CN110513054B - 一种井下减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种井下减振器，这种井下减振器包括整体A、蝶簧、整体B、弹性块，上部转换接头、花键芯轴、花键限位螺母、分流传压接头、过滤器、柱塞和球阀连接成整体A，柱塞上端伸入分流传压接头，柱塞下端伸入增压缸中，柱塞下端设置球阀；第一密封压套、第一密封总成、花键外筒、碟簧保护筒、下封堵接头、第二密封总成、第二密封压套、增压总成外筒、第三密封压套、增压缸、超高压密封总成、高压流道、密封件、流道支撑体、钻头短接和密封阀连接成整体B，高压流道伸入增压缸；惯性块通过第二密封总成、第二密封压套被封闭在下封堵接头内，惯性块涂有弹性胶泥。本发明减少钻井过程中的纵向振动，解决了硅油减振器易失效等问题。

Description

一种井下减振器

技术领域：

本发明涉及的是石油天然气钻井过程中所使用的井下减振工具，具体涉及的是一种井下减振器。

背景技术：

随着钻井行业的发展，深井超深井比率逐渐增多，在钻井过程中经常会遇到一些硬岩层，由于井底不平、岩层软硬程度不均，使得钻头牙齿间歇压入岩石中，钻柱会发生纵向和扭转方向的振动。当钻头的纵向振动频率与钻具固有频率重合时，就会产生跳钻现象。跳钻时钻头离开井底岩石并带动钻具一起向上运动，然后再一起从最高点坠落井底，产生破坏较大的运动惯性。

这些振动将导致钻头破损、钻柱松脱，并引发工程事故。剧烈振动和冲击也会降低钻速，甚至极大减少钻头和井底岩石间的接触。在钻头上部安装一个减振器可以有效的减少钻井振动。而目前常见的硅油减振器，对装置的密封性要求极高，需要将硅油腔抽成真空，然后注射硅油，在井下复杂工况下，极易失效。

发明内容：

本发明的目的是提供一种井下减振器，这种井下减振器用于解决用于解决随着油井深度不断增加而在钻井过程中产生的纵向和扭转振动、钻井速度较慢、常见的硅油减振器易失效等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种井下减振器包括整体A、蝶簧、整体B、弹性块，上部转换接头、花键芯轴、花键限位螺母、分流传压接头、过滤器、柱塞和球阀连接成整体A，上部转换接头、花键芯轴，分流传压接头、柱塞从下到下依次连接并形成中心流道，花键限位螺母紧固在花键芯轴外，柱塞上端伸入到分流传压接头内，过滤器设置在柱塞上端，柱塞下端设置球阀，柱塞内部孔道在底部和球阀阀腔相通，球阀阀腔底部安装弹簧，钢球自由落在弹簧上；第一密封压套、第一密封总成、花键外筒、碟簧保护筒、下封堵接头、第二密封总成、第二密封压套、增压总成外筒、第三密封压套、增压缸、超高压密封总成、高压流道、密封件、流道支撑体、钻头短接和密封阀连接成整体B，增压缸位于增压总成外筒中下部，钻头短接将高压流道、流道支撑体顶固在增压缸下端，高压流道头部伸入到增压缸内腔，流道支撑体位于增压缸与高压流道之间，高压流道下端设置密封阀，密封阀位于钻头短接内；

整体A中的花键芯轴上端从整体B中裸露出来，分流传压接头位于增压总成外筒上部，柱塞伸入到增压缸中；蝶簧设置于蝶簧保护筒内且位于花键限位螺母与下封堵接头上端面之间，惯性块通过第二密封总成、第二密封压套被封闭在下封堵接头内，惯性块外表均匀涂有弹性胶泥；分流传压接头设置有径向分流孔与轴向分流孔，轴向分流孔与增压总成外筒内腔相通，密封压套具有两端均与增压总成外筒内腔相通的过流孔，增压总成外筒内腔与钻头短接内腔相通。

上述方案中弹性胶泥是由聚硅氧烷、填充剂、抗压剂、增塑剂和着色剂组成的未交联共混物，具有极高的阻尼性和粘弹性，用于代替常见的硅油。

上述方案中花键芯轴与花键外筒通过62键均布的花键连接，用于导向和传递扭矩。

上述方案中分流传压接头下端开有4个径向分流孔和4个轴向分流孔，它们将钻井液分成两部分，一部分钻井液流入中间的过滤器内，另一部分钻井液经分流传压接头下端分流孔，流入增压总成外筒内腔。

