CN208858307U - 一种柔性换向液气式钻柱双向减振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，主要由上接头（1）、绳缆柔性换向机构、液气联动减振机构、下接头（16）组成，中间心轴（4）通过钢丝绳缆（6）和中间接头（8）相连，液气缸内筒（11）和液气缸外筒（9）上端分别同中间心轴（4）和中间接头（8）通过螺纹相连，液气缸内筒（11）可以和接头连接件（15）相对滑动和转动。工作时，下部钻柱中产生的轴向振动被液气缸减振机构吸收；周向扭转振动通过绳缆换向机构转化为轴向振动，再被减振机构吸收，实现周向减振。本实用新型采用绳缆柔性换向机构和液气联动减振机构，具有双向减振和双重减振功能，提高了整体可靠性及寿命，且具有柔性好、冲击性小、稳定性高和修复性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井，地质勘探等技术领域，具体涉及一种柔性换向液气式钻柱双向减振器。
背景技术
近年来，随着国家对石油、天然气的进一步开发利用，对于如何延长钻具使用寿命，降低钻井事故提出了更高的要求。在钻井过程中，井底不平和钻头牙齿间的间歇运动会引起钻柱的轴向振动，同时下部钻柱与井壁之间产生摩擦，钻柱会产生粘滑振动现象，上述两种钻柱振动都会在钻柱内产生交变应力，当所产生的激励频率与钻柱系统固有频率相同或成倍数时，会引起钻柱共振，使钻柱受到破坏，最终导致钻具断裂，酿成钻井事故。
目前，钻井过程中常用钻柱双向减振器存在以下问题：换向机构常采用螺纹换向方式，该机构易失效，整体可靠性差；液压减振方式结构复杂，压缩行程短，导致轴向减震效果差；机械式减振方式整体寿命短，重复使用率低，修复成本高。因此有必要发明一种双向减振效果更好，使用寿命更长的新型钻柱双向减振器。
发明内容
本发明的目的在于解决现有钻柱双向减振器的结构缺陷，提升减振效果，延长使用寿命，特提供一种柔性换向液气式钻柱双向减振器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，主要由上接头、绳缆柔性换向机构、液气联动减振机构、下接头组成；其特征是：所述绳缆柔性换向机构由端面挡泥环、端面O型密封圈、中间心轴、绳缆接头、钢丝绳缆、绳缆外筒、中间接头组成，中间心轴上端通过螺纹与上接头相连，钢丝绳缆通过绳