞杆42之间抵靠设置滑动套设于中心管2上的第二垫圈448，第二垫圈448用于活塞杆42顶部与其上方零件的轴向连接缓冲。为了加快冲击力较大时阻尼油的流通，活塞体442上位于第二阻尼油通道441的径向内侧设置有贯通的第一补充过油孔4421，活塞体442和第一调节片444之间抵靠设置有套设于中心管2上、能覆盖第一补充过油孔4421的且径向外缘能被阻尼油顶抵上翘的第一节流片443，第一节流片443的径向外侧壁的底部向上设置有直径向下渐缩的第一锥面，高压的阻尼油能对第一锥面产生向上的作用力，从而使第一节流片443的径向外缘上翘，活塞体442和第二垫圈448之间抵靠设置有套设于中心管2上、且径向外缘能被阻尼油顶抵下翘的第二节流片447，第二节流片447的径向外侧壁的顶部向上设置有直径向上渐缩的第二锥面，高压的阻尼油能对第二锥面产生向下的作用力，从而使第二节流片447的径向外缘下翘。当向上的冲击力较大，上阻尼油腔402内阻尼油的压力非常大时，大部分阻尼油经第二阻尼油通道441进入下阻尼油腔403，还有一部分阻尼油经第一节流片443的径向外缘流入第一节流片443与活塞体442顶面之间的缝隙，将第一节流片443的径向外缘顶抵上翘，阻尼油可以通过第一补充过油孔4421顶抵开第二节流片447流入下阻尼油腔403；当向下的冲击力较大时，则阻尼油运动状态与上述过程相反。
进一步，如图4、图5、图6所示，顶阀结构45包括密封固定套设于中心管上的顶阀阀座452，顶阀阀座452的外壁密封固定连接于外套筒1的内壁上，顶阀阀座452上设置前述的第一阻尼油通道451，在本发明的一具体实施例中，第一阻尼油通道451为沿周向设置的两个镜像对称设置的弧形的透槽，顶阀阀座452的下方抵靠连接有套设于中心管2上的通液片453，通液片453上设置了液体通过流道，顶阀阀座452的上方抵靠设置有套设于中心管2上的第二调节片455，第二调节片455的上方抵靠设置有套设于中心管2上的第三垫圈456，第三垫圈456的上方抵靠设置有套设于中心管2上、且能将第二调节片455、第三垫圈456轴向固定于顶阀阀座452上方的固定环板457，在本发明的一具体实施例中，固定环板457上沿周向均匀间隔设置铆钉孔，紧固用铆钉自铆钉孔向下穿设固定第二调节片455、第三垫圈456。为了加快冲击力较大时阻尼油的流通，顶阀阀座452上位于第一阻尼油通道451的径向内侧设置有第二补充过油孔4521，顶阀阀座452和第二调节片455之间抵靠设置有套设于中心管2上、且径向外缘能被阻尼油顶抵上翘的第三节流片454，第三节流片454的径向外侧壁的底部向上设置有直径向下渐缩的第三锥面，高压的阻尼油能对第三锥面产生向上的作用力，从而使第三节流片454的径向外缘上翘。当向上的冲击力较大，上阻尼油腔402内阻尼油的压力非常大时，上阻尼油腔402内阻尼油除了向下流向下阻尼油腔403，还要通过第一阻尼油通道451向上流入储油腔401，一部分阻尼油可以通过第二补充过油孔4521后顶抵开第三节流片454流入储油腔401；当向下的冲击力较大时，则阻尼油运动状态与上述过程相反，一部分阻尼油经第三节流片454的径向外缘流入第三节流片454与顶阀阀座452顶面之间的缝隙，将第三节流片454的径向外缘顶抵上翘，储油腔401内阻尼油经第二补充过油孔4521流入上阻尼油腔402。
进一步，如图1所示，油封结构43包括夹布Y型油封圈431，夹布Y型油封圈431的外壁密封固定套设于外套筒1的内壁上，活塞杆42向上密封滑动穿设通过夹布Y型油封圈431，夹布Y型油封圈431的下方抵靠连接有缓冲垫432。