上述方案中第二密封总成和惯性块直接接触，第二密封总成的上表面光滑，便于惯性块运动。

上述方案中密封件为橡胶制作而成的，流道支撑体上端口内径小于密封件内径，使得流道支撑体和高压流道配合时可以挤压密封件，确保此处的密封，密封件为橡胶为橡胶制品，可防止溢出液体。

上述方案中第三密封压套、增压缸以及流道支撑体均开有4个过流孔，将增压总成外筒内腔与钻头短接内腔导通，以便常规钻井液流通。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明使用弹性胶泥代替常规的硅油来减少扭转振动，对装置的密封性、精度要求较低，使得本装置成本较低，便于在油田现场的推广应用。

2.本发明使用碟簧替换弹簧，使得减振器在井下使用寿命更长

3.本发明可以有效减少钻井过程中的纵向振动。

4.本发明利用钻井过程中的纵向振动作为动力源对部分钻井液进行增压，可以实现辅助破岩的功用。

5.本发明在工作过程中，若零部件卡死不能正常工作，钻井液亦可以通过内部孔隙流通，不影响正常工作。

6.本发明可以和常用钻头搭配使用，无需特制钻头。

7.本发明在高压流道下采用了软密封加压套的双锁紧装置，保证了高压流道的位置和密封性能。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面视图；

图3是本发明中花键芯轴的结构示意图；

图4是图3中A-A剖面视图；

图5是本发明中流道支撑体的结构示意图；

图6是本发明中流道支撑体的仰视图；

图7是本发明中整体A的示意图；

图8是本发明中整体B的示意图。

图1中1.上部转换接头、2.花键芯轴、3.第一密封压套、4.第一密封总成、5.花键外筒、6.碟簧保护筒、7.花键限位螺母、8.碟簧、9.下封堵接头、10.惯性快、11.第二密封总成、12.第二密封压套、13.增压总成外筒、14.分流传压接头、15.过滤器、16.柱塞、17.第三密封压套、18.增压缸、19.超高压密封总成、20.球阀、21.高压流道、22.密封件、23.流道支撑体、24.钻头短接、25.密封阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种井下减振器包括整体A、蝶簧8、整体B、弹性块，上部转换接头1、花键芯轴2、花键限位螺母7、分流传压接头14、过滤器15、柱塞16和球阀20连接成整体A，参阅图7，柱塞16中间设有流道，用于流通钻井液，上部转换接头1、花键芯轴2，分流传压接头14、柱塞16从下到下依次连接并形成中心流道，花键限位螺母7紧固在花键芯轴2外，柱塞16上端伸入到分流传压接头14内，过滤器15设置在柱塞16上端，柱塞16下端设置球阀20，柱塞16内部孔道在底部和球阀20阀腔相通，球阀20阀腔底部安装弹簧，钢球自由落在弹簧上；第一密封压套3、第一密封总成4、花键外筒5、碟簧保护筒6、下封堵接头9、第二密封总成11、第二密封压套12、增压总成外筒13、第三密封压套17、增压缸18、超高压密封总成19、高压流道21、密封件22、流道支撑体23、钻头短接24和密封阀25连接成整体B，参阅图8，增压缸18位于增压总成外筒13中下部，钻头短接24将高压流道21、流道支撑体23顶固在增压缸18下端，高压流道21头部伸入到增压缸18内腔，流道支撑体23位于增压缸18与高压流道21之间，高压流道21下端设置密封阀25，密封阀25位于钻头短接24内。如图8所示；当本发明工作时，整体A会相对于整体B做一个相对运动，使得柱塞16在增压缸18内做上下往复运动，对增压缸内的钻井液增压，形成高压钻井液并射流，进而辅助破岩。

具体结构如下 ：

上部转换接头1和花键芯轴2通过螺纹连接；花键限位螺母7和花键芯轴2下端通过螺纹连接；过滤器15和分流传压接头14通过螺纹连接后，柱塞16穿过分流传压接头14中心，和过滤器15通过螺纹连接；柱塞16下部和球阀20通过螺纹连接；花键芯轴2下端和分流传压接头14通过螺纹连接；第一密封总成4先装入花键外筒5上部，然后再将第一密封压套3和花键外筒5通过螺纹连接，固定第一密封总成4；花键外筒5、碟簧保护筒6和下封堵接头9依次通过螺纹连接；将惯性块10置于下封堵接头9下部和花键芯轴2所形成的腔内，并放入适量弹性胶泥增加润滑，并在下封堵接头9下部接着放入第二密封总成11和第二密封压套12，第二密封压套12和下封堵接头9通过螺纹连接；增压总成外筒13和下封堵接头9通过螺纹连接；密封阀25安装于高压流道21下端；超高压密封总成19装入增压缸18内，然后用第三密封压套17和增压缸18通过螺纹连接，固定超高压密封总成19位置；高压流道21、密封胶、流道支撑体23依次放入增压缸18下部，流道支撑体23和钻头短接24通过螺纹连接，钻头短接24和增压总成外筒13通过螺纹连接，当钻头短接24和增压总成外筒13通过螺纹连接并拧紧时，会带动流道支撑体23向上运动，挤压密封件22，密封件22锁定高压流道21位置。

