CN111503216B - 一种随钻仪器用自调节阻尼减振器及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自调节阻尼减振器，尤其涉及一种随钻仪器用自调节阻尼减振器及其调节方法。所述自调节阻尼减振器包括振动监测及控制器短节和减振器本体；振动监测及控制器短节安装在井下随钻仪器内部，减振器本体的一端与振动监测及控制器短节通过绝缘连接件连接，且连接处设有绝缘垫，另一端与需要减振的传感器或电路板短节连接，且减振器本体内部设有采用电活性聚合物为阻尼调节层，通过控制施加电压的大小，即可实现阻尼调节，具有反应速度快，控制精度高。本发明的自调节阻尼减振器其能够根据井下振动、温度的变化，调节减振器阻尼，从而使减振器固有频率避开或者远离井下随钻仪器振动频率，以免发生共振，从而使减振器达到最佳的减振效果。

Description

一种随钻仪器用自调节阻尼减振器及其调节方法

技术领域

本发明涉及阻尼减振器，尤其涉及一种随钻仪器用自调节阻尼减振器及其调节方法。

背景技术

目前，随钻仪器用于井下工作，作业环境十分恶劣，集聚高温、高压力、强振动、强冲击，所以高精度传感器、复杂精密电路板在这种环境下工作需要减振器进行减振，从而提高传感器、电路板寿命，降低井下工作故障率。而现有技术中减振器是采用普通橡胶制成，而普通橡胶减振器一旦设计完成后橡胶刚度、阻尼固定，因此减振器的固有频率也固定，当井下振动与减振器固有频率接近时，容易发生共振，起不到很好的减振效果。井下振动及其复杂，并且频率不定，减振器无法适应每一种工况。当井下温度升高时，减振器橡胶刚度、阻尼发生变化，减振器容易失效，起不到很好的减振效果。

发明内容

本发明公开了一种随钻仪器用自调节阻尼减振器，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种随钻仪器用自调节阻尼减振器，所述自调节阻尼减振器包括振动监测及控制器短节和减振器本体；

所述振动监测及控制器短节，用于监测井下随钻仪器不同工况下的振动频率，并对振动频率进行分析，并控制所述减振器本体；

所述减振器本体，用于吸收振动能量、加速振动衰减，并且能够根据振动监测及控制器短节的指令改变减振阻尼系数，实现改变固有频率，避免发生共振；

其中，所述振动监测及控制器短节安装在所述井下随钻仪器内部，所述减振器本体的一端与振动监测及控制器短节通过绝缘连接件连接，另一端与需要减振的短节连接。

进一步，所述减振器本体包括减振器壳体、减振器内芯、阻尼调节层和止转棒；

所述减振器壳体一端与所述需要减振的传感器或电路板短节连接，另一端的内部设有阻尼调整腔，所述阻尼调整腔内部设有限位凸台，靠近所述阻尼调整腔端部的侧壁上设有限位环槽内；

所述阻尼调节层包覆在所述减振器内芯的外侧壁上，且所述减振器内芯一端插入到所述阻尼调整腔内部，且插入到所述阻尼调整腔的所述减振器内芯上设有止转棒固定通孔和所述限位凸台配合的双凸台，所述止转棒插入到所述止转棒固定通孔内，两端分别插入到所述限位环槽内,所述止转棒能够沿着所述限位环槽转动；

所述减振器内芯另一端与所述振动监测及控制器短节连接。

进一步，所述减振器壳体包括第一减振器半瓦和第二减振器半瓦；

其中，所述第一减振器半瓦和第二减振器半瓦的横截面呈半圆形，端面上分别设有凸台和凹槽，所述凸台与所述凹槽相互配合，实现第一减振器半瓦和第二减振器半瓦相互限位。

进一步，所述阻尼调节层的厚度为2-5mm。

进一步，所述阻尼调节层的材质为电活性聚合物。

进一步，所述绝缘垫和绝缘连接件的材质为高强度PEEK材料。

进一步，所述振动监测及控制器短节包括结构体、电源模块、X轴振动加速度计、Y轴振动加速度计、Z轴振动加速度计、温度传感器和控制器；

其中，所述X轴振动加速度计、Y轴振动加速度计、Z轴振动加速度计、电源模块、温度传感器和控制器均设置在所述结构体上；

所述X轴振动加速度计、Y轴振动加速度计、Z轴振动加速度计、电源模块和温度传感器均与所述控制器连接，所述结构体的一端与所述减振器内芯的一端固接。

一种随钻仪器，所述随钻仪器内安装上述自调节阻尼减振器，以实现阻尼自动调节。

本发明的另一目的是提供一种采用上述的自调节阻尼减振器的调节方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1)根据限定时间实时采集井下随钻仪器在不同温度下的振动频率，作为此时井下环境振动频率x；

