CN206753510U

CN206753510U - 钻具减震工具及其钻井管柱

Info

Publication number: CN206753510U
Application number: CN201720212038.4U
Authority: CN
Inventors: 崔龙连; 汪海阁; 葛云华; 张富成; 卓鲁斌; 毕文欣; 邹灵战
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Drilling Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Engineering Technology R&D Co Ltd; Beijing Petroleum Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2027-03-07

Abstract

本实用新型公开一种钻具减震工具及其钻井管柱，钻具减震工具包括：减震执行机构，其包括：外管、位于所述外管内的减震平衡活塞；所述减震平衡活塞设有沿所述外管延伸方向将其贯穿的第一流道；所述减震平衡活塞的外壁上设有变径台阶；所述外管的壁上设有压力传导孔；所述压力传导孔能将所述钻具减震工具外的外压力传导至所述变径台阶；所述减震平衡活塞在所述外管内受到钻井液作用于其端面上且与所述外压力方向相反的内压力；所述减震平衡活塞在所述外压力及所述内压力的作用下能沿所述外管的延伸方向移动；与所述减震执行机构连接的控制机构。

Description

钻具减震工具及其钻井管柱

技术领域

本实用新型涉及石油生产现场钻井领域，特别是保护钻具提高钻头破岩效率的钻具减震工具及其钻井管柱。

背景技术

在石油、天然气和地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层、砾石岩层和软硬交错地层。井底不平、钻头牙齿间歇压入岩石及岩石间歇破碎、钻柱绕井眼中心的涡动等情况都会使钻柱发生周向震动、横向震动和轴向震动。当钻头的纵向震动频率与钻具纵向震动的固有频率相匹配时，就会产生跳钻现象即共振现象。钻柱共振将引起工程事故，使钻柱过早失效，甚至最终导致油井报废。有关文献报告每年因井下钻具震动导致的事故损失达3亿美元。钻柱的震动问题是造成井下工具和其他底部钻具损害并导致各种井下事故发生的主要原因之一，严重地影响钻具寿命，导致钻头提前失效，严重影响钻头寿命和钻井效率。

钻井减震工具是用来减轻钻具震动，消除或减轻钻井事故，提高钻井效率的一种工具。常用的轴向减震工具有机械碟簧式减震工具，液压式减震工具。将减震工具安装在钻具中，钻遇复杂地层导致的钻头钻具震动时，轴向减震工具能有效地降低钻具、钻头震动，避免钻具提前失效，提高钻头破岩效率。

传统钻井轴向减震工具的刚度为出厂时已设定，针对不同的钻具震动频率和幅值不能做出针对性的调整，因此传统轴向减震工具使用效果参差不齐。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种钻具减震工具及其钻井管柱，能根据井下震动情况实时减轻钻具震动，提高钻头破岩效率，保护钻具。

本实用新型采用以下方案解决上述问题：

一种钻具减震工具，包括：

减震执行机构，其包括：外管、位于所述外管内的减震平衡活塞；所述减震平衡活塞设有沿所述外管延伸方向将其贯穿的第一流道；所述减震平衡活塞的外壁上设有变径台阶；所述外管的壁上设有压力传导孔；所述压力传导孔能将所述钻具减震工具外的外压力传导至所述变径台阶；所述减震平衡活塞在所述外管内受到钻井液作用于其端面上且与所述外压力方向相反的内压力；所述减震平衡活塞在所述外压力及所述内压力的作用下能沿所述外管的延伸方向移动；

与所述减震执行机构连接的控制机构，其能够根据钻具的震动信息按照预定规则控制所述减震平衡活塞的移动。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构包括连接所述外管一端的外壳体、以及设置于所述外壳体上的检测装置及处理装置；所述检测装置与所述处理装置相连接；所述处理装置连接所述减震平衡活塞；

