CN113338818A - 机械液压式高效减震器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油、地质的钻井设备技术领域，尤其涉及一种机械液压式高效减震器及其使用方法。本发明要解决的技术问题是减震效果较差，且无法有效的吸收井下复杂的动载荷，和减震装置使用寿命较短。为了解决上述技术的问题，本发明提供了一种机械液压式高效减震器，本发明由芯轴、外套壳机构和延长机构组成，本发明通过内花键和外花键的设置，传递上部扭矩给下部钻具，在钻头切削过程中出现跳动时，轴向压力增大，可通过防掉帽向下推动碟簧组压缩，从而形成缓冲作用，阻挡了大部分轴向跳动冲击向上部钻柱传递，有效的提高了钻头的使用寿命，并提高了钻井施工的工作效率，通过阀芯可使油液从油腔上端流向油腔下端时，阀芯将单流油孔封堵。

Description

机械液压式高效减震器
技术领域
本发明涉及石油、地质的钻井设备技术领域，具体为一种机械液压式高效减震器。
背景技术
目前，减震器广泛用于石油钻井领域，特别在一些硬地层段，跳钻特别严重的情况下，使用减震器能有效保护钻头、提高钻柱和地面设备的安全性。常规的减震器一般有机械和液压两种结构形式，机械式减震器一般采用碟形弹簧或环形弹簧作为弹性元件，液压式减震器一般采用硅油作为弹性介质。
现有技术中至少存在如下问题没有得到解决：1、以上两种减震器都只属于弹簧的不同结构形式罢了，能在钻头弹跳时起到缓冲作用，但减震效果并不理想，钻头在破碎岩石时会产生剧烈的震动，减少了钻头和钻柱的使用寿命，延长了钻井周期；2、且在弹性元件复原过程可能会产生二次跳动或共振，常规减震器能缓解或弱化下部跳钻对上部钻柱的影响，但不能完全阻隔这种跳动，从而使螺杆钻具及钻头受复杂的动载性破坏，导致钻具断裂；3、减震器单一结构的弹性元件在长期高频的使用下，磨损较为严重，极大地降低了使用寿命，提高了工程成本。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种机械液压式高效减震器，解决了减震效果较差，且无法有效的吸收井下复杂的动载荷，和减震装置使用寿命较短的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种机械液压式高效减震器，包括芯轴，所述芯轴上从上到下依次活动套接有外套壳机构、防掉帽、碟簧组和延长机构，且延长机构活动套接在外套壳机构内。
优选的，所述外套壳机构包括花键套，且花键套活动套接在芯轴上，所述花键套的下半端上螺纹套接有上缸套，且上缸套内壁的下半端螺纹套接有下缸套，且下缸套内壁的下半端螺纹套接有下接头，所述防掉帽和碟簧组均活动套接在上缸套内，所述花键套内壁的上半端开设有第一密封组，且下缸套和下接头内壁的上半端分别开设有第二密封组和第三密封组，所述下缸套内开设有油腔，且延长机构活动套接在油腔内，所述花键套和下缸套的外壁均开设有贯穿至其内壁的注油孔，且注油孔内活动嵌套有油堵，所述花键套内壁的下半端固定嵌套有内花键，所述芯轴上固定套接有外花键，且内花键活动套接在外花键内壁并与其啮合。
优选的，所述延长机构包括延长轴，且延长轴活动套接在油腔内，所述延长轴上半端的顶部分别开设有贯穿至其底部的泄压油孔和单流油孔，且单流油孔内从上到下依次活动套接有丝堵、弹簧和阀芯，且延长轴外壁的上半端开设有第四密封组。
优选的，碟簧组的顶面与防掉帽的底面活动搭接，且碟簧组的底面与下缸套的顶面活动搭接。
优选的，延长轴的顶部开设有贯穿至其底部且侧截面为T型结构的内孔，所述芯轴的底端贯穿下缸套并插接在内孔的上半端。
优选的，防掉帽的外径为花键套内径的1.2倍，且防掉帽的内径为碟簧组内径的1.2倍。
优选的，单流油孔的数量为七个，且七个单流油孔与泄压油孔等距离径向设置在延长轴的顶部。
优选的，单流油孔的侧截面为直径从上到下依次减小的三段台阶结构，所述丝堵位于单流油孔的上半端。
(三)有益效果
本发明提供了一种机械液压式高效减震器，具备以下有益效果：
(1)、该一种机械液压式高效减震器通过内花键和外花键的设置，传递上部扭矩给下部钻具，在钻头切削过程中出现跳动时，轴向压力增大，可通过防掉帽向下推动碟簧组压缩，从而形成缓冲作用，阻挡了大部分轴向跳动冲击向上部钻柱传递，有效的提高了钻头的使用寿命，并提高了钻井施工的工作效率。
(2)、该一种机械液压式高效减震器通过丝堵、弹簧和阀芯的配合，可使油液从油腔上端流向油腔下端时，阀芯将单流油孔封堵，油液只能通过一个泄压油孔流动，流道面积很小，形成明显阻力，吸收大部分弹性势能，从而消除了碟簧组瞬间复原的二次弹跳，优化了减震效果，最大程度地阻隔了跳钻向上部钻柱的传递，更好地保护了钻头，达到高效减震的目的。
(3)、该一种机械液压式高效减震器通过碟簧组和延长机构的双重配合，可以减少钻头工作时产生震动的同时，也大大提高了延长了减震器的使用寿命，减小了工程预算的同时对钻井提速、提高效益具有明显效果。
