CN117738596B - 一种井下振动缓冲型钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于钻井领域的一种井下振动缓冲型钻井工具，包括基础减震结构、加强缓冲组件等，通过上述基础减震结构、加强缓冲组件的设置，使得通常情况下，基础减震结构能够以合适的阻尼系数，独立提供较为平和的减震、缓冲效果，避免因阻尼系数过大而无法吸收、缓冲较小的振动冲击，当振动冲击力过大时，钻井工具的整体阻尼系数会自动增大，从而能够提供充足的减震、缓冲效果，有效应对过大的振动冲击力，避免振动冲击力过大导致钻头、钻具等受损，另外，可调强缓组件能够进一步提高工具应对过大振动冲击力的能力，且可调强缓组件缓冲功能的可在一定范围内进行适应性的调节，大大提高了钻井工具的实用性。

Description

一种井下振动缓冲型钻井工具

技术领域

本发明涉及一种钻井工具，特别是涉及应用于钻井领域的一种井下振动缓冲型钻井工具。

背景技术

在钻井作业中，由于井底凹凸不平造成钻头频繁跳钻，如果钻头与钻铤直接连接，整个钻柱将与钻头一起加速上下运动，产生强烈的振动，不仅容易损坏钻头和钻具，还容易对井壁造成破坏。为了降低振动的影响，通常会在钻头和钻铤之间安装减震器来吸收、缓冲钻井过程中的振动和冲击能量，进而减少钻井过程中由于振动、冲击等因素对钻头、钻具和井壁等产生的破坏作用。

减震器所能提供的减震、缓冲效果是有范围的，通常来说，减震器的阻尼系数越大，其所能吸收、承受的振动冲击力也就越大，但若减震器阻尼系数过大，就无法很好的吸收、缓冲小幅度的振动冲击，因此，不能盲目的选择阻尼系数大减震器，而是要根据情况选择阻尼系数合适的减震器。

合适阻尼系数的减震器虽然在大部分时间内，都是能够有效吸收、缓冲钻井过程中的振动和冲击能量的，但在钻井过程中，难免会时不时的出现振动冲击力过大的情况，也就是振动冲击力超出减震器所能有效应对的最大冲击力，在此种情况下，减震器将无法提供充分的减震、缓冲效果，容易导致钻头、钻具等受损。因此，我们提出一种井下振动缓冲型钻井工具。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：当振动冲击力突然增大时，减震器无法提供充分的减震、缓冲效果。

为解决上述问题，本发明提供了一种井下振动缓冲型钻井工具，包括基础减震结构和加强缓冲组件，基础减震结构包括圆柱形的端头以及与端头相匹配的密封筒体，端头和密封筒体之间固定连接有基础弹簧，端头的顶端固定连接有上连接头，密封筒体的底端固定连接有下连接头，端头和密封筒体之间固定连接有基础弹簧，端头的底端固定连接有输油活塞杆，输油活塞杆贯穿密封筒体的顶端外壁并延伸至密封筒体的内部，且输油活塞杆与密封筒体的外壁滑动密封连接，加强缓冲组件包括固定安装在密封筒体底端内壁上的加强弹簧，加强弹簧的顶端固定连接有触压板，输油活塞杆和触压板之间的距离小于基础弹簧的最大形变量。

在上述井下振动缓冲型钻井工具中，当振动冲击力过大时，加强缓冲组件也会加入到减震工作中来，致使钻井工具的整体阻尼系数增大，从而能够提供充足的减震、缓冲效果，有效应对过大的振动冲击力，避免振动冲击力过大导致钻头、钻具等受损。

作为本申请的进一步改进，密封筒体内设置有与之相匹配的活塞头、密封板，活塞头与密封筒体滑动密封连接，密封板与密封筒体固定密封连接，活塞头位于密封板的上方，活塞头和密封板之间填充有液压油，输油活塞杆贯穿活塞头并与之固定连接，输油活塞杆贯穿密封板并与之滑动密封连接。

作为本申请的进一步改进，输油活塞杆的中部开设有导油槽，输油活塞杆左右两侧的外壁上均开设有导油孔、进回油孔，导油孔位于活塞头的下方，进回油孔的底端和密封筒体的顶端齐平，导油孔、进回油孔均与导油槽相连通。

作为本申请的进一步改进，密封筒体和端头之间固定连接有弹性密封套，弹性密封套的上下两端分别与端头、密封筒体密封固定连接，弹性密封套采用弹性材料制成，基础弹簧位于弹性密封套的内侧，可降低基础弹簧和液压油的磨损和损耗，在一定程度上延长基础减震结构的使用寿命。

作为本申请的进一步改进，密封筒体的顶端内壁上固定安装有密封套管，密封套管套设在输油活塞杆的外侧，且输油活塞杆与密封套管滑动密封连接，密封套管可防止液压油泄漏至活塞头的顶端。