所述外壳体沿所述外管延伸方向将其贯穿的第二流道；所述检测装置能够检测钻具的震动信息；所述处理装置能够根据钻具的震动信息按照预定规则控制所述减震平衡活塞的移动。

作为一种优选的实施方式，所述外壳体的壁上设有第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽；所述检测装置包括位于第一容纳凹槽的震动测量传感器、及盖合在所述第一容纳凹槽上的传感器密封压盖；所述处理装置包括位于所述第二容纳凹槽的减震处理器、及盖合在所述第二容纳凹槽上的处理器密封压盖；所述震动测量传感器通过数据传输线连接所述减震处理器。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构在所述震动信息超过预定值时控制所述减震平衡活塞移动；所述控制机构在所述震动信息小于预定值时停止所述减震平衡活塞移动。

作为一种优选的实施方式，在所述震动信息超过预定值时，所述控制机构根据所述震动信息的强度控制所述减震平衡活塞移动。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构通过改变所述第一流道的内径大小控制所述减震平衡活塞的移动。

作为一种优选的实施方式，所述减震平衡活塞设有变径机构；所述控制机构连接所述变径机构；所述控制机构能够控制所述变径机构改变所述第一流道的内径大小。

作为一种优选的实施方式，所述变径机构为设置于所述第一流道的壁上的变径电磁阀；所述变径电磁阀包括多个沿圆周排布的电磁变径阀块；相邻两个所述电磁变径阀块之间设有压簧；所述控制机构通过控制相邻两个所述电磁变径阀块远离或靠近，从而改变多个所述电磁变径阀块所围成圆周的大小。

作为一种优选的实施方式，所述变径电磁阀的数量为多个；多个所述变径电磁阀沿所述外管的延伸方向排布。

作为一种优选的实施方式，所述第一流道的壁上设有容纳所述变径电磁阀的圆周凹槽；所述变径电磁阀未变径时所述第一流道的内径沿长度方向不变。

作为一种优选的实施方式，所述减震平衡活塞的上端面面积大于其下端面面积；所述减震平衡活塞的外壁沿由上至下方向经所述变径台阶外径缩小。

作为一种优选的实施方式，所述减震平衡活塞与所述第一流道的壁花键配合。

作为一种优选的实施方式，所述压力传导孔设置有过滤器，以对流入的液体进行过滤。

作为一种优选的实施方式，所述减震平衡活塞的下端伸出所述外管并连接有下接头。

作为一种优选的实施方式，还包括与所述减震执行机构及所述控制机构通过供电电缆连接的电力供应机构，其能为所述减震执行机构及所述控制机构供电。

作为一种优选的实施方式，所述第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽的底部分别设有通入所述第二流道的穿线孔；所述供电电缆通过所述穿线孔连接所述震动测量传感器、及所述减震处理器。

作为一种优选的实施方式，所述电力供应机构包括上管体、固定设置于所述上管体内的电池单元；所述电池单元通过所述供电电缆连接所述减震执行机构及所述控制机构。

作为一种优选的实施方式，所述电池单元包括电池壳、以及位于所述电池壳内的电池；所述电池单元与所述上管体的内壁之间设有供钻井液通过的过流环空；所述电池壳具有电池腔以及密封盖合在电池腔上的电池密封盖；所述电池壳的下端设有电源出口，所述供电电缆通过所述电源出口将所述电池的电输送至所述减震执行机构及所述控制机构。

作为一种优选的实施方式，所述电池壳的上端通过上法兰与所述上管体的内壁间隙配合；所述电池壳的下端通过下法兰与所述上管体的内壁间隙配合；所述上法兰及所述下法兰上分别设有过流通孔。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构位于所述震动执行机构与所述电力供应机构之间；所述外壳体的上端与所述上管体的下端螺纹连接；所述外壳体的下端与所述外管的上端螺纹连接。

一种钻井管柱，包括：钻杆、如上任一实施方式所述的钻具减震工具、以及钻头。

借由以上技术方案，本实用新型中的钻具减震工具及其钻井管柱通过减震执行机构执行减震动作，同时，设有控制机构根据钻具的震动信息按照预定规则控制减震执行机构的减震平衡活塞的移动，从而，本实用新型中的钻具减震工具及其钻井管柱能够根据井下震动情况实时减轻钻具震动，提高钻头破岩效率，保护钻具。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施方式提供的钻具减震工具的结构示意图；