图3、图4提供了花键芯轴的示意图，花键芯轴2为具有中心流道的筒状体，外部带有台阶，如图2所示，花键芯轴2上还存在62键均布的花键，用于和花键外筒5连接，起到导向和传递扭矩的作用。

惯性块10外表均匀涂有一定量的弹性胶泥。钻井过程中，减振器整体和惯性块10一起旋转、振动，而在惯性块10和减振器外壳之间的弹性胶泥黏度很大，会阻碍惯性块的旋转，且由于惯性块自身具有一定的惯性，惯性块10的运动会比减振器其他部件的运动滞后或提前一些，因此惯性块和减振器其他部件会存在相对运动，此时弹性胶泥阻尼可以在一定程度上减少钻井过程中扭转的振动。第二密封总成11和惯性块10直接接触，故在加工工艺上要求第二密封总成11的上表面光滑，便于惯性块运动。

分流传压接头14下端开有4个分流孔，它将钻井液分成两部分，一部分钻井液流入中间的过滤器15内，另一部分钻井液流入分流传压接头14下端分流孔中。

第一密封总成4和第二密封总成11为密封碟簧腔的专用密封，具有硬度较高，密封性能较好；为防止溢出液体，密封件为橡胶质地产品，流道支撑体23上部口径小于密封胶尺寸，使得流道支撑体23和高压流道21配合时可以挤压密封件22，确保此处的密封。

球阀20同柱塞16末端配合，球阀20内部主要结构为一个钢球和一个弹簧，当柱塞16向下运动时，钢球向上运动，堵住柱塞内部流道，球阀20关闭；当柱塞16向上运动时，钢球向下运动，球阀20打开，钻井液可以从柱塞中间流道流入。

第三密封压套17、增压缸18以及流道支撑体23均开有4个过流孔，以便常规钻井液流通，图5、图6提供了流道支撑体的示意图，如图所示，流道支撑体23为筒状体，4个过流孔沿筒壁长度方向设置。

为了便于理解，下面就本发明的工作过程加以描述：

1.如图7、图8所示:上部转换接头1、花键芯轴2、花键限位螺母7、分流传压接头14、过滤器15、柱塞16和球阀20连接成一个整体A，整体A上部连接钻柱；第一密封压套3、第一密封总成4、花键外筒5、碟簧保护筒6、下封堵接头9、第二密封总成11、第二密封压套12、增压总成外筒13、第三密封压套17、增压缸18、超高压密封总成19、高压流道21、密封件22、流道支撑体23、钻头短接24和密封阀25连接成另一个整体B，钻头短接24下部连接钻头；

2.当钻井过程中由钻柱纵向振动产生的力大于碟簧8的预载荷时，整体A在该力的作用下相对于整体B向下运动压缩碟簧8。同时，随着柱塞16相对于整体B向下移动，球阀20堵住柱塞16内的流道，挤压增压缸18内的钻井液，形成高压流体，待此高压流体压力大于密封阀25预定压力时，密封阀25打开，高压流体流经高压流道21从钻头的高压喷嘴喷出，协助钻头破碎岩石，以帮助破岩，从而提高钻速。

3.当碟簧8复位时，球阀20打开，柱塞16内可以流入钻井液，开始下一个冲程。

4.钻井过程中，钻井液从分流传压接头14分流，一部分流入柱塞16内部的流道，形成高压钻井液，另一部分通过分流传压接头14下部开的分流孔流入增压缸18和增压总成外筒13形成的环空，再流经增压缸18和流道支撑体23开的分流孔流出。

5.惯性块10表面均涂有弹性胶泥。当进行钻井时，减振器整体和惯性块一起旋转、振动，而在惯性块10和减振器整体之间的弹性胶泥黏度很大，会阻碍惯性块10的旋转，且由于惯性块10自身具有一定的惯性，惯性块10的运动会比减振器其他部件的运动滞后或提前一些，因此惯性块10和减振器其他部件会存在相对运动。钻井过程中的扭转振动被弹性胶泥的内摩擦阻尼吸收，使得扭转振动消除或减轻。