进一步，如图1所示，橡胶弹簧组合减震单元3包括套设于中心管2上的多个缓冲弹簧31和多个缓冲橡胶筒32，多个缓冲弹簧31和多个缓冲橡胶筒32沿轴向交错串接设置。在本发明的一具体实施例中，缓冲弹簧31和缓冲橡胶筒32的数量均为3个，缓冲弹簧31的横截面为矩形，刚度较大(一般为6.5-8KN/mm)，采用的材料为60Si2Mn，缓冲橡胶筒32采用低刚度高阻尼(阻尼系数范围一般为0.45-0.9)的橡胶圈。通过低刚度高阻尼的橡胶隔震和高刚度弹簧吸震，缓冲橡胶筒32和缓冲弹簧31交替串联能有效减弱射孔瞬间的冲击力，减少振幅振频。
进一步，下接头9的顶部固定连接有滑动套设于中心管上的滑动轴51，滑动轴51的顶端与橡胶弹簧组合减震单元3的底部固定连接。在本实施方式中，滑动轴51的外壁下部设置有直径增大的环形台阶部52，外套筒1的内壁上位于环形台阶部52的上方、与环形台阶部52呈第一间隔地设置有上剪切销钉53，外套筒1的内壁上位于环形台阶部52的下方、与环形台阶部52呈第二间隔地设置有下剪切销钉54，环形台阶部52能移动切断上剪切销钉53和下剪切销钉54，环形台阶部52的直径尺寸大于大于底端盖通孔的直径尺寸。当下接头9受到的向上的冲击力很大时，环形台阶部52向上移动切断上剪切销钉53，上剪切销钉53剪断时，需要吸收部分冲击波的能量；下剪切销钉54能防止滑动轴51向下运动的位移过大冲击外套筒1。
在本实施方式中，滑动轴51的外壁上设置有第一弹性簧片组55，外套筒的内壁上设置有能与第一弹性簧片组55沿径向弹性抵靠的第二弹性簧片组14。滑动轴51在受到冲击波作用上下移动时，第一弹性簧片组55能和第二弹性簧片组14沿径向部分啮合且弹性抵靠，滑动轴51移动过程中二者之间为弹性接触而非刚性啮合，不会阻止滑动轴51的移动只会减缓其移动，第一弹性簧片组55和第二弹性簧片组14弹性抵靠减弱震动，同时不会因滑动轴51移动造成滑动轴51和外套筒1的刚性破坏，有效地减弱冲击力。
本发明的射孔双向减震器100用于射孔及测试作业时，通过内锥螺纹部螺纹连接上接头8和上部管柱，上部管柱上自下而上串接封隔器(现有技术)、测试管柱(现有技术)等，通过外锥螺纹部螺纹连接下接头9和下部管柱，下部管柱上串接有射孔器，将下部管柱、射孔双向减震器100、上部管柱下放进入井内的套管内，下放到达预定位置后，自上部管柱的顶部向下注入射孔液，射孔液经中心管2的内腔流入下部管柱，开始射孔。
射孔开始瞬间产生爆轰冲击波，在下部管柱上产生震动。当下部管柱及下接头9先受到向上的冲击力(振动载荷)时，下接头9推动滑动轴51向上滑动，第一弹性簧片组55上移第二弹性簧片组14沿径向部分啮合且弹性抵靠，有效地减弱减缓冲击波；当下接头9受到的向上的冲击力很大时，环形台阶部52向上移动切断上剪切销钉53，上剪切销钉53剪断时，吸收部分冲击波的能量。滑动轴51向上滑动使橡胶弹簧组合减震单元3的缓冲弹簧31、缓冲橡胶筒32压缩并上移，进一步将瞬时较大的冲击力分解减弱，减少振幅振频。在减弱后的向上的冲击力作用下橡胶弹簧组合减震单元3推动橡胶封堵结构41上移。橡胶封堵结构41上移通过环空缩径部时，受到径向挤压，环空缩径部的摩擦使射孔冲击造成的橡胶封堵结构41移动缓慢，进而将射孔冲击能量进一步减弱，起到减震缓冲的作用。橡胶封堵结构41上移同时推动活塞杆42及活塞阀结构44上移，上阻尼油腔402内的一部分阻尼油通过第二阻尼油通道441(冲击较大时有一部分通过第一补充过油孔4421)进入下阻尼油腔403，一部分阻尼油通过第一阻尼油通道451(冲击较大时有一部分通过第二补充过油孔4521)进入储油腔401，阻尼运动耗散冲击波能量，进一步减震。