图2是图1中减震平衡活塞与外管的配合示意图；

图3A是电磁变径阀未缩径状态结构示意图；

图3B是电磁变径阀缩径状态结构示意图；

图4A是电磁变径阀未缩径状态下减震平衡活塞所受压强示意图；

图4B是图4A中减震平衡活塞的受力示意图；

图5A是电磁变径阀缩径状态下减震平衡活塞所受压强示意图；

图5B是图5A中减震平衡活塞的受力示意图；

图6A是电磁变径阀未缩径状态下减震执行机构工作状态示意图；

图6B是电磁变径阀缩径状态下减震执行机构工作状态示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本实用新型一个实施方式提供的一种钻具减震工具的结构示意图，如图1所示，该钻具减震工具包括：减震执行机构，其包括：外管301、位于所述外管301内的减震平衡活塞302；所述减震平衡活塞302设有沿所述外管301延伸方向将其贯穿的第一流道；所述减震平衡活塞302的外壁上设有变径台阶；所述外管301的壁上设有压力传导孔306；所述压力传导孔306能将所述钻具减震工具外的外压力传导至所述变径台阶；所述减震平衡活塞302在所述外管301内受到钻井液作用于其端面上且与所述外压力方向相反的内压力；所述减震平衡活塞302在所述外压力及所述内压力的作用下能沿所述外管301的延伸方向移动；与所述减震执行机构连接的控制机构，其能够根据钻具的震动信息按照预定规则控制所述减震平衡活塞302的移动。

在本实施方式中，所述控制机构可以包括连接所述外管301一端的外壳体201、以及设置于所述外壳体201上的检测装置及处理装置；所述检测装置与所述处理装置相连接；所述处理装置连接所述减震平衡活塞302。

其中，所述外壳体201沿所述外管301延伸方向将其贯穿的第二流道。如图1所示，第二流道与外管301内相通，钻井液经第二流道流入外管301内。所述检测装置能够检测钻具的震动信息。所述处理装置能够根据钻具的震动信息按照预定规则控制所述减震平衡活塞的移动。

如图1所示，所述外壳体201的壁上设有第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽。所述检测装置包括位于第一容纳凹槽的震动测量传感器202、及盖合在所述第一容纳凹槽上的传感器密封压盖203。所述处理装置包括位于所述第二容纳凹槽的减震处理器205、及盖合在所述第二容纳凹槽上的处理器密封压盖204；所述震动测量传感器202通过数据传输线206连接所述减震处理器。

在本实施方式中，震动测量传感器202可以实时监测、处理、分析井下钻具震动，依据程序设定在需要的情况下，将信号传递到减震处理器。

其中，外壳体201整体呈圆柱状。外壳体201的上端及下端开设有接头螺纹，其中，上端的螺纹可以与下述的电力供应机构的上管体101相连，下端的螺纹与减震执行系统的外管301相连。

震动测量传感器202可以通过螺纹安装在外壳体201上，传感器密封压盖203将震动测量传感器202密封在第一容纳凹槽内。

减震处理器205安装在外壳体201上，减震处理器密封压盖204将减震处理器205密封。减震处理器205为硬件结构、或者硬件结构上加载有软件程序。具体的，减震处理器205可以为CPU、电路板、PLC、单片机等等。震动测量传感器202通过数据传输线206将测量的数据信号传输至减震处理器205。

在本实施方式中，所述控制机构在所述震动信息超过预定值时控制所述减震平衡活塞302移动；所述控制机构在所述震动信息小于预定值时停止所述减震平衡活塞302移动。进一步的，在所述震动信息超过预定值时，所述控制机构根据所述震动信息的强度控制所述减震平衡活塞302移动。具体的，所述控制机构通过改变所述第一流道的内径大小控制所述减震平衡活塞302的移动。