附图说明
图1为本发明结构的正剖视图；
图2为本发明结构图1中A处的放大视图；
图3为本发明结构图1中B处的放大视图；
图4为本发明结构延长机构的正剖视图；
图5为本发明结构图4中C处的放大视图；
图6为本发明结构延长轴的俯视视图。
图中：1、芯轴；2、外套壳机构；201、花键套；202、上缸套；203、下缸套；204、下接头；205、第一密封组；206、第二密封组；207、第三密封组；208、油腔；209、注油孔；210、油堵；211、内花键；212、外花键；3、防掉帽；4、碟簧组；5、延长机构；501、延长轴；502、泄压油孔；503、单流油孔；504、丝堵；505、弹簧；506、阀芯；507、第四密封组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，一种机械液压式高效减震器，包括芯轴1，芯轴1上从上到下依次活动套接有外套壳机构2、防掉帽3、碟簧组4和延长机构5，且延长机构5活动套接在外套壳机构2内。
本发明中，外套壳机构2包括花键套201，且花键套201活动套接在芯轴 1上，花键套201的下半端上螺纹套接有上缸套202，且上缸套202内壁的下半端螺纹套接有下缸套203，且下缸套203内壁的下半端螺纹套接有下接头 204，防掉帽3和碟簧组4均活动套接在上缸套202内，花键套201内壁的上半端开设有第一密封组205，与芯轴1上端外圆面形成第一道密封，且下缸套 203和下接头204内壁的上半端分别开设有第二密封组206和第三密封组207，第二密封组206与芯轴1下端外圆面形成第二道密封，第三密封组207与延长轴501下部外圆配合，形成第三道密封，下缸套203内开设有油腔208，且延长机构5活动套接在油腔208内，花键套201和下缸套203的外壁均开设有贯穿至其内壁的注油孔209，且注油孔209内活动嵌套有油堵210，装配成品后，可通过该注油孔209其向内部腔体注油，花键套201内壁的下半端固定嵌套有内花键211，芯轴1上固定套接有外花键212，且内花键211活动套接在外花键内壁并与其啮合212。
本发明中，延长机构5包括延长轴501，且延长轴501活动套接在油腔 208内，延长轴501上半端的顶部分别开设有贯穿至其底部的泄压油孔502和单流油孔503，且单流油孔503内从上到下依次活动套接有丝堵504、弹簧505 和阀芯506，且延长轴501外壁的上半端开设有第四密封组507，第四密封组 507与下缸套203内孔的油腔208配合，形成第四道密封，四道密封将内部环腔隔成了三个油液腔，第一、二道密封之间注一定量的抗磨液压油，对内花键211、外花键212和碟簧组4起润滑作用，减小机械磨损，第二、四道和三、四道密封之间分别为油腔208上端和油腔208下端，需注满液压油，是减震储能油腔208。
本发明中，碟簧组4的顶面与防掉帽3的底面活动搭接，且碟簧组4的底面与下缸套203的顶面活动搭接，碟簧组4被限制在上缸套202以内、防掉帽3以下和下缸套203以上所形成的环形空腔里。
本发明中，延长轴501的顶部开设有贯穿至其底部且侧截面为T型结构的内孔，芯轴1的底端贯穿下缸套203并插接在内孔的上半端。
本发明中，防掉帽3的外径为花键套201内径的1.2倍，且防掉帽3的内径为碟簧组4内径的1.2倍，使花键套201下行位移被限制在防掉帽3以上部分，进而所有内部零件无法脱出外壳体，实现防掉功能。
本发明中，单流油孔503的数量为七个，且七个单流油孔503与泄压油孔502等距离径向设置在延长轴501的顶部。
本发明中，单流油孔503的侧截面为直径从上到下依次减小的三段台阶结构，丝堵504位于单流油孔503的上半端，丝堵504设置有通孔，阀芯506 在弹簧505的弹力作用下，被压紧在内孔台阶上，整体结构形成了一个单流阀，使得油液仅能从油腔208下端流向油腔208上端，所以，当油液从油腔 208上端流向下油腔208下端，只能通过以个泄压油孔502流动；当油液从油腔208下端流向油腔208上端时，就能通过七个单流油孔503和一个泄压油孔502流动。
本发明通过内花键211和外花键212的设置，传递上部扭矩给下部钻具，在钻头切削过程中出现跳动时，轴向压力增大，可通过防掉帽3向下推动碟簧组4压缩，从而形成缓冲作用，阻挡了大部分轴向跳动冲击向上部钻柱传递，有效的提高了钻头的使用寿命，并提高了钻井施工的工作效率，通过丝堵504、弹簧505和阀芯506的配合，可使油液从油腔208上端流向油腔208 下端时，阀芯506将单流油孔503封堵，油液只能通过一个泄压油孔502流动，流道面积很小，形成明显阻力，吸收大部分弹性势能，从而消除了碟簧组4瞬间复原的二次弹跳，优化了减震效果，最大程度地阻隔了跳钻向上部钻柱的传递，更好地保护了钻头，达到高效减震的目的，通过碟簧组4和延长机构5的双重配合，可以减少钻头工作时产生震动的同时，也大大提高了延长了减震器的使用寿命，减小了工程预算的同时对钻井提速、提高效益具有明显效果。