当向上的冲击力消失且无向下冲击力时，射孔双向减震器100内的滑动轴51、橡胶弹簧组合减震单元3及液压减震单元4在缓冲弹簧31、缓冲橡胶筒32的恢复力的作用下下移复位；当向上的冲击力变为向下的冲击力(振动载荷)时，下接头9拉动滑动轴51向下滑动，第一弹性簧片组55下移第二弹性簧片组14沿径向部分啮合且弹性抵靠，有效地减弱减缓冲击波；当下接头9受到的向下的冲击力很大时，环形台阶部52向下移动切断下剪切销钉54，下剪切销钉54剪断时，吸收部分冲击波的能量。滑动轴51向下滑动使橡胶弹簧组合减震单元3的缓冲弹簧31、缓冲橡胶筒32拉伸并下移，进一步将瞬时较大的冲击力分解减弱，减少振幅振频。在减弱后的向下的冲击力作用下橡胶弹簧组合减震单元3拉动橡胶封堵结构41、活塞杆42及活塞阀结构44下移，下阻尼油腔403内的阻尼油通过第二阻尼油通道441(冲击较大时有一部分通过第一补充过油孔4421)进入上阻尼油腔402，有一部分阻尼油通过第一阻尼油通道451(冲击较大时有一部分通过第二补充过油孔4521)从储油腔401中回流至上阻尼油腔402，阻尼运动耗散冲击波能量，进一步减震。橡胶封堵结构41下移通过环空缩径部时，受到径向挤压，环空缩径部的摩擦使射孔冲击造成的橡胶封堵结构41移动缓慢，进而将射孔冲击能量减弱。当向下的冲击力消失且无向上冲击力时，射孔双向减震器100内的滑动轴51、橡胶弹簧组合减震单元3及液压减震单元4在缓冲弹簧31、缓冲橡胶筒32的恢复力的作用下上移复位；当向下的冲击力变为向上的冲击力(振动载荷)时，射孔双向减震器100的减震过程如前所述。
当下部管柱及下接头9先受到向下的冲击力(振动载荷)时，下接头9拉动滑动轴51向下滑动，第一弹性簧片组55下移第二弹性簧片组14沿径向部分啮合且弹性抵靠，有效地减弱减缓冲击波；当下接头9受到的向下的冲击力很大时，环形台阶部52向下移动切断下剪切销钉54，下剪切销钉54剪断时，吸收部分冲击波的能量。滑动轴51向下滑动使橡胶弹簧组合减震单元3的缓冲弹簧31、缓冲橡胶筒32拉伸并下移，进一步将瞬时较大的冲击力分解减弱，减少振幅振频。在减弱后的向下的冲击力作用下橡胶弹簧组合减震单元3拉动橡胶封堵结构41、活塞杆42及活塞阀结构44下移，下阻尼油腔403内的阻尼油通过第二阻尼油通道441(冲击较大时有一部分通过第一补充过油孔4421)进入上阻尼油腔402，有一部分阻尼油通过第一阻尼油通道451(冲击较大时有一部分通过第二补充过油孔4521)从储油腔401中回流至上阻尼油腔402，阻尼运动耗散冲击波能量，进一步减震。
当向下的冲击力消失且无向上冲击力时，射孔双向减震器100内的滑动轴51、橡胶弹簧组合减震单元3及液压减震单元4在缓冲弹簧31、缓冲橡胶筒32的恢复力的作用下上移复位；当向下的冲击力变为向上的冲击力(振动载荷)时，射孔双向减震器100的减震过程如前所述。
由上可见，在射孔作业过程中，本发明的射孔双向减震器100能够双向减震，实现对大部分震动能量的吸收，最终让整个管柱的各个部分处于安全状态。
由上所述，本发明提供的射孔双向减震器具有如下有益效果：
(1)本发明的射孔双向减震器中的橡胶弹簧组合减震单元和液压减震单元均能够上下往复移动，实现射孔双向减震器的双向减震；橡胶弹簧组合减震单元能有效减弱射孔瞬间的下部管柱穿递而来的冲击力，减少振幅振频，同时液压减震单元能通过液压系统的往复运动明显的吸收耗散冲击能量，组合式的减震方式使射孔管柱快速稳定，避免对上部管柱上的井下测试仪器、封隔器造成损伤，改善对射孔管柱的减震效果，提高施工安全性；
(2)本发明的射孔双向减震器中，瞬间冲击力能被橡胶弹簧组合减震单元和液压减震单元分解减弱，橡胶弹簧组合减震单元和液压减震单元均能够多次重复使用，适应能力强；
