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田宗正
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赵建军
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尹慧博
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Abstract

本发明提出了一种用于钻井的隔震装置，包括筒状的外壳、设置在外壳的下端，以及并能与外壳部分套接的筒状的芯轴，其中，芯轴构造为能相对于外壳周向转动和轴向移动，在使用过程中，该装置设置在钻具的中和点上部，吸收上部钻杆和下部钻头的轴向振动，防止钻具共振，保护上部钻柱，改善底部钻具受力状况，以促使钻头平稳工作，保护钻头，延长寿命，提高机械钻速；并且，该装置结构简单，实用性强，自身长度比较短。

Description

一种用于钻井的隔震装置
技术领域
本发明涉及油气井钻探工程技术领域，具体涉及一种用于钻井的隔震装置。
背景技术
随着深井、超深井及大位移水平井的勘探开发，钻遇地层复杂性不断增加。在钻井过程中，由于地层软硬交变，上部钻杆轴向振动和下部钻头跳钻现象严重，极易引起上下振动耦合发生共振，造成钻柱疲劳破坏，缩短钻头寿命，降低机械钻速，引发钻井事故。
尤其是三牙轮钻头的切削动作、高低不平井底会在硬地层垂直钻井过程中产生频繁跳钻，即便使用固定切削齿的PDC钻头也会产生跳钻。钻遇复杂地层(如砾石层、软硬夹层、不均质硬地层等)、井底存在掉块或落物、钻头发生其它形式的不稳定工作状态等情形时钻头也容易发生跳钻。跳钻会造成钻压不断变化，甚至使钻头反复离开和冲击井底，这会使钻柱承受高频交变拉压应力。跳钻会加剧钻头的不稳定工作状态，造成钻头的先期损坏和钻柱的疲劳破坏，这不但降低了钻头的破岩效率、机械钻速和钻头的使用寿命，造成井下落物等井下复杂和故障，还会对钻井设备产生很大危害。当跳钻诱发钻柱共振时，更为剧烈的井下振动产生的破坏威力将更大。
现有技术中，当发生跳钻时，现场首先会调整钻井参数降低或排除跳钻，但是这会造成钻井效率的降低。另外，单纯调整钻井参数所起到的效果较差。
由此，发明一种用于钻井的隔震装置是亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于钻井的隔震装置。该装置安装在钻柱内，可以吸收钻柱中的振动，消除或减少钻具轴向、周向振动带来的危害，减少跳钻，提高钻井工作效率和降低异常钻井事故发生的概率，缩短钻井周期，降低钻井成本。
根据本发明，提出了一种用于钻井的隔震装置，包括：
筒状的外壳，
设置在外壳的下端，并能与外壳部分套接的筒状的芯轴，
其中，芯轴构造为能相对于外壳周向转动和轴向移动。
在一个实施例中，芯轴的上端能延伸到外壳的内腔中，并在外壳的内壁上设置螺旋槽而在芯轴的外壁上设置能与螺旋槽相配合的螺旋齿。
在一个实施例中，在芯轴的上端的外壁上径向部分嵌入式设置挡块，在芯轴相对于外壳下移过程中，挡块能与设置在外壳的内壁上的第一台阶面匹配。
在一个实施例中，在挡块的外壁上嵌入式设置位于挡块与外壳之间的第一密封圈，在外壳的下端的内壁上嵌入式设置位于外壳和芯轴之间的第二密封圈。
在一个实施例中，在外壳的下端的内壁上嵌入式设置位于外壳和芯轴之间的刮子组件，刮子组件位于第二密封圈的下端。
在一个实施例中，刮子组件包括：
嵌入式设置在外壳的内壁上的支撑环，支撑环的轴向截面的两边线在从外到内的方向上彼此靠拢，
包覆式设置在支撑环的内侧的橡胶体，
其中，橡胶体与支撑环通过硫化加工为一体件。
在一个实施例中，在橡胶体的内侧间隔式设置多个凸出环，在从上到下的方向上，凸出环的高度逐渐增加。
在一个实施例中，在芯轴的壁上设置内外连通的连通孔，连通孔设置在螺旋齿下尾处。
在一个实施例中，在芯轴上固定设置有位移传感器、加速度传感器和分别与位移传感器和加速度传感器信号连接的记录仪。
在一个实施例中，外壳构造为分体件并包括轴向上通过密封螺纹连接的上接头和位于上接头的下端的中心筒。
与现有技术相比，本发明的优点在于，在使用过程中，该装置设置在钻具的中和点上部，吸收上部钻杆和下部钻头的轴向振动，防止钻具共振，保护上部钻柱，改善底部钻具受力状况，以促使钻头平稳工作，保护钻头，延长寿命，提高机械钻速；并且，该装置结构简单，实用性强，自身长度比较短。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于钻井的隔震装置；
图2显示了根据本发明的一个实施例刮子体组件；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于钻井的隔震装置。如图1所示，用于钻井的隔震装置包括外壳1和芯轴2。其中，外壳1构造为筒状，并用于连接上部钻杆。芯轴2自身为筒状，并设置在外壳1的下端，且能与外壳1部分套接。在使用过程中，芯轴2用于连接下部钻杆。芯轴2构造为能相对于外壳1周向转动和轴向移动，以消除隔震装置的上、下部钻杆的双方的振动的耦合，并吸收上部钻杆和下部钻杆的轴向振动，防止钻具共振，保护上部钻柱，改善底部钻具受力状况，以促使钻头平稳工作，保护钻头，延长钻具的寿命。