S2)将采集的所述井下随钻仪器不同温度下的振动频率x与上一次调节的减振器固有振动频率y进行对比；

S3)根据对比结果，判断是否需要对减振器固有振动频率y进行调整，以避免发生共振(即x≠y)。

进一步，所述S2)中的对比判断依据是：

若y≤0.6x，且y≥1.4x，则对减振器固有振动频率y不做调整；

若0.6x＜y＜x，则将减振器固有振动频率调整至y＝1.4x；

若x＜y＜1.4x，则将减振器固有振动频率调整至y＝0.6x。

进一步，所述S1)中的所述此时井下环境振动频率为：截取采用的井下随钻仪器振动频率中波动率≤10％的振动频率。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的自调节阻尼减振器其能够根据井下振动、温度的变化，调节减振器阻尼，从而使减振器固有频率避开或者远离井下环境振动频率，以免发生共振，从而使减振器达到最佳的减振效果。

附图说明

图1为本发明一种随钻仪器用自调节阻尼减振器的结构示意图。

图2为本发明一种随钻仪器用自调节阻尼减振器的A向剖面结构示意图。

图3为本发明一种随钻仪器用自调节阻尼减振器的B向剖面结构示意图。

图4为本发明一种随钻仪器用自调节阻尼减振器的C向剖面结构示意图。

图中：

1.振动监测及控制器短节、2.减振器本体、3.减振器内芯、3.1.止转棒固定通孔、3.2.双凸台、4.阻尼调节层、5.绝缘垫、6.绝缘连接件、7.X轴振动加速度计、8.电源模块、9.结构体、10.控制器、11.止转棒、12.Z轴振动加速度计、13.Y轴振动加速度计、14.温度传感器、15.阻尼调节腔、15.1.限位凸台、15.2.限位环槽、16.减振器壳体、16.1.第一减振器半瓦、16.2.第二减振器半瓦、16.3.凸台、16.4.凹槽、17.需要减振的传感器或电路板短节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1-图2所示，本发明一种随钻仪器用自调节阻尼减振器，所述自调节阻尼减振器包括振动监测及控制器短节1和减振器本体2；

所述振动监测及控制器短节1，用于监测井下随钻仪器不同工况下的振动频率，并对振动频率进行分析，并控制所述减振器本体2；

所述减振器本体2，用于吸收振动能量、加速振动衰减，并且能够根据振动监测及控制器短节1的指令改变减振阻尼系数，实现改变固有频率，避免发生共振；

其中，所述振动监测及控制器短节1安装在所述井下随钻仪器内部，所述减振器本体2的一端与振动监测及控制器短节1通过绝缘连接件6连接，另一端与需要减振的短节17连接。

所述减振器本体2包括减振器壳体16、减振器内芯3、阻尼调节层4和止转棒11；

所述减振器壳体16一端与所述需要减振的传感器或电路板短节15连接，另一端的内部设有阻尼调整腔15，所述阻尼调整腔15内部设有限位凸台15.1，靠近所述阻尼调整腔15端部的侧壁上设有限位环槽15.2内；

所述阻尼调节层4均匀包覆在所述减振器内芯3的外侧壁上，且所述减振器内芯3一端插入到所述阻尼调整腔15内部，且插入到所述阻尼调整腔的所述减振器内芯3上设有止转棒固定通孔3.1与所述限位凸台15.1配合的双凸台3.2，所述止转棒11插入到所述止转棒固定通孔3.1内，两端分别插入到所述限位环槽15.1内,止转棒11能够沿着所述限位环槽15.1转动；

所述减振器内芯3另一端与所述振动监测及控制器短节2连接。

所述减振器壳体16由第一减振器半瓦16.1和第二减振器半瓦16.2组成；

其中，所述第一减振器半瓦16.1和第二减振器半瓦16.2的横截面均呈半圆形，端面上分别设有凸台16.3和凹槽16.4，所述凸台16.3与所述凹槽16.4相互配合，实现第一减振器半瓦16.1和第二减振器半瓦16.2相互限位。

所述阻尼调节层4的厚度为2-5mm。

所述阻尼调节层4的材质为电活性聚合物。

所述绝缘垫5和绝缘连接件6的材质为高强度PEEK材料。

所述振动监测及控制器短节2包括结构体9、电源模块8、X轴振动加速度计、7Y轴振动加速度计12、Z轴振动加速度计13、温度传感器14和控制器10；

其中，所述X轴振动加速度计7、Y轴振动加速度计12、Z轴振动加速度计13、电源模块8、控制器均10和温度传感器14设置在所述结构体9上，所述X轴振动加速度计7、Y轴振动加速度计12、Z轴振动加速度计13、电源模块8、控制器均10和温度传感器14均与所述控制器10连接，所述结构体9一端与所述减振器内芯3的一端固接，如图3-图4所示。