作为本申请的进一步改进，密封板的底端固定连接有空心半球状的弹性密封包，输油活塞杆的底端位于弹性密封包的内侧，弹性密封包采用弹性材料制成，弹性密封包可防止液压油泄露至密封板的下方。

作为本申请的又一种改进，密封筒体的左右两侧均设置有可调强缓组件，可调强缓组件包括与密封筒体固定连接的随动粗筒、与端头固定连接的随动板，随动板的底端固定连接有滑杆，滑杆贯穿随动粗筒的顶端外壁并延伸至随动粗筒的内部，随动粗筒的底端外壁上贯穿设置有可调细筒，滑杆的底端固定连接有与可调细筒相匹配的压气缓冲塞。

作为本申请的又一种改进的补充，可调细筒与随动粗筒的底端外壁螺纹连接，滑杆与随动粗筒的顶端外壁滑动密封连接，随动粗筒粗于可调细筒，可进一步提高工具应对过大振动冲击力的能力。

综上所述，本申请通过基础减震结构、加强缓冲组件的联合设置，使得本申请中的钻井工具具有多段式减震功能，通常情况下，基础减震结构能够以合适的阻尼系数，独立提供较为平和的减震、缓冲效果，避免因阻尼系数过大而无法吸收、缓冲较小的振动冲击，当振动冲击力过大时，加强缓冲组件也会加入到减震工作中来，致使钻井工具的整体阻尼系数增大，从而能够提供充足的减震、缓冲效果，有效应对过大的振动冲击力，避免振动冲击力过大导致钻头、钻具等受损；通过活塞头、密封板、导油槽等的联合设置，使得减震过程中，液压油可对基础弹簧起到润滑作用，且液压油和基础弹簧之间会进行热量分摊，不仅能防止基础弹簧和液压油中的某一个温度过高，还能在一定程度上提高整体散热效率，从而降低基础弹簧和液压油的磨损和损耗，进而可在一定程度上延长基础减震结构的使用寿命；通过可调强缓组件的设置，使得可调强缓组件能够进一步提高工具应对过大振动冲击力的能力，且可调强缓组件缓冲功能的可在一定范围内进行适应性的调节，大大提高了钻井工具的实用性。

附图说明

图1为本申请第一种实施方式中井下振动缓冲型钻井工具的立体结构示意图。

图2为本申请第一种实施方式中弹性密封套处的剖视结构示意图。

图3为本申请第一种实施方式中密封筒体处的剖视结构示意图。

图4为本申请第一种实施方式中输油活塞杆处的剖视结构示意图。

图5为本申请第一种实施方式中弹性密封包处的剖视结构示意图。

图6为本申请第二种实施方式中井下振动缓冲型钻井工具的立体结构示意图。

图7为本申请第二种实施方式中井下振动缓冲型钻井工具的正视结构示意图。

图8为本申请第二种实施方式中随动粗筒处的剖视结构示意图。

图中标号说明。

101、端头；102、密封筒体；103、上连接头；104、下连接头；105、基础弹簧；106、输油活塞杆；107、活塞头；108、密封板；109、导油槽；110、导油孔；111、进回油孔；112、弹性密封包；113、弹性密封套；114、密封套管；201、加强弹簧；202、触压板；301、随动粗筒；302、随动板；303、滑杆；304、压气缓冲塞；305、可调细筒。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的两种实施方式作详细说明。

第一种实施方式：

图1-3示出一种井下振动缓冲型钻井工具，包括基础减震结构和加强缓冲组件，基础减震结构包括圆柱形的端头101以及与端头101相匹配的密封筒体102，端头101和密封筒体102之间固定连接有基础弹簧105，端头101的顶端固定连接有上连接头103，密封筒体102的底端固定连接有下连接头104，端头101和密封筒体102之间固定连接有基础弹簧105，端头101的底端固定连接有输油活塞杆106，输油活塞杆106贯穿密封筒体102的顶端外壁并延伸至密封筒体102的内部，且输油活塞杆106与密封筒体102的外壁滑动密封连接，加强缓冲组件包括固定安装在密封筒体102底端内壁上的加强弹簧201，加强弹簧201的顶端固定连接有触压板202，输油活塞杆106和触压板202之间的距离小于基础弹簧105的最大形变量。