减震处理器205首先根据程序设定的采样频率采集震动测量传感器数据，然后对震动数据进行处理分析，并与程序中设定的数据进行对比。

在一个具体的实施例中，减震处理器205可以首先对比震动信息强度(震动强度)是否大于设定值，若大于是设定值，则减震处理器205对强度进行分级。

减震处理器205根据震动信息强度等级确定启动减震执行系统中不同内径的第一流道，启动减震结构(减震平衡活塞302)运行，减轻钻具震动。通常情况下震动信息强度可以分为5-8级震动强度，并且对应5-8级不同的第一流道内径。

当井下震动数据(震动信息)小于设定值，减震处理器205将执行信号传递给减震处理器减震结构停止工作。这既能减震消除井下钻具轴向震动对钻具、钻头的破坏，提高钻头破岩效率，又能有效提高工具寿命。

本实施方式的钻具减震工具还可以包括与所述减震执行机构及所述控制机构通过供电电缆连接的电力供应机构，其能为所述减震执行机构及所述控制机构供电。在本实施方式中，电力供应机构为钻具减震工具提供电源，保证钻具减震工具井下用电。

承接上文描述，所述第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽的底部分别设有通入所述第二流道的穿线孔；所述供电电缆通过所述穿线孔连接所述震动测量传感器、及所述减震处理器。

电力供应机构可使用电池供电，也可采用涡轮发电机供电。本实施方式中，优选地采用电池供电，从而无需设置过长的供电线缆、便于设置及降低成本。

请继续参阅图1，所述电力供应机构可以包括上管体101、固定设置于所述上管体101内的电池单元。其中，上管体101为圆柱形，内有台阶通孔。该台阶通孔与第二流道相通，钻井液经台阶通孔进入第二流道。

该台阶通孔的上段设有内螺纹，以连接位于钻具减震工具上方的工具(比如钻杆)，台阶通孔的下段收缩，同时，上管体101的下端收缩形成外螺纹与外壳体201相连接。

如图1所示，电池单元固定位于台阶通孔的中间段，该中间段大致为圆柱形空腔。所述电池单元通过所述供电电缆107连接所述减震执行机构及所述控制机构。

具体的，所述电池单元可以包括电池壳103、以及位于所述电池壳103内的电池105。所述电池单元与所述上管体的内壁之间设有供钻井液通过的过流环空；所述电池壳具有电池腔以及密封盖合在电池腔上的电池密封盖102。所述电池壳103的下端设有电源出口106，所述供电电缆107通过所述电源出口106将所述电池105的电输送至所述减震执行机构及所述控制机构。

进一步的，所述电池壳103的上端通过上法兰与所述上管体的内壁间隙配合；所述电池壳的下端通过下法兰与所述上管体的内壁间隙配合；所述上法兰及所述下法兰上分别设有过流通孔104。

如图1所示，上法兰及下法兰均为法兰环，上法兰及下法兰对电池壳的上下两端起到扶正作用。上法兰及下法兰上设有过流通孔104，以供钻井液流过。电池壳103下法兰端面安放在上管体101内台阶孔上，上法兰及下法兰的外径与上管体101内孔间隙配合。电池105安放在电池壳103内，上部有电池腔密封盖102密封电池。电源出口106可以设有密封措施，供电电缆107通过下部带密封的电源出口106将电输送到控制机构和减震执行系统。

可以看出在本实施方式中，所述控制机构可以位于所述震动执行机构与所述电力供应机构之间。所述外壳体201的上端与所述上管体101的下端螺纹连接；所述外壳体201的下端与所述外管301的上端螺纹连接。供电电缆107通过外壳体201内孔上的供电密封孔(穿线孔)将电分别输送到震动传感器202和减震处理器205。

在本实施方式中，减震执行系统通过接收控制机构的信号启动或停止减震机构工作。减震执行系统包括外管301、减震平衡活塞302、压力传导孔306。其中，外管301整体为圆柱形，上部设有螺纹与外壳体201螺纹相连，外管301内部与上管体101相似，同样设有台阶孔。

