CN108678687B - 可调刚度钻井减震器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可调刚度钻井减震器，包括与钻铤连接的花键轴、套筒、与钻头连接的下接头，所述套筒的下端与下接头连接，所述花键轴的端部与活塞螺纹连接，所述花键轴的中部、所述套筒的中部以及活塞之间围设形成液体腔，所述液体腔中填充有磁流变液体，沿活塞轴线方向形成有线圈槽，所述线圈槽中缠绕有线圈，且通过隔板与所述液体腔分隔。本发明能够抵抗各种冲击力，提高钻柱的寿命。

Description

可调刚度钻井减震器
技术领域
本发明涉及石油及天然气钻井领域。更具体地说，本发明涉及一种可调刚度钻井减震器。
背景技术
在石油钻井中，钻机带动钻柱破碎岩石，向地下钻进，钻出预定深度的井眼，以形成获取石油或天然气的通道。一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成。为了起升和下放钻柱、下套管以及控制钻压、送进钻柱，钻柱配备有起升系统；起升系统包括绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等各种工具。起升时，绞车滚筒缠绕钢丝绳，天车和游车构成副滑轮组，大钩上升通过吊环、吊卡等工具实现钻柱的提升；下放时，钻柱或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。在正常钻进时，通过吊环、吊卡等工具实现钻柱的提升，下放时，钻柱或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度；正常钻进时，通过刹车机构控制钻柱的送进速度，将钻柱重量的一部分作为钻压施加到钻头上实现破碎岩层。为进一步减轻钻柱的工作负荷，在钻柱本体与动力输出设备之间安装有减震装置，以方便在钻柱与硬度较大的岩石层相互作用时降低作用应力，达到保护钻柱的目的，如何改进减震装置，使其在冲击较小和冲击较大时均能起到减震作用，具有好的前景。
发明内容
本发明的目的是提供可调刚度钻井减震器，能够抵抗各种冲击力，提高钻柱的寿命。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了可调刚度钻井减震器，包括与钻铤连接的花键轴、套筒、与钻头连接的下接头，所述套筒的下端与下接头连接，所述花键轴的端部与活塞螺纹连接，所述花键轴的中部、所述套筒的中部以及活塞之间围设形成液体腔，所述液体腔中填充有磁流变液体，沿活塞轴线方向形成有线圈槽，所述线圈槽中缠绕有线圈，且通过隔板与所述液体腔分隔。
优选的是，所述花键轴上套设有弹簧，所述弹簧位于所述液体腔中呈压缩状态。
优选的是，所述活塞中嵌设有电源模块，所述线圈与所述电源模块连接，还包括控制模块，用于控制线圈磁场强度。
优选的是，所述下接头的上端穿入所述套筒下端，所述下接头与套筒之间为锥形螺纹连接，自带密封效果，所述下接头的内壁凸出于所述套筒的内壁，且其上端与所述活塞的上端平齐。
优选的是，所述液体腔中设置有分散组件，所述分散组件包括：
多个第一分散板，其铰接于下接头的上端，并均匀分布，所述第一分散板由第一铰接杆和第一柔性板构成，所述第一柔性板呈扇形，其厚度为0.5～1mm，所述第一柔性板上开设有多个第一对流孔；
多个第二分散板，其沿弹簧的走向均匀分布，所述第二分散板由第二铰接杆和第二柔性板构成，所述第二铰接杆铰接于所述套筒的内壁，所述第二柔性板由中板和设置于中板两侧的梯形的柔性摆板构成，第二柔性板厚度为0.5～1mm，所述中板和柔性摆板上均开设有多个第二对流孔；其中，当所述套筒没有相对花键轴运动时，所述中板均搭设于所述弹簧上。
优选的是，所述第一分散板的总面积占所述液体腔的横截面面积的1/4～1/3。
优选的是，所述第一柔性板和第二柔性板均由橡胶制成。
本发明至少包括以下有益效果：钻柱的震动通过下接头作用在弹簧和磁流变液体上时，所述弹簧和磁流变液体可以吸收这些有害的震动能量，从而减小钻柱的疲劳损坏，达到保护钻头、提高机械钻速、降低钻井成本的目的。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是根据本发明可调刚度钻井减震器的结构示意图；
图2是图1中的局部放大图；
图3是第一分散板分布的结构示意图；
图4是第二分散板的结构示意图。
附图标记：
1-花键轴，2-套筒，3-弹簧，4-电源模块，5-线圈，6-活塞，7-下接头，8-第一分散板，9-第二分散板，101-第二密封圈，103-第三密封圈，104-第四密封圈，501-隔板，801-第一铰接杆，802-第一对流孔，803-第一柔性板，901-第二铰接杆，902-柔性摆板，903-第二对流孔，904-中板
