CN109403878B - 一种用于保护顶驱的减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于保护顶驱的减振器，包括与顶驱（7）连接的心轴（1）；心轴顶端设有一段大直径段（11）；心轴的小直径段（12）设有一段花键轴（13），花键轴下端设有螺纹段（14）；螺纹段上设有震击垫（4），震击垫内设有内螺纹（41）；震击垫与螺纹段螺纹连接；螺纹段下端的心轴上设有活塞组件（5）；心轴外套有花键体（3）；花键体内设有花键孔（31），花键孔与心轴（1）上花键轴滑动传动连接；花键体下端与压力体（6）上端螺纹连接；压力体下端与钻杆（8）螺纹连接。解决了使用顶驱钻井作业在打表层地面时，减少和消除钻头跳钻对井架的影响，从而提高钻井作业的安全性。

Description

一种用于保护顶驱的减振器

技术领域

本发明涉及一种用于保护顶驱的减振器，属于石油钻井工具技术领域。

背景技术

目前在石油、天然气的钻采作业中，顶驱钻井方式被大量运用，所谓顶驱钻井就是通过顶部驱支设备从井架空间上部直接旋转钻杆，并沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进、循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的作业方式。但在钻进过程中遇到一些特别硬的地层或者在钻进地面岩层时，由于钻头在破碎岩层时所产生的跳动会很的传导到顶驱上，从而导致井架也产生同频共振，给钻井作业带来很大的安全隐患。该顶驱减振器就是采用碟簧作为减振元件，安装在顶驱与钻杆之间，用来缓冲下部钻杆传导上来的跳动，从而避免跳动直接作用在井架之上，达到保护顶驱与井架的目的，消除隐患提高钻井作业的安全性。

目前在钻井作业中消除或减小钻头跳动的主要措施是在钻头上方直接安装减振器来实现的，但在对地面表层进行钻进作业的时候，由于井深较浅安装在减振器到地面的钻杆数量较少，压在减振器上部的钻杆重量较轻，所以减振器吸收到的钻头跳动还会通过钻杆传导到地面的顶驱上来，对井架造成冲击，不能完全消除钻头跳钻对钻杆，特别是对井架的影响，而在顶驱与下部钻杆之间安装该顶驱减振器则可以大大减少或消除该影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于保护顶驱的减振器，以解决使用顶驱钻井作业在打表层地面时，减少和消除钻头跳钻对井架的影响，从而提高钻井作业的安全性和克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种用于保护顶驱的减振器，包括与顶驱连接的心轴；心轴顶端设有一段大直径段；心轴的小直径段设有一段花键轴，花键轴下端设有螺纹段；螺纹段上设有震击垫，震击垫内设有内螺纹；震击垫与螺纹段螺纹连接；螺纹段下端的心轴上设有活塞组件；心轴外套有花键体；花键体内设有花键孔，花键孔与心轴上花键轴滑动传动连接；花键体下端与压力体上端螺纹连接；压力体下端与钻杆螺纹连接。

前述用于保护顶驱的减振器中，所述花键体内的花键孔长度小于心轴上花键轴的长度；花键体在花键轴有滑动行程。

前述用于保护顶驱的减振器中，所述花键体顶端设有台阶内孔，台阶内孔的内径略大于心轴的大直径段最下端圆柱外径；台阶内孔内设有一组层叠设置的碟簧。

前述用于保护顶驱的减振器中，所述活塞组件包括上活塞和下活塞，上活塞与下活塞之间设有压环，下活塞底部设有挡环，挡环卡在心轴的挡环槽内。

前述用于保护顶驱的减振器中，所述顶驱位于井架上。

由于采用了上述技术方案，本发明在顶驱与下部钻杆之间安装一个减振器以阻止或降低钻头在钻进过程带来的跳钻对井架的影响，与传统的钻井方式相比主要有以下几个优点：将减振器安装在顶驱的下部，比起传统安装在钻头上方的减振器更能有效的减少和降低钻头跳钻对顶驱和井架的影响。本发明的减振器设有空行程，当跳钻不严重时，可以直接阻断下部钻杆轴向跳动对顶驱的冲击影响；当发生严重跳钻时，可以有效降低下部钻杆轴向跳动对顶驱的冲击影响。由于本发明的减振器是在地面使用，减振器采用碟簧作为减振元件，可以避免传统采用硅油作为减振元件时带来的内腔压力过高的安全风险。克服了现有技术的缺陷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是心轴结构示意图；

