CN110273959B - 一种可控磁流变井下管柱抑振器 - Google Patents
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Abstract
一种可控磁流变井下管柱抑振器，上、下接头安装于井下两段油管之间，上接头上部与上承重套筒间隙配合；上接头与上承重套筒中部设花键；上接头与内壳连接，内壳与外壳连接，内壳与下承重套筒间隙配合，外壳与下承重套筒之间安装有弹簧，上承重套筒与下承重套筒连接,下承重套筒分别与套筒端盖以及下接头连接；工作时上接头受到上油管的压力后，向下带动内壳和外壳一起轴向运动，压缩弹簧，同时挤压弹簧空间内的磁流体，使磁流体在外壳与上承重套筒之间产生流动，磁流体流动会对外壳表面产生粘滞阻力，这种粘滞阻力和弹簧的压缩弹力共同抑制运动部件的向下运动。当上油管向上运动时，同样利用磁流体和弹簧对金属壁面运动的阻力，达到油管抑振效果。
Description
技术领域
本发明属于从井中开采油、气、水、可溶解或可熔化物质或者矿物质的设备，具体涉及一种可控磁流变井下管柱抑振器。
背景技术
井下管柱(包括油管和套管)是油田开采石油天然气的重要导流通道，通常根据井深不同，管柱可以长达数千米长度。在天然气和油水混合物从井底向井口开采过程中，大流量的气体会对管柱截面产生附加作用力，从而对细长油管造成连续振动。这种振动对于长期服役的管柱而言，一般会产生油管疲劳损伤，或是诱发油管连接部位(每段油管由带螺纹的接箍连接)螺纹松动，从而造成油管密封失效或断脱，严重影响石油天然气开采安全。
针对高产气井的高速气流(流速为数十米每秒)诱发的管柱振动，井下井眼有限的空间(截面直径一般为100mm 200mm)无法下入大型减阻抑振器。此外，部分管柱下入深度达到6000米以上，也为常规减阻抑振器的使用带来了困难。因此，需要一种截面积小、可调阻尼、结构简单的抑振器，用于井下油管的振动抑制。
发明内容
为了克服上述现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种可控磁流变井下管柱抑振器，利用电磁场变化，控制磁流变液体的粘性，从而改变工具内动部件和静部件之间的阻尼，达到可控抑制管柱振动的目的，具有设计合理、操作简单、使用寿命长，阻尼可调的特点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可控磁流变井下管柱抑振器，通过上接头3、下接头10安装于井下两段油管之间，上接头3上部与上承重套筒1间隙配合，上接头3顶端设置台肩以保证轴向限位；上接头3与上承重套筒1中部设置有相位角间隔90°的4个花键A，花键A上部上接头3外表面具有2道密封凹槽并安装有O型密封圈2；上接头3下部与内壳4螺纹连接，内壳4上部与外壳5螺纹连接，内壳4与下承重套筒7为间隙配合，且接触区域的下承重套筒7表面具有两道密封凹槽，安装有O型密封圈2，外壳5与下承重套筒7之间安装有弹簧6，上承重套筒1与下承重套筒7之间为外螺纹连接,下承重套筒7分别与套筒端盖8内螺纹以及下接头10外螺纹连接，下接头10下端具有公螺纹连接下油管母螺纹。
所述的弹簧6初始安装状态为1/3弹簧压紧状态。
所述的内壳4与外壳5在上部螺纹紧密配合时，内壳4下部的台肩处形成金属挤压密封。
所述的内壳4和外壳5之间的环形空间内安装有通电磁力线圈，该线圈经过外壳5和上承重套筒1的孔洞连接至套筒端盖8中密封腔9中，该线圈通过传感器单片机进行电流大小的控制。
所述的外壳5与上承重套筒1之间有间隙。
本发明装置的结构主要分为两部分：运动部件包括上接头3、内壳4和外壳5，三者之间螺纹连接，一起进行沿工具轴线的一维运动。静止部件包括上承重套筒1、下承重套筒7、套筒端盖8和下接头10，部件之间均为螺纹连接。本装置工作时，上接头3受到上油管的压力后，向下带动内壳4和外壳5一起轴向运动，压缩弹簧6，同时挤压弹簧空间内的磁流体，使磁流体在外壳5与上承重套筒1之间的2mm间隙中产生流动，磁流体流动会对外壳5表面产生粘滞阻力，这种粘滞阻力和弹簧6的压缩弹力共同抑制运动部件的向下运动。当上油管向上运动时，同样带动运动部件向上运动，磁流体作用于外壳5的粘滞阻力依然会抑制运动部件的运动。利用磁流体和弹簧6对金属壁面运动的阻力，本装置达到油管抑振效果。
本发明的有益效果：
本发明为抑制油管振动的装置，使用中可以减小油管振动频率和振动幅值，缓解油管的应力集中问题，减小油管本体因不断振动产生的疲劳损伤，降低油管螺纹接头因振动产生脱扣的风险。由于油管为气井导流的唯一通道，因此，本装置的成功应用将为气井生产安全提供更好的保障。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是花键A示意图。
1—上承重套筒；2—O型密封圈；3—上接头；4—内壳；5—外壳；6—弹簧；7—下承重套筒；8—套筒端盖；9—密封腔；10—下接头.