如此，柱塞16将在增压缸18内做上下往复运动，反复周期性地提供高压钻井液。即减少了钻井过程中的纵向振动和扭转振动，又可以利用纵向振动作为动力源对部分钻井液增压，实现辅助破岩。

本发明使用弹性胶泥代替硅油，使用碟簧、附有弹性胶泥的惯性块作为减振主体，实现减振功用。弹性胶泥是由聚硅氧烷、填充剂、抗压剂、增塑剂和着色剂等组成的未交联共混物，具有极高的阻尼性和粘弹性，用于代替常见的硅油。同时本装置将钻井过程中的钻柱纵向振动作为能量来源，通过钻柱的纵向振动带动柱塞上下运动，利用柱塞上下运动压缩部分钻井液使之增压，得到高压钻井液用来辅助破岩。这样设计的井下减振装置不仅可以起到减振的作用，也可以利用钻井过程中的纵向振动实现高压射流辅助破岩。

Claims (6)

1.一种井下减振器，其特征在于：这种井下减振器包括整体A、蝶簧（8）、整体B、弹性块，上部转换接头（1）、花键芯轴（2）、花键限位螺母（7）、分流传压接头（14）、过滤器（15）、柱塞（16）和球阀（20）连接成整体A，上部转换接头（1）、花键芯轴（2）、分流传压接头（14）、柱塞（16）从下到下依次连接并形成中心流道，花键限位螺母（7）紧固在花键芯轴（2）外，柱塞（16）上端伸入到分流传压接头（14）内，过滤器（15）设置在柱塞（16）上端，柱塞（16）下端设置球阀（20），柱塞（16）内部孔道在底部和球阀（20）阀腔相通，球阀（20）阀腔底部安装弹簧，钢球自由落在弹簧上；第一密封压套（3）、第一密封总成（4）、花键外筒（5）、碟簧保护筒（6）、下封堵接头（9）、第二密封总成（11）、第二密封压套（12）、增压总成外筒（13）、第三密封压套（17）、增压缸（18）、超高压密封总成（19）、高压流道（21）、密封件（22）、流道支撑体（23）、钻头短接（24）和密封阀（25）连接成整体B，增压缸（18）位于增压总成外筒（13）中下部，钻头短接（24）将高压流道（21）、流道支撑体（23）顶固在增压缸（18）下端，高压流道（21）头部伸入到增压缸（18）内腔，流道支撑体（23）位于增压缸（18）与高压流道（21）之间，高压流道（21）下端设置密封阀（25），密封阀（25）位于钻头短接（24）内；

整体A中的花键芯轴（2）上端从整体B中裸露出来，分流传压接头（14）位于增压总成外筒（13）上部，柱塞（16）伸入到增压缸（18）中；蝶簧（8）设置于蝶簧保护筒（6）内且位于花键限位螺母与下封堵接头（9）上端面之间，惯性块（10）通过第二密封总成（11）、第二密封压套（12）被封闭在下封堵接头（9）内，惯性块（10）外表均匀涂有弹性胶泥；分流传压接头（14）设置有径向分流孔与轴向分流孔，轴向分流孔与增压总成外筒（13）内腔相通，密封压套具有两端均与增压总成外筒（13）内腔相通的过流孔，增压总成外筒（13）内腔与钻头短接（24）内腔相通；

所述的第二密封总成（11）和惯性块（10）直接接触，第二密封总成的上表面光滑。

2.根据权利要求1所述的井下减振器，其特征在于：所述的弹性胶泥是由聚硅氧烷、填充剂、抗压剂、增塑剂和着色剂组成的未交联共混物。

3.根据权利要求2所述的井下减振器，其特征在于：所述的花键芯轴（2）与花键外筒（5）通过62键均布的花键连接。

4.根据权利要求3所述的井下减振器，其特征在于：所述的分流传压接头（14）下端开有4个径向分流孔和4个轴向分流孔，它们将钻井液分成两部分，一部分钻井液流入过滤器（15）内，另一部分钻井液流入增压总成外筒（13）内腔。

5.根据权利要求4所述的井下减振器，其特征在于：所述的密封件（22）为橡胶制作而成的，流道支撑体（23）上端口内径小于密封件内径，使得流道支撑体（23）和高压流道（21）配合时挤压密封件（22）。

6.根据权利要求5所述的井下减振器，其特征在于：所述的第三密封压套（17）、增压缸（18）以及流道支撑体（23）均开有4个过流孔，将增压总成外筒（13）内腔与钻头短接（24）内腔导通。

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