图3是花键体结构示意图；

图4是震击垫结构示意图；

图5是本发明的应用实例示意图。

图中标记为：1-心轴、11-大直径段、12-小直径段、13-花键轴、14-螺纹段、15-挡环槽、2-碟簧、3-花键体、31-花键孔、32-台阶内孔、33-注油孔、4-震击垫、41-内螺纹、5-活塞组件、51-上活塞、52-下活塞、53-压环、54-挡环、6-压力体、7-顶驱、8-钻杆、9-井架、10-本发明装置、21-内卡环、22-钻头 。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种用于保护顶驱的减振器，如图1和图2所示，包括与顶驱7连接的心轴1；顶驱7位于井架9上。心轴1如图2所示，心轴1顶端有一小段大直径段11；心轴1的小直径段12设有一段花键轴13，花键轴13下端设有螺纹段14；螺纹段14上设有震击垫4，震击垫4如图4所示，内设有内螺纹41；震击垫4与螺纹段14螺纹连接；螺纹段14下端的心轴1上设有活塞组件5；心轴1外套有花键体3；花键体3如图3所示，花键体3内设有花键孔31，花键孔31与心轴1上花键轴13滑动传动连接；花键体3下端与压力体6上端螺纹连接；压力体6下端与钻杆8螺纹连接。花键体3内的花键孔31长度小于心轴1上花键轴13的长度；花键体3内的花键孔31对应的花键体3上设有注油孔33；花键体3在花键轴13有滑动行程。花键体3顶端设有台阶内孔32，台阶内孔32的内径略大于心轴1的大直径段11最下端圆柱外径；台阶内孔32内设有一组层叠设置的碟簧2。活塞组件5包括上活塞51和下活塞52，上活塞51与下活塞52之间设有压环53，下活塞52底部设有挡环54，挡环54卡在心轴1的挡环槽15内。

实施例

本例如图1所示，主要由心轴1、碟簧2、花键体3、震击垫4、活塞组件5、压力体6及各种密封件构成；心轴1穿过花键体3通过花键轴13与花键体3上的花键孔31滑动连接，在滑动连接的同时也可以传递扭矩；心轴1的一端有螺纹段14，震击垫4通过螺纹跟心轴1螺纹连接。心轴1的螺纹段14下方设有活塞组件6，活塞组件6通过安装在心轴1的螺纹段14下部。活塞组件6包括上活塞51、压环53和下活塞52。活塞组件6通过挡环54安装在心轴1的螺纹段14下部，压力体6通过螺纹与花键体3连接，在花键体3的上端面设有一台阶内孔32，台阶内孔32内安装有层叠设置的碟簧2，碟簧2经内卡环21压在台阶内孔32内并紧贴台阶内孔32的底面。

本发明的装置使用如图5所示，只要将本发明装置10接在顶驱7下部，再在本发明装置10下部正常接装钻杆8即可，不需要其余操作，就可在钻头22正常钻井时吸收反馈到顶驱7上的振动，对顶驱7和架井9形成有效的保护。

工作原理：本发明装置10可以看成由心轴1、碟簧2、震击垫4、活塞组件5及各种密封件构成的轴类部件，和由花键体3与压力体9构成的外筒类部件。轴类部件与外筒类部件之间可以轴向相对运动。当本发明装置10安装在顶驱7下部时，在花键体3、压力体9和下部钻杆8的自重作用下，花键体3内的花键孔31位于心轴1上花键轴13的最下端，本发明装置10处于完全拉开状态。即花键体3的底端面与震击垫4上端面贴合。钻头22正常钻进时，心轴1完全不用向下施力，仅依靠钻头22上部钻杆8的重力与钻头22底的岩石紧密贴合，顶驱7通过花键传递扭矩，即可完成钻进作业。当钻头22在钻进过程中产生跳钻时，轴向振动从下部钻杆8传递到压力体6，压力体6带着花键体3沿着心轴1上的花键轴13向上滑动，从而阻断了下部钻杆8的跳钻振动传导到心轴1上。而当发生严重跳钻时，产生了较大振辐的振动，当压力体6连着花键体3向上移动距离较大时，花键体3上部的碟簧2与心轴1的大直径段底面接触，这时如继续向上移动，碟簧2可以自行压缩并吸收下部的轴向跳动，从而减轻了下部钻杆8轴向振动对顶驱7以及整个井架9的影响，大大提高了钻井时的可靠性与安全性。

Claims (1)

1.一种用于保护顶驱的减振器，包括与顶驱（7）连接的心轴（1）；其特征在于：心轴（1）顶端设有一段大直径段（11）；心轴（1）的小直径段（12）设有一段花键轴（13），花键轴（13）下端设有螺纹段（14）；螺纹段（14）上设有震击垫（4），震击垫（4）内设有内螺纹（41）；震击垫（4）与螺纹段（14）螺纹连接；螺纹段（14）下端的心轴（1）上设有活塞组件（5）；心轴（1）外套有花键体（3）；花键体（3）内设有花键孔（31），花键孔（31）与心轴（1）上花键轴（13）滑动传动连接；花键体（3）下端与压力体（6）上端螺纹连接；压力体（6）下端与钻杆（8）螺纹连接；所述花键体（3）内的花键孔（31）长度小于心轴（1）上花键轴（13）的长度；花键体（3）在花键轴（13）有滑动行程；所述花键体（3）顶端设有台阶内孔（32），台阶内孔（32）的内径略大于心轴（1）的大直径段（11）最下端圆柱外径；台阶内孔（32）内设有一组层叠设置的碟簧（2）；所述活塞组件（5）包括上活塞（51）和下活塞（52），上活塞（51）与下活塞（52）之间设有压环（53），下活塞（52）底部设有挡环（54），挡环（54）卡在心轴（1）的挡环槽（15）内；所述顶驱（7）位于井架（9）上。