请参阅图1-3，正常情况下，减震功能由基础减震结构提供，基础减震结构能够提供合适的减震、缓冲效果，有效吸收、缓冲钻井过程中正常范围内的振动和冲击能量，且在以上减震过程中，虽然基础弹簧105会被压缩、端头101和密封筒体102之间会产生相对移动，由于振动冲击在可承受范围内，使得输油活塞杆106不会接触触压板202，当振动冲击力过大时，基础弹簧105被压缩的程度、端头101和密封筒体102之间相对移动的距离均会明显增大，使得输油活塞杆106会冲击触压板202并挤压加强弹簧201，此时，加强弹簧201能够提供一个额外的减震、缓冲效果，以应对该过大的振动冲击力，因此，通过基础减震结构、加强缓冲组件的联合设置，使得本申请中的钻井工具具有多段式减震功能，通常情况下，基础减震结构能够以合适的阻尼系数，独立提供较为平和的减震、缓冲效果，避免因阻尼系数过大而无法吸收、缓冲较小的振动冲击，当振动冲击力过大时，加强缓冲组件也会加入到减震工作中来，致使钻井工具的整体阻尼系数增大，从而能够提供充足的减震、缓冲效果，有效应对过大的振动冲击力，避免振动冲击力过大导致钻头、钻具等受损。

请参阅图1-4，密封筒体102内设置有与之相匹配的活塞头107、密封板108，活塞头107与密封筒体102滑动密封连接，密封板108与密封筒体102固定密封连接，活塞头107位于密封板108的上方，活塞头107和密封板108之间填充有液压油，输油活塞杆106贯穿活塞头107并与之固定连接，输油活塞杆106贯穿密封板108并与之滑动密封连接，输油活塞杆106的中部开设有导油槽109，输油活塞杆106左右两侧的外壁上均开设有导油孔110、进回油孔111，导油孔110位于活塞头107的下方，进回油孔111的底端和密封筒体102的顶端齐平，导油孔110、进回油孔111均与导油槽109相连通，密封筒体102和端头101之间固定连接有弹性密封套113，弹性密封套113的上下两端分别与端头101、密封筒体102密封固定连接，弹性密封套113采用弹性材料制成，基础弹簧105位于弹性密封套113的内侧，在活塞头107、密封板108、导油槽109等的联合作用下，减震过程中，基础弹簧105被压缩时，活塞头107、密封板108之间的液压油会受到挤压，致使部分液压油经导油孔110、导油槽109、进回油孔111流至弹性密封套113的内侧，基础弹簧105回弹时，弹性密封套113内侧的液压油会经进回油孔111、导油槽109、导油孔110回流至活塞头107和密封板108之间，在上述过程中，液压油能够起到阻尼作用，提高基础减震结构的减震、缓冲效果，此作用与现有技术中的液压减震器类似，但不同的是，由于液压油会流至弹性密封套113内侧，使得液压油可接触基础弹簧105，从而能够对基础弹簧105起到一个润滑作用，同时，液压油与基础弹簧105接触时，会进行热量的传递，使得基础弹簧105和液压油之间能够相互分摊热量，防止基础弹簧105和液压油中的某一个温度过高，且热量分摊还能在一定程度上提高整体散热效率，致使基础弹簧105和液压油温度均恢复正常的时间节点提前，因此，通过活塞头107、密封板108、导油槽109等的联合设置，使得减震过程中，液压油可对基础弹簧105起到润滑作用，且液压油和基础弹簧105之间会进行热量分摊，不仅能防止基础弹簧105和液压油中的某一个温度过高，还能在一定程度上提高整体散热效率，从而降低基础弹簧105和液压油的磨损和损耗，进而可在一定程度上延长基础减震结构的使用寿命。

请参阅图3-5，密封筒体102的顶端内壁上固定安装有密封套管114，密封套管114套设在输油活塞杆106的外侧，且输油活塞杆106与密封套管114滑动密封连接，密封套管114可防止液压油泄漏至活塞头107的顶端，密封板108的底端固定连接有空心半球状的弹性密封包112，输油活塞杆106的底端位于弹性密封包112的内侧，弹性密封包112采用弹性材料制成，弹性密封包112可防止液压油泄漏至密封板108的下方。