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的这些实施方式。
参照图1，一种可控磁流变井下管柱抑振器，该装置的主体部件均采用钢制筒形结构，安装于井下两段油管之间，总长约1.2m，如图1所示，包括上接头3，上接头3上端内部加工母螺纹，连接上油管公螺纹，上接头3上部与上承重套筒1间隙配合，上接头3顶端的台肩保证轴向限位；上接头3与上承重套筒1中部具有相位角间隔90°的4个花键，如图2所示，用于限制上接头3的周向转动，花键上部上接头3外表面具有2道密封凹槽并安装有O型密封圈2；上接头3下部与内壳4螺纹连接，保证两者同步运动。内壳4与外壳5为金属筒体，内壳4上部与外壳5螺纹连接，内壳4与下承重套筒7为间隙配合，接触区域的下承重套筒7表面具有两道密封凹槽，安装有O型密封圈2，外壳5与下承重套筒7之间安装有弹簧6，上承重套筒1与下承重套筒7之间为外螺纹连接。下承重套筒7分别与下接头10外螺纹以及套筒端盖8内螺纹连接，安装时先紧固套筒端盖8，再紧固下接头10，使套筒端盖8和下接头10之间形成金属挤压密封。下接头10下端具有公螺纹连接下油管母螺纹。
所述的弹簧6初始安装状态为1/3弹簧压紧状态。
所述的内壳4与外壳5在上部螺纹紧密配合时，内壳4下部的台肩处形成金属挤压密封。
所述的内壳4和外壳5之间的环形空间内安装有通电磁力线圈，该线圈经过外壳5和上承重套筒1的5mm孔洞连接至套筒端盖8中密封腔9中，该线圈通过传感器单片机进行电流大小的控制，从而改变磁流体的粘度，控制磁流体对上接头3的粘滞阻力。
所述的外壳5与上承重套筒1之间有2mm的间隙。
本发明的工作原理为：(1)本装置依靠螺纹连接上下油管(图1中未画出)，所有主要部件为圆筒形结构，安装于井下两段油管之间，上接头3连接上油管公螺纹，下接头10连接下油管母螺纹。上接头3和下接头10承受上下油管的拉压力，上接头3与上承重套筒1为间隙配合，上承重套筒1和下承重套筒7为螺纹连接，下承重套筒7和下接头10为螺纹连接。上承重套筒1、下承重套筒7和下接头10之间为螺纹连接，承受轴向拉力和压力；上承重套筒1和上接头3之间为间隙配合，拉伸方向依靠上承重套筒1中内部的台肩限位上接头3的拉伸运动。上承重套筒1和上接头3之间设计有周向间隔90°角的4个梯形花键(径向凸起4mm)，如图2中A-A剖面图所示，用于限制上接头3在轴向运动中的扭转。
(2)本发明的工作过程主要依靠上油管受力，将相连接的上接头3向下推动，带动连接上接头3的内壳4和外壳5，沿轴向运动。内壳4和外壳5运动过程中，压缩弹簧6，同时压缩弹簧6环空间隙中的磁流体，使磁流体通过外壳5与上承重套筒1之间的2mm间隙流动到内壳4上部空间中，形成磁流体的流动。由于磁流体具有一定的粘度，会对内壳4和外壳5的轴向运动产生阻力，从而形成对油管轴向振动的抑制作用。工作过程中，抑振作用依靠弹簧6和环空间隙内磁流体粘滞阻力共同提供，上接头3每向下和向上运动一次便抑制一次。
(3)本发明在内壳4和外壳5之间的环形空间内安装有通电磁力线圈，根据通电电流大小，对外部环空中的磁流体产生不同强度的磁场，从而改变磁流体的粘度，控制磁流体对上接头3的粘滞阻力，达到可调节抑振效果的目的。该线圈通电导线经过外壳5和上承重套筒1的5mm孔洞连接至套筒端盖8中密封腔9中。密封腔9中安装有振动传感器、单片机、功率放大器和电池组，振动传感器根据测试振动信号传输至单片机中，计算出需要给线圈供电功率，控制功率放大器对线圈进行供电，达到调节抑振载荷的目的。
Claims (1)
1.一种可控磁流变井下管柱抑振器，通过上接头(3)、下接头(10)安装于井下两段油管之间，其特征在于，上接头(3)上部与上承重套筒(1)间隙配合，上接头(3)顶端设置的台肩保证轴向限位；上接头(3)与上承重套筒(1)中部设置有相位角间隔90°的4个花键(A)，花键(A)上部上接头(3)外表面具有2道密封凹槽并安装有O型密封圈；上接头(3)下部与内壳(4)螺纹连接，内壳(4)上部与外壳(5)螺纹连接，内壳(4)与下承重套筒(7)为间隙配合，且接触区域的下承重套筒(7)表面具有两道密封凹槽并安装有O型密封圈，外壳(5)与下承重套筒(7)之间安装有弹簧(6)，上承重套筒(1)与下承重套筒(7)之间为外螺纹连接,下承重套筒(7)分别与套筒端盖(8)内螺纹以及下接头(10)外螺纹连接，下接头(10)下端具有公螺纹连接下油管母螺纹；
所述的弹簧(6)初始安装状态为1/3弹簧压紧状态；
所述的内壳(4)与外壳(5)在上部螺纹紧密配合时，内壳(4)下部的台肩处形成金属挤压密封；
所述的内壳(4)和外壳(5)之间的环形空间内安装有通电磁力线圈，该线圈经过外壳(5)和上承重套筒(1)的孔洞连接至套筒端盖(8)中密封腔(9)中，该线圈通过传感器单片机进行电流大小的控制；
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