减震平衡活塞302为有一内通孔(即第一流道)的T形圆柱体，上部圆柱与外管301内圆孔配合，下部底端设有螺纹与下接头308相连。如图2所示，中间段为花键段与外管301的下端花键相连。所述减震平衡活塞通过与所述第一流道的壁花键配合，可以在传递扭矩同时又能上下运动。如图1所示，所述减震平衡活塞302的下端伸出所述外管301并连接有下接头308。该下接头308可以连接位于钻具减震工具下方的工具，在减震平衡活塞302移动过程中，外管301及其上部的工具与下接头308及下方的工具的距离也会发生相对变化。

减震平衡活塞302上端圆柱外圆设有密封组合303(比如密封圈、密封副)，密封组合303用于密封减震平衡活塞302的上部圆柱段与减震执行机构外管301的内壁之间。

在本实施方式中，内压力与外压力之一向下，另一向上。为便于实施，所述减震平衡活塞的上端面面积大于其下端面面积，从而使得内压力的方向向下。进一步的，所述减震平衡活塞的外壁沿由上至下方向经所述变径台阶外径缩小。压力传导孔306所通入的钻井液(位于钻具减震工具与井壁之间)作用于变径台阶上。

压力传导孔306设于外管301下部，其上可以设置有过滤器307。通常，过滤器307可以设置于压力传导孔306的内部。在本实施方式中，压力传导孔306用于传递环空钻井液压力，过滤器307对流入的液体进行过滤，从而避免岩屑将减震执行机构压力传导孔306封堵。

所述减震平衡活塞设有变径机构；所述控制机构连接所述变径机构；所述控制机构能够控制所述变径机构改变所述第一流道的内径大小。其中，控制机构可以控制向变径机构输入的电流大小、或电压大小、抑或磁场的大小，从而控制变径机构的大小，当然，控制机构也可以通过传输信息指令来控制变径机构的内径大小。考虑到变径机构实现变径的方式无论从结构抑或结构结合软件的形式均存在多种，本实施方式在此不作任何限制。

具体的，所述变径机构可以为设置于所述第一流道的壁上的变径电磁阀304。供电电缆107和信号传输电缆206连接电磁变径阀304。

其中，所述变径电磁阀304包括多个沿圆周排布的电磁变径阀块3041，比如电磁变径阀块3041可为2-10块。相邻两个所述电磁变径阀块之间设有压簧305。所述控制机构通过控制相邻两个所述电磁变径阀块3041远离或靠近，从而改变多个所述电磁变径阀块3041所围成圆周的大小。

具体的，相邻两个电磁变径阀块3041可以通过电磁感应所产生的磁场进行吸引或排斥，相应的，控制机构可以控制向电磁变径阀块3041输入的电流大小，从而控制各个电磁变径阀块3041所产生磁场的大小。

在本实施方式中，电磁变径阀304的结构如图3A、图3B所示，电磁变径阀304包括压簧305和电磁变径阀块3041。图3A是电磁变径阀304初始状态(也可以理解为未缩径状态，在此状态下电磁变径阀304可以未通电，即，控制机构将电力供应机构与电磁变径阀304之间截断)，电磁变径阀块3041在压簧305的作用力下处于张开状态，此时，电磁变径阀快3041组成一个圆孔的过流孔，此过流孔可以与减震平衡活塞302的内通孔直径一致或相同。

具体地如图4A至图6B，所述第一流道的壁上设有容纳所述变径电磁阀304的圆周凹槽；所述变径电磁阀304未变径时所述第一流道的内径沿长度方向不变。在本实施方式中，所述变径电磁阀304的数量可以为多个(两个及以上)。多个所述变径电磁阀304沿所述外管的延伸方向排布。其中，圆周凹槽的数量与变径电磁阀304的数量相同且一一对应。相邻两个变径电磁阀304之间可以间隔一定的距离，从而起到较佳地减震效果。

在本实施方式中，图3B是电磁变径阀304启动后的状态，电磁变径阀块3041围构成一个圆形闭合通道，闭合通道直径小于减震平衡活塞302的第一流道内径。由于第一流道的内径变小，因此，减震平衡活塞302的上端面积增大，为此钻井液作用在减震平衡活塞302产生一个更大的向下作用力。