一种采用上述的自调节阻尼减振器的调节方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1)根据限定时间实时采集井下随钻仪器在不同温度下的振动频率，作为此时井下环境振动频率x；

S2)将采集的所述井下随钻仪器不同温度下的振动频率x与上一次调节后的减振器固有振动频率y进行对比；

S3)根据对比结果，判断是否需要对减振器固有振动频率y进行调整，以避免发生共振。

所述S2)中的对比判断依据是：

若y≤0.6x，且y≥1.4x，则对减振器固有振动频率y不做调整；

若0.6x＜y＜x，则将减振器固有振动频率调整至y＝1.4x；

若x＜y＜1.4x，则将减振器固有振动频率调整至y＝0.6x。

所述S1)中的所述此时井下环境振动频率x为：截取采用的井下随钻仪器振动频率中波动率≤10％的振动频率。

实施例：

如图1-图2所示，一种随钻仪器用自调节阻尼减振器，减振器壳体16包括第一减振器半瓦16.1与第二减振器半瓦16.2，且凸台16.3与所述凹槽16.4相互配合实现限位，用于放置阻尼调节层4，阻尼调节层4分为尺寸相同的两片，包裹安装在减振器内芯3上，阻尼调节层4外圆配合镶嵌安装在减振器半瓦16.1与减振器半瓦16.2内部的阻尼调节腔15内，阻尼调节层4径向厚度均匀，与减振器内芯3配合能够很好起到径向减振作用。

减振器内芯3上设有止转棒固定通孔3.1，止转棒11穿过止转棒固定通孔3.1，两端分别插入到所述限位环槽15.1内,止转棒11可沿着所述限位环槽15.1转动用于防止减振器内芯3相对于减振器半瓦旋转，其也被两片阻尼调节层4包裹，止转棒11与阻尼调节层4配合能够很好起到周向减振作用。

减振器内芯3设有双凸台3.1，双凸台3.1、限位凸台15.1和阻尼调节层4配合能够很好起到轴向减振作用。

所述阻尼调节层4采用电活性聚合物，电活性聚合物也是介电弹性体，是一种智能材料，具有特殊的电性能，电源模块8一路输出的正负极分别与减振器内芯3和减振器壳体16连接，当施加电压发生变化时，阻尼调整腔15内的电活性聚合物阻尼调节层受到电刺激后产生形变，改变减振器本体1的阻尼，从而改变减振器固有频率，其特点是反应速度快，控制精度高。

减振器本体2一端与需要减振的传感器或电路板短节10连接。

减振器本体2另一端与振动监测及控制器短节连接2，连接时中间垫有绝缘垫5，通过6个绝缘连接件6紧固在一起，绝缘垫5和绝绝缘连接件6作用是使安装结构体9与减振器内芯3绝缘，绝缘垫5和绝缘连接件6采用高强度PEEK材料，这种材料绝缘性好、强度高，材料性能受温度影响小。

振动监测及控制器短节2包括结构体9、电源模块8、X轴振动加速度计7、Y轴振动加速度计13、Z轴振动加速度计12、控制器10和温度传感器14，

X轴振动加速度计7、Y轴振动加速度计13、Z轴振动加速度计12电路板用螺钉固定在安装结构体9上，三轴加速度计用于检测井下环境振动，其敏感轴方向是垂直于加速度计芯片方向。

温度传感器14，用于井下环境温度的监测。

控制器10用于采集三轴加速度计上的监测数据、温度传感器14上的监测数据。

自调节阻尼减振器通过地面振动实验，在不同环境温度下，得到减振器内芯3与减振器半瓦之间施加电压大小与减振器发生共振时固有频率，并将得到的数据写入控制器10分析处理。

控制器10将三轴加速度计的监测数据、井下环境温度的监测数据与预先写入的不同温度下减振器发生共振时固有频率随电压变化曲线进行对比。控制电路选择在现有井温下减振器固有频率避开或者远离井下环境振动频率所对应的电压值。

当需要对减振器固有频率进行调整时，截取井下环境振动频率波动≤10％的比较平稳的一段数据，将所得数据平均后作为此时井下环境振动频率，设置为x。

将此时井下环境振动频率x与此时的减振器固有频率y进行比对，若y≤0.6x或若Y≥1.4x，则此时减振器固有频率不做调整；若0.6x＜y＜x，则减振器固有频率调整至Z＝1.4x；若x＜y＜1.4x，则减振器固有频率调整至Z＝0.6x。

根据现在的井温，将减振器固有频率目标值Z与预先写入的不同温度下减振器发生共振时固有频率随电压变化曲线进行对比，得出所对应的电压值，根据得到的电压值对减振器壳体15与减振器内芯3之间施加电压值进行调整。