第二种实施方式：

图6-8示出一种井下振动缓冲型钻井工具，与第一种实施方式不同的是，密封筒体102的左右两侧均设置有可调强缓组件，可调强缓组件包括与密封筒体102固定连接的随动粗筒301、与端头101固定连接的随动板302，随动板302的底端固定连接有滑杆303，滑杆303贯穿随动粗筒301的顶端外壁并延伸至随动粗筒301的内部，随动粗筒301的底端外壁上贯穿设置有可调细筒305，滑杆303的底端固定连接有与可调细筒305相匹配的压气缓冲塞304，作为本申请的又一种改进的补充，可调细筒305与随动粗筒301的底端外壁螺纹连接，滑杆303与随动粗筒301的顶端外壁滑动密封连接，随动粗筒301粗于可调细筒305，减震过程中，端头101、密封筒体102之间的相对移动，会带动随动粗筒301、随动板302之间发生相对移动，致使压气缓冲塞304、可调细筒305之间发生相对移动，正常情况下，可调强缓组件和加强缓冲组件一样，其缓冲功能也不会触发，也就是说，正常情况下，压气缓冲塞304不会插入至可调细筒305中，压气缓冲塞304插入可调细筒305时会与可调细筒305滑动密封连接，当振动冲击力过大时，压气缓冲塞304、可调细筒305之间相对移动的距离也会明显增大，使得压气缓冲塞304会插入至可调细筒305并移动一定的距离，压气缓冲塞304插入可调细筒305后，会挤压可调细筒305内的空气，从而可提供一个缓冲作用，进一步提高工具应对过大振动冲击力的能力，另外，转动可调细筒305，可调节可调细筒305和压气缓冲塞304之间的距离，进而可调节可调强缓组件缓冲功能的触发条件，且转动可调细筒305，使可调细筒305靠近压气缓冲塞304，甚至使压气缓冲塞304的底端插入可调细筒305中，以使可调强缓组件的缓冲功能，在正常情况下也会触发，能增大钻井工具在正常情况下的阻尼系数，因此，通过可调强缓组件的设置，使得可调强缓组件能够进一步提高工具应对过大振动冲击力的能力，且可调强缓组件缓冲功能的可在一定范围内进行适应性的调节，大大提高了钻井工具的实用性。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种井下振动缓冲型钻井工具，包括基础减震结构和加强缓冲组件，其特征在于，所述基础减震结构包括圆柱形的端头（101）以及与端头（101）相匹配的密封筒体（102），所述端头（101）和密封筒体（102）之间固定连接有基础弹簧（105），所述端头（101）的顶端固定连接有上连接头（103），所述密封筒体（102）的底端固定连接有下连接头（104），所述端头（101）的底端固定连接有输油活塞杆（106），所述输油活塞杆（106）贯穿密封筒体（102）的顶端外壁并延伸至密封筒体（102）的内部，且输油活塞杆（106）与密封筒体（102）的外壁滑动密封连接，所述加强缓冲组件包括固定安装在密封筒体（102）底端内壁上的加强弹簧（201），所述加强弹簧（201）的顶端固定连接有触压板（202），所述输油活塞杆（106）和触压板（202）之间的距离小于基础弹簧（105）的最大形变量。

2.根据权利要求1所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述密封筒体（102）内设置有与之相匹配的活塞头（107）、密封板（108），所述活塞头（107）与密封筒体（102）滑动密封连接，所述密封板（108）与密封筒体（102）固定密封连接，所述活塞头（107）位于密封板（108）的上方，所述活塞头（107）和密封板（108）之间填充有液压油，所述输油活塞杆（106）贯穿活塞头（107）并与之固定连接，所述输油活塞杆（106）贯穿密封板（108）并与之滑动密封连接。

3.根据权利要求2所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述输油活塞杆（106）的中部开设有导油槽（109），所述输油活塞杆（106）左右两侧的外壁上均开设有导油孔（110）、进回油孔（111），所述导油孔（110）位于活塞头（107）的下方，所述进回油孔（111）的底端和密封筒体（102）的顶端齐平，所述导油孔（110）、进回油孔（111）均与导油槽（109）相连通。

4.根据权利要求3所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述密封筒体（102）和端头（101）之间固定连接有弹性密封套（113），所述弹性密封套（113）的上下两端分别与端头（101）、密封筒体（102）密封固定连接，所述弹性密封套（113）采用弹性材料制成，所述基础弹簧（105）位于弹性密封套（113）的内侧。

5.根据权利要求4所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述密封筒体（102）的顶端内壁上固定安装有密封套管（114），所述密封套管（114）套设在输油活塞杆（106）的外侧，且输油活塞杆（106）与密封套管（114）滑动密封连接。

6.根据权利要求2所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述密封板（108）的底端固定连接有空心半球状的弹性密封包（112），所述输油活塞杆（106）的底端位于弹性密封包（112）的内侧，所述弹性密封包（112）采用弹性材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述密封筒体（102）的左右两侧均设置有可调强缓组件，所述可调强缓组件包括与密封筒体（102）固定连接的随动粗筒（301）、与端头（101）固定连接的随动板（302），所述随动板（302）的底端固定连接有滑杆（303），所述滑杆（303）贯穿随动粗筒（301）的顶端外壁并延伸至随动粗筒（301）的内部，所述随动粗筒（301）的底端外壁上贯穿设置有可调细筒（305），所述滑杆（303）的底端固定连接有与可调细筒（305）相匹配的压气缓冲塞（304）。

8.根据权利要求7所述的一种井下振动缓冲型钻井工具，其特征在于，所述可调细筒（305）与随动粗筒（301）的底端外壁螺纹连接，所述滑杆（303）与随动粗筒（301）的顶端外壁滑动密封连接，所述随动粗筒（301）粗于可调细筒（305）。