(3)本发明的射孔双向减震器中设置环空缩径部，橡胶封堵结构上移通过环空缩径部时受到径向挤压，橡胶封堵结构与环空缩径部的侧壁之间的摩擦使射孔冲击造成的橡胶封堵结构移动缓慢，进而将射孔冲击能量进一步减弱，起到减震缓冲的作用；
(4)本发明的射孔双向减震器的橡胶弹簧组合减震单元通过低刚度高阻尼的橡胶隔震和高刚度弹簧吸震，缓冲橡胶筒和缓冲弹簧交替串联能有效减弱射孔瞬间的冲击力，减少振幅振频。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (12)
1.一种射孔双向减震器，包括内腔轴向贯通的外套筒，所述外套筒的顶部密封固定连接有能与上部管柱密封连通的上接头，其特征在于，所述外套筒的底部密封滑动套设有能与下部管柱密封连通的下接头，所述外套筒内同轴套设有内腔轴向贯通中心管，所述中心管的顶端能密封连接地固定于所述上接头内，所述下接头能密封滑动地套设于所述中心管的底端；所述下接头的顶部抵靠连接有滑动套设于所述中心管上、且能上下伸缩双向缓冲的橡胶弹簧组合减震单元，所述橡胶弹簧组合减震单元的顶部抵靠连接有能沿轴向双向缓冲的液压减震单元；
所述液压减震单元包括密封滑动套设在所述中心管上的橡胶封堵结构，所述橡胶弹簧组合减震单元的顶部与所述橡胶封堵结构的底部抵靠连接，所述橡胶封堵结构的外壁能密封滑动抵靠于所述外套筒的内壁上；所述橡胶封堵结构的顶部固定连接有向上延伸设置、且密封滑动套设于所述中心管上的活塞杆，所述活塞杆向上密封滑动穿设通过一密封固定套设于所述外套筒的内壁上的油封结构，所述活塞杆的顶部固定连接有密封滑动套设于所述中心管上的活塞阀结构，所述活塞阀结构的外壁能密封滑动抵靠于所述外套筒的内壁上，所述上接头的下方呈轴向间隔地设置有密封固定套设于所述中心管上的顶阀结构，所述顶阀结构的外壁密封固定连接于所述外套筒的内壁上，所述上接头与所述顶阀结构之间构成储油腔，所述顶阀结构和所述活塞阀结构之间构成上阻尼油腔，所述活塞阀结构和所述油封结构之间构成下阻尼油腔，所述上阻尼油腔和所述下阻尼油腔内注有阻尼油，所述顶阀结构上设置有能连通所述储油腔和所述上阻尼油腔的第一阻尼油通道，所述活塞阀结构上设置有能连通所述上阻尼油腔和所述下阻尼油腔的第二阻尼油通道。
2.如权利要求1所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述外套筒的侧壁上、位于所述油封结构和所述橡胶封堵结构之间的位置设置有环形内 凸部，所述中心管的侧壁上、与所述环形内 凸部相对的位置设置有环形外凸部，所述环形内 凸部与所述环形外凸部之间构成所述橡胶封堵结构的环空缩径部。
3.如权利要求1所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述活塞阀结构包括密封滑动套设于所述中心管上的活塞体，所述活塞体的外壁能密封滑动抵靠于所述外套筒的内壁上，所述活塞体上沿周向间隔设置多个所述第二阻尼油通道，所述活塞体的上方抵靠设置有滑动套设于所述中心管上的第一调节片，所述第一调节片的上方抵靠设置有滑动套设于所述中心管上的第一垫圈，所述第一垫圈的上方抵靠设置有套设于所述中心管上、且能将所述活塞阀结构轴向固定于所述活塞杆上方的上螺母；所述活塞体和所述活塞杆之间抵靠设置有滑动套设于所述中心管上的第二垫圈。