工作原理：本机械液压式高效减震器上部连接钻柱，下部连接钻头，在钻头切削过程中出现跳动时，减震器受到轴向压力增大，压缩碟簧组4，形成缓冲作用，阻挡了大部分轴向跳动冲击向上部钻柱传递，此过程中，通过延长机构5的设置，可将油腔208分为上下两部分空腔，当外套壳机构2整体向上移动时，其油腔208上端容积增大，下端容积减小，油液从油腔208下端流向上端，推动阀芯506向弹簧505的一侧移动，可同时通过七个单流油孔503和一个泄压油孔502流动，流道面积大，不形成明显阻力，当跳动卸去后，减震器所受轴向压力减小，碟簧组4迅速复原，此过程中，整个外套壳机构2下移，使油腔208下端容积增大，上端容积减小，油液从油腔208 上端流向下端，阀芯506对单流油孔503进行封堵，只能通过一个泄压油孔流动502，流道面积很小，形成明显阻力，吸收大部分弹性势能，从而消除了碟簧组4瞬间复原的二次弹跳，优化了减震效果，最大程度地阻隔了跳钻向上部钻柱的传递，同时，因为没有二次弹跳形成的钻头瞬时峰值压力，也更好地保护了钻头，达到高效减震的目的。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种机械液压式高效减震器，包括芯轴(1)，其特征在于：所述芯轴(1)上从上到下依次活动套接有外套壳机构(2)、防掉帽(3)、碟簧组(4)和延长机构(5)，且延长机构(5)活动套接在外套壳机构(2)内。
2.根据权利要求1所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：所述外套壳机构(2)包括花键套(201)，且花键套(201)活动套接在芯轴(1)上，所述花键套(201)的下半端上螺纹套接有上缸套(202)，且上缸套(202)内壁的下半端螺纹套接有下缸套(203)，且下缸套(203)内壁的下半端螺纹套接有下接头(204)，所述防掉帽(3)和碟簧组(4)均活动套接在上缸套(202)内，所述花键套(201)内壁的上半端开设有第一密封组(205)，且下缸套(203)和下接头(204)内壁的上半端分别开设有第二密封组(206)和第三密封组(207)，所述下缸套(203)内开设有油腔(208)，且延长机构(5)活动套接在油腔(208)内，所述花键套(201)和下缸套(203)的外壁均开设有贯穿至其内壁的注油孔(209)，且注油孔(209)内活动嵌套有油堵(210)，所述花键套(201)内壁的下半端固定嵌套有内花键(211)，所述芯轴(1)上固定套接有外花键(212)，且内花键(211)活动套接在外花键内壁并与其啮合(212)。
3.根据权利要求1、2所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：所述延长机构(5)包括延长轴(501)，且延长轴(501)活动套接在油腔(208)内，所述延长轴(501)上半端的顶部分别开设有贯穿至其底部的泄压油孔(502)和单流油孔(503)，且单流油孔(503)内从上到下依次活动套接有丝堵(504)、弹簧(505)和阀芯(506)，且延长轴(501)外壁的上半端开设有第四密封组(507)。
4.根据权利要求2所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：所述碟簧组(4)的顶面与防掉帽(3)的底面活动搭接，且碟簧组(4)的底面与下缸套(203)的顶面活动搭接。
5.根据权利要求2、3所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：延长轴(501)的顶部开设有贯穿至其底部且侧截面为T型结构的内孔，所述芯轴(1)的底端贯穿下缸套(203)并插接在内孔的上半端。
6.根据权利要求2所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：所述防掉帽(3)的外径为花键套(201)内径的1.2倍，且防掉帽(3)的内径为碟簧组(4)内径的1.2倍。
7.根据权利要求3所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：所述单流油孔(503)的数量为七个，且七个单流油孔(503)与泄压油孔(502)等距离径向设置在延长轴(501)的顶部。
8.根据权利要求3所述的机械液压式高效减震器，其特征在于：所述单流油孔(503)的侧截面为直径从上到下依次减小的三段台阶结构，所述丝堵(504)位于单流油孔(503)的上半端。
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