在一个实施例中，芯轴2的上端能延伸到外壳1的内腔中。在外壳1的内壁上设置螺旋槽11。同时，在芯轴2的外壁上设置能与螺旋槽11相配合的螺旋齿21。通过上述设置，在将该装置设置在钻具上后，当发生振动是，上部钻杆与下部钻杆可以螺旋式相对运动，以吸收振动，保护钻具。
外壳1构造为分体件。也就是，外壳1包括轴向上通过密封螺纹连接的上接头12和位于上接头12的下端的中心筒13。在芯轴2的上端的外壁上设置挡块3，该挡块3径向方向上部分嵌入到芯轴2的外壁上。同时，在外壳1的内壁上的第一台阶面14。在芯轴2相对于外壳1下移过程中，挡块3能与第一台阶面14匹配，从而限定芯轴2进一步下移。
在一个实施例中，在挡块3的外壁上嵌入式设置位于挡块3与外壳1之间的第一密封圈4，用于保证挡块3与外壳1之间的密封。在外壳1的下端的内壁上嵌入式设置位于外壳1和芯轴2之间的第二密封圈5，用于保证外壳1和芯轴2之间的密封，防止外部泥浆进入到两者之间并避免两者之间的钻井液漏失。
在一个实施例中，在外壳1的下端的内壁上嵌入式设置位于外壳1和芯轴2之间的刮子组件6，用于在芯轴2相对于外壳1运动时，除去芯轴2上的泥浆。该刮子组件6位于第二密封圈5的下端。优选地，如图2所示，刮子组6包括支撑环61和橡胶体62。支撑环61嵌入到外壳1的下端的内壁上，主要起支撑作用，其轴向截面的两边线在从外到内的方向上彼此靠拢。也就是说，支撑环61的截面构造为大体的锥状。橡胶体62包覆式设置在支撑环61的内侧，并通过硫化设置在支撑环61上。进一步优选地，在橡胶体62的内侧间隔式设置多个凸出环63。在从上到下的方向上，多个凸出环63的高度逐渐增加。这种设置能保证有效的去除芯轴2上的泥浆，并且多个凸出环62还起到了抗磨损增加使用寿命的作用。
在芯轴2的壁上设置内外连通的连通孔22，且该连通孔22设置在螺旋齿21的下尾处。通过设置该连通孔22，避免当芯轴2上下移动时，在螺旋齿21与螺旋槽11处所形成的空间内，形成真空而影响芯轴2上下活动的自如性。
在一个实施例中，在芯轴2上固定设置有位移传感器(图中未示出)、加速度传感器(图中未示出)和分别与位移传感器和加速度传感器信号连接的记录仪(图中未示出)。待装置出井后，获取记录仪的数据，得到装置在井下的工作情况，为分析该地区地层信息提供数据支持，为后期施工的钻头选型、施工参数优化以及工具结构改进提供指导。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于钻井的隔震装置，其特征在于，包括：
筒状的外壳，
设置在所述外壳的下端，并能与所述外壳部分套接的筒状的芯轴，
其中，所述芯轴构造为能相对于所述外壳周向转动和轴向移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述芯轴的上端能延伸到所述外壳的内腔中，并在所述外壳的内壁上设置螺旋槽而在所述芯轴的外壁上设置能与所述螺旋槽相配合的螺旋齿。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述芯轴的上端的外壁上径向部分嵌入式设置挡块，在所述芯轴相对于所述外壳下移过程中，所述挡块能与设置在所述外壳的内壁上的第一台阶面匹配。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述挡块的外壁上嵌入式设置位于所述挡块与所述外壳之间的第一密封圈，在所述外壳的下端的内壁上嵌入式设置位于所述外壳和所述芯轴之间的第二密封圈。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述外壳的下端的内壁上嵌入式设置位于所述外壳和所述芯轴之间的刮子组件，所述刮子组件位于所述第二密封圈的下端。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述刮子组件包括：
嵌入式设置在所述外壳的内壁上的支撑环，所述支撑环的轴向截面的两边线在从外到内的方向上彼此靠拢，
包覆式设置在所述支撑环的内侧的橡胶体，
其中，所述橡胶体与所述支撑环通过硫化加工为一体件。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述橡胶体的内侧间隔式设置多个凸出环，在从上到下的方向上，所述凸出环的高度逐渐增加。
8.根据权利要求4到7中任一项所述的装置，其特征在于，在所述芯轴的壁上设置内外连通的连通孔，所述连通孔设置在所述螺旋齿下尾处。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的装置，其特征在于，在所述芯轴上固定设置有位移传感器、加速度传感器和分别与所述位移传感器和加速度传感器信号连接的记录仪。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳构造为分体件并包括轴向上通过密封螺纹连接的上接头和位于所述上接头的下端的中心筒。
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