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～4所示，本发明提供可调刚度钻井减震器，包括与钻铤连接的花键轴1、套筒2、与钻头连接的下接头7，所述套筒2的下端与下接头7连接，所述花键轴1的端部与活塞6螺纹连接，所述花键轴1的中部、所述套筒2的中部以及活塞6之间围设形成液体腔，所述液体腔中填充有磁流变液体，沿活塞6轴线方向形成有线圈5槽，所述线圈5槽中缠绕有线圈5，且通过隔板501与所述液体腔分隔。其中，在套筒2上端和花键轴1的衔接处设置有至少两个第二密封圈101，在下接头7和活塞6的连接处设置有至少两个第四密封圈104，在花键轴1下端和活塞6的衔接处设置有第三密封圈103，活塞6下端螺纹连接于花键轴1的下端。
在上述技术方案中，在钻柱工作时，线圈5通过导线与电源连接，通过电流的调节，线圈5在液体腔体产生磁场变化，变化的磁场与液体腔内的磁流变液发生作用，改变磁流变液的年度，根据k(x+x0)+cdr/dt+md2r/dt2＝F进而改变减震器刚度的大小，达到钻柱减震的目的。弹簧3不仅可以吸收振动能量，减小钻柱的疲劳损坏，同时弹簧3的反复形变也能改变磁性颗粒在液体腔中分散的均匀度，进一步提高减震器的减震效果。
在另一种技术方案中，所述花键轴1上套设有弹簧3，所述弹簧3位于所述液体腔中呈压缩状态。
在另一种技术方案中，所述活塞6中嵌设有电源模块4，所述线圈5与所述电源模块4连接，还包括控制模块，用于控制线圈5磁场强度。
在另一种技术方案中，所述下接头7的上端穿入所述套筒2下端，所述下接头7的内壁凸出于所述套筒2的内壁，且其上端与所述活塞6的上端平齐。
在另一种技术方案中，所述液体腔中设置有分散组件，所述分散组件包括：
多个第一分散板8，其铰接于下接头7的上端，并均匀分布，所述第一分散板8由第一铰接杆801和第一柔性板803构成，所述第一柔性板803呈扇形，其厚度为0.5～1mm，所述第一柔性板803上开设有多个第一对流孔802，减少向上运动的阻力，提高第一柔性板803的变形度，从而能够更好的分散磁流变液体中的磁性颗粒。
多个第二分散板9，其沿弹簧3的走向均匀分布，所述第二分散板9由第二铰接杆901和第二柔性板构成，所述第二铰接杆901铰接于所述套筒2的内壁，所述第二柔性板由中板904和设置于中板904两侧的梯形的柔性摆板902构成，第二柔性板厚度为0.5～1mm，所述中板904和柔性摆板902上均开设有多个第二对流孔903；其中，当所述套筒2没有相对花键轴1运动时，所述中板904均搭设于所述弹簧3上。
在上述技术方案中，由于减震器刚开始启用时，磁性颗粒均沉淀于磁流变液体的底部，导致磁场强度不均，而造成减震效果变差，通过第一分散板8和第二分散板9能够带动磁性颗粒的运动，从而提高磁性颗粒在液体腔中分散的均匀度，在减震器运动时，套筒2和连接套相对花键轴1向下运动，液体腔中的弹簧3被进一步压缩，弹簧3带到中板904向上运动，两侧的柔性摆板902在磁流变液体中发生上下摆动，从而提高磁性颗粒的运动速度，而位于活塞6上方的第一分散板8也被活塞6带动向上运动，将底部的磁性颗粒推动向上运动。
在另一种技术方案中，所述第一分散板8的总面积占所述液体腔的横截面面积的1/4～1/3。
在另一种技术方案中，所述第一柔性板803和第二柔性板均由橡胶制成。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.可调刚度钻井减震器，包括与钻铤连接的花键轴、套筒、与钻头连接的下接头，所述套筒的下端与下接头连接，其特征在于，所述花键轴的端部与活塞螺纹连接，所述花键轴的中部、所述套筒的中部以及活塞之间围设形成液体腔，所述液体腔中填充有磁流变液体，沿活塞轴线方向形成有线圈槽，所述线圈槽中缠绕有线圈，且通过隔板与所述液体腔分隔；
所述花键轴上套设有弹簧，所述弹簧位于所述液体腔中呈压缩状态。
2.如权利要求1所述的可调刚度钻井减震器，其特征在于，所述活塞中嵌设有电源模块，所述线圈与所述电源模块连接，还包括控制模块，用于控制线圈磁场强度。
3.如权利要求1所述的可调刚度钻井减震器，其特征在于，所述下接头的上端穿入所述套筒下端，所述下接头的内壁凸出于所述套筒的内壁，且其上端与所述活塞的上端平齐。
4.如权利要求3所述的可调刚度钻井减震器，其特征在于，所述液体腔中设置有分散组件，所述分散组件包括：
多个第一分散板，其铰接于下接头的上端，并均匀分布，所述第一分散板由第一铰接杆和第一柔性板构成，所述第一柔性板呈扇形，其厚度为0.5～1mm，所述第一柔性板上开设有多个第一对流孔；
多个第二分散板，其沿弹簧的走向均匀分布，所述第二分散板由第二铰接杆和第二柔性板构成，所述第二铰接杆铰接于所述套筒的内壁，所述第二柔性板由中板和设置于中板两侧的梯形的柔性摆板构成，第二柔性板厚度为0.5～1mm，所述中板和柔性摆板上均开设有多个第二对流孔；其中，当所述套筒没有相对花键轴运动时，所述中板均搭设于所述弹簧上。
5.如权利要求4所述的可调刚度钻井减震器，其特征在于，所述第一分散板的总面积占所述液体腔的横截面面积的1/4～1/3。
6.如权利要求4所述的可调刚度钻井减震器，其特征在于，所述第一柔性板和第二柔性板均由橡胶制成。
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