在本实施方式中，图4A及图4B所示是减震平衡活塞的电磁变径阀304未启动受力图。如图4A所示，减震平衡活塞302上端面受钻具内压力为Pp，上端面面积为Auo，变径台阶面受环空压力Pa，变径台阶面面积为Ado。

图4B是减震平衡活塞302受力情况，受向下的作用力Fo，向上作用力Fa，为实现精确控制，一并考虑钻具减震工具内的钻井液对减震平衡活塞302下端面的作用力WOB。从而，这些力之间关系如下：

F_o＝A_uo×P_p

F_a＝A_do×P_a

WOB+F_a＞F_o

此时，减震平衡活塞302所受合力向上，因此，如图6A所示，减震平衡活塞302处于上死点位置(在上死点位置外管的内壁设有起限位作用的变径处)。

图5A及图5B所示是减震平衡活塞电磁变径阀启动后受力图。图5A所示，减震平衡活塞302上端面受钻具内压力为Pp，上端面面积为Aso，变径台阶面受环空压力Pa，下端面面积为Ado。

对比图4A和图5A，减震平衡活塞302上端面由于电磁变径阀304启动而面积变大。图5B是减震平衡活塞302受力情况，受上下的作用Fs，向上作用力Fa，一并考虑钻具减震工具内的钻井液对减震平衡活塞302下端面的作用力WOB。这些力之间关系如下：

F_s＝A_us×P_p

F_a＝A_do×P_a

F_s＞WOB+F_a

此时，减震平衡活塞302所受合力向下，因此，如图6B所示，减震平衡活塞302处于下死点位置。通常情况下，此时减震平衡活塞302向下的合力大于向上的合力20-30KN。

在这种情况下，当钻头出现跳动时，钻头通过下接头308带动减震平活塞302向上运动，随后在液力推力作用下，减震平衡活塞302再次向下运动到下死点(图6B)。在液力推动下，钻具、钻头的轴向震动被这种液力平衡作用大大减轻，从而保护了钻具、钻头，提高了钻头破岩效率，延长了钻具寿命。

不同的电磁变径阀304启动后减震平衡活塞302的上端面不同，因此提供减震强度范围也不相同，通常情况下，减震执行系统中电磁变径阀304数量为1-10个。

综上所述，本实施方式提供了一种适用于减小钻具轴向震动的减震工具，该减震工具能对井下轴向振动进行实时数据采集、分析处理和控制，是一种可以在井下进行闭环控制的轴向减震工具。

该钻具减震工具依靠震动测量传感器实时测量井下轴向振动，减震处理器根据设定程序按照预定频率采集分析轴向振动数据，当轴向振动超过设定值时，按照振动强度大小启动减震执行系统中不同的电磁变径阀，使减震执行机构处于减震工作状态。减震执行机构依靠液力平衡大大减轻钻具、钻头振动，提高钻头钻具寿命，提高钻头破岩效率。

另外，本实施方式提供的减震工具再当轴向振动不超过设定值时，不启动电磁变径阀。从而，本实施方式的钻具减震工具既能实时启动减震执行机构，提高钻头效率，也能在井下振动不影响钻井作业的情况下不工作，以延长轴向减震工具寿命。

本实用新型另一个实施方式还提供一种钻井管柱，包括：钻杆、如上任一实施方式所述的钻具减震工具、以及钻头。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。

Claims

1.一种钻具减震工具，其特征在于，包括：

与所述减震执行机构连接的控制机构。

2.如权利要求1所述的钻具减震工具，其特征在于：所述控制机构包括连接所述外管一端的外壳体、以及设置于所述外壳体上的检测装置及处理装置；所述检测装置与所述处理装置相连接；所述处理装置连接所述减震平衡活塞；