4.如权利要求3所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述活塞体上位于所述第二阻尼油通道的径向内侧设置有贯通的第一补充过油孔，所述活塞体和所述第一调节片之间抵靠设置有套设于所述中心管上、能覆盖所述第一补充过油孔的且径向外缘能被阻尼油顶抵上翘的第一节流片，所述活塞体和所述第二垫圈之间抵靠设置有套设于所述中心管上、且径向外缘能被阻尼油顶抵下翘的第二节流片。
5.如权利要求1所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述顶阀结构包括密封固定套设于所述中心管上的顶阀阀座，所述顶阀阀座的外壁密封固定连接于所述外套筒的内壁上，所述顶阀阀座上设置所述第一阻尼油通道，所述顶阀阀座的下方抵靠连接有套设于所述中心管上的通液片，所述顶阀阀座的上方抵靠设置有套设于所述中心管上的第二调节片，所述第二调节片的上方抵靠设置有套设于所述中心管上的第三垫圈，所述第三垫圈的上方抵靠设置有套设于所述中心管上、且能将所述第二调节片、所述第三垫圈轴向固定于所述顶阀阀座上方的固定环板。
6.如权利要求5所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述顶阀阀座上位于所述第一阻尼油通道的径向内侧设置有第二补充过油孔，所述顶阀阀座和所述第二调节片之间抵靠设置有套设于所述中心管上、且径向外缘能被阻尼油顶抵上翘的第三节流片。
7.如权利要求1所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述油封结构包括夹布Y型油封圈，所述夹布Y型油封圈的外壁密封固定套设于所述外套筒的内壁上，所述活塞杆向上密封滑动穿设通过所述夹布Y型油封圈，所述夹布Y型油封圈的下方抵靠连接有缓冲垫。
8.如权利要求1所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述橡胶弹簧组合减震单元包括套设于所述中心管上的多个缓冲弹簧和多个缓冲橡胶筒，多个所述缓冲弹簧和多个所述缓冲橡胶筒沿轴向交错串接设置。
9.如权利要求8所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述下接头的顶部固定连接有滑动套设于所述中心管上的滑动轴，所述滑动轴的顶端与所述橡胶弹簧组合减震单元的底部固定连接。
10.如权利要求9所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述滑动轴的外壁下部设置有直径增大的环形台阶部，所述外套筒的内壁上位于所述环形台阶部的上方、与所述环形台阶部呈第一间隔地设置有上剪切销钉，所述外套筒的内壁上位于所述环形台阶部的下方、与所述环形台阶部呈第二间隔地设置有下剪切销钉，所述环形台阶部能移动切断所述上剪切销钉和所述下剪切销钉。
11.如权利要求9所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述滑动轴的外壁上设置有第一弹性簧片组，所述外套筒的内壁上设置有能与所述第一弹性簧片组沿径向弹性抵靠的第二弹性簧片组。
12.如权利要求1所述的射孔双向减震器，其特征在于，所述外套筒包括圆筒本体，所述圆筒本体的顶部通过螺纹密封连接所述上接头，所述圆筒本体的底部设置有底端盖，所述底端盖上设置有轴向贯通的底端盖通孔，所述下接头包括连接本体，所述连接本体的直径尺寸大于所述底端盖通孔的直径尺寸，所述连接本体的顶部设有向上延伸设置的、直径减小的凸柱部，所述凸柱部密封滑动套设于所述底端盖通孔内，所述连接本体的下方密封连接下部管柱。
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