根据钻井速度温升及钻井环境变化，设置每间隔2小时进行一次减振器固有频率的调整，如果井况复杂或者钻井速度较快时，可以适当缩短调整时间。

电源模块8为多路输出电源模块，分别为X轴振动加速度计7、Y轴振动加速度计13、Z轴振动加速度计12、控制器10、减振器本体2供电。

当随钻仪器在井下工作时，控制器10上的采集电路采集X轴振动加速度计7、Y轴振动加速度计13、Z轴振动加速度计12上的振动监测数据，以及温度传感器14上监测的井下环境温度，通过控制器10上的处理电路对采集数据进行处理，并将处理后数据与控制器10上预写的不同温度下减振器发生共振时固有频率随电压变化数据进行对比，从而选择在现有井温下能使减振器固有频率避开或者远离井下环境振动频率所对应的电压值，通过控制器10上的控制电路控制电源模块8，将获取的电压值施加在减振器壳体16与减振器内芯3之间，从而实现自调节阻尼减振器达到最佳的减振效果。

以上对本申请实施例所提供的一种随钻仪器用自调节阻尼减振器及其调节方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (7)

1.一种随钻仪器用自调节阻尼减振器，其特征在于，所述自调节阻尼减振器包括振动监测及控制器短节和减振器本体；

所述振动监测及控制器短节，用于监测井下随钻仪器不同工况下的振动频率，并对振动频率进行分析，并控制所述减振器本体；

所述减振器本体，用于吸收振动能量、加速振动衰减，并且能够根据振动监测及控制器短节的指令改变减振阻尼系数；

其中，所述振动监测及控制器短节安装在所述井下随钻仪器内部，所述减振器本体的一端与振动监测及控制器短节通过绝缘垫和绝缘连接件连接，另一端与需要减振的短节连接；所述减振器本体包括减振器壳体、减振器内芯、阻尼调节层和止转棒；

所述减振器壳体一端与所述需要减振的传感器或电路板短节连接，另一端的内部设有阻尼调整腔，所述阻尼调整腔内部设有限位凸台，靠近所述阻尼调整腔端部的侧壁上设有限位环槽；

所述阻尼调节层包覆在所述减振器内芯的外侧壁上，且所述减振器内芯一端插入到所述阻尼调整腔内部，且插入到所述阻尼调整腔的所述减振器内芯上设有止转棒固定通孔和所述限位凸台配合的双凸台，所述止转棒插入到所述止转棒固定通孔内，两端分别插入到所述限位环槽内,所述止转棒能够沿着所述限位环槽转动；

所述减振器内芯另一端与所述振动监测及控制器短节连接；

所述减振器壳体包括第一减振器半瓦和第二减振器半瓦；

其中，所述第一减振器半瓦和第二减振器半瓦的横截面呈半圆形，端面上分别设有凸台和凹槽，所述凸台与所述凹槽相互配合，实现第一减振器半瓦和第二减振器半瓦相互限位；

所述阻尼调节层的材质为电活性聚合物。

2.根据权利要求1所述的自调节阻尼减振器，其特征在于，所述阻尼调节层的厚度为2-5mm。

3.根据权利要求1所述的自调节阻尼减振器，其特征在于，所述绝缘垫和绝缘连接件的材质为高强度PEEK材料。

4.根据权利要求1所述的自调节阻尼减振器，其特征在于，所述振动监测及控制器短节包括结构体、电源模块、X轴振动加速度计、Y轴振动加速度计、Z轴振动加速度计、温度传感器和控制器；

其中，所述X轴振动加速度计、Y轴振动加速度计、Z轴振动加速度计、电源模块、温度传感器和控制器均设置在所述结构体上；

所述X轴振动加速度计、Y轴振动加速度计、Z轴振动加速度计、电源模块和温度传感器均与所述控制器连接，所述结构体的一端与所述减振器内芯的一端固接。

5.一种采用如权利要求1-4任意一项所述的自调节阻尼减振器的调节方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

S1）根据限定时间实时采集井下随钻仪器在不同温度下的振动频率，作为此时井下环境振动频率x；

S2）将采集的所述井下随钻仪器不同温度下的振动频率x与上一次调节的减振器固有振动频率y进行对比；

S3）根据对比结果，判断是否需要对减振器固有振动频率y进行调整，以避免发生共振。

6.根据权利要求5所述的调节方法，其特征在于，所述S2）中的对比判断依据是：

若y≤0.6x，且y≥1.4x，则对减振器固有振动频率y不做调整；

若0.6x＜y＜x，则将减振器固有振动频率调整至y=1.4x；

若x＜y＜1.4x，则将减振器固有振动频率调整至y=0.6x。

7.根据权利要求5所述的调节方法，其特征在于，所述S1）中的所述此时井下环境振动频率x为：截取采用的井下随钻仪器振动频率中波动率≤10%的振动频率。

Images