所述外壳体沿所述外管延伸方向将其贯穿的第二流道；所述检测装置能够检测钻具的震动信息。

3.如权利要求2所述的钻具减震工具，其特征在于：所述外壳体的壁上设有第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽；所述检测装置包括位于第一容纳凹槽的震动测量传感器、及盖合在所述第一容纳凹槽上的传感器密封压盖；所述处理装置包括位于所述第二容纳凹槽的减震处理器、及盖合在所述第二容纳凹槽上的处理器密封压盖；所述震动测量传感器通过数据传输线连接所述减震处理器。

4.如权利要求1所述的钻具减震工具，其特征在于：所述控制机构通过改变所述第一流道的内径大小控制所述减震平衡活塞的移动。

5.如权利要求4所述的钻具减震工具，其特征在于：所述减震平衡活塞设有变径机构；所述控制机构连接所述变径机构；所述控制机构能够控制所述变径机构改变所述第一流道的内径大小。

6.如权利要求5所述的钻具减震工具，其特征在于：所述变径机构为设置于所述第一流道的壁上的变径电磁阀；所述变径电磁阀包括多个沿圆周排布的电磁变径阀块；相邻两个所述电磁变径阀块之间设有压簧；所述控制机构通过控制相邻两个所述电磁变径阀块远离或靠近，从而改变多个所述电磁变径阀块所围成圆周的大小。

7.如权利要求6所述的钻具减震工具，其特征在于：所述变径电磁阀的数量为多个；多个所述变径电磁阀沿所述外管的延伸方向排布。

8.如权利要求6所述的钻具减震工具，其特征在于：所述第一流道的壁上设有容纳所述变径电磁阀的圆周凹槽；所述变径电磁阀未变径时所述第一流道的内径沿长度方向不变。

9.如权利要求1所述的钻具减震工具，其特征在于：所述减震平衡活塞的上端面面积大于其下端面面积；所述减震平衡活塞的外壁沿由上至下方向经所述变径台阶外径缩小。

10.如权利要求1所述的钻具减震工具，其特征在于：所述减震平衡活塞与所述第一流道的壁花键配合。

11.如权利要求1所述的钻具减震工具，其特征在于：所述压力传导孔设置有过滤器，以对流入的液体进行过滤。

12.如权利要求1所述的钻具减震工具，其特征在于：所述减震平衡活塞的下端伸出所述外管并连接有下接头。

13.如权利要求3所述的钻具减震工具，其特征在于：还包括与所述减震执行机构及所述控制机构通过供电电缆连接的电力供应机构，其能为所述减震执行机构及所述控制机构供电。

14.如权利要求13所述的钻具减震工具，其特征在于：所述第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽的底部分别设有通入所述第二流道的穿线孔；所述供电电缆通过所述穿线孔连接所述震动测量传感器、及所述减震处理器。

15.如权利要求13所述的钻具减震工具，其特征在于：所述电力供应机构包括上管体、固定设置于所述上管体内的电池单元；所述电池单元通过所述供电电缆连接所述减震执行机构及所述控制机构。

16.如权利要求15所述的钻具减震工具，其特征在于：所述电池单元包括电池壳、以及位于所述电池壳内的电池；所述电池单元与所述上管体的内壁之间设有供钻井液通过的过流环空；所述电池壳具有电池腔以及密封盖合在电池腔上的电池密封盖；所述电池壳的下端设有电源出口，所述供电电缆通过所述电源出口将所述电池的电输送至所述减震执行机构及所述控制机构。

17.如权利要求16所述的钻具减震工具，其特征在于：所述电池壳的上端通过上法兰与所述上管体的内壁间隙配合；所述电池壳的下端通过下法兰与所述上管体的内壁间隙配合；所述上法兰及所述下法兰上分别设有过流通孔。

18.如权利要求15所述的钻具减震工具，其特征在于：所述控制机构位于所述震动执行机构与所述电力供应机构之间；所述外壳体的上端与所述上管体的下端螺纹连接；所述外壳体的下端与所述外管的上端螺纹连接。

19.一种钻井管柱，其特征在于，包括：钻杆、如权利要求1-18任一所述的钻具减震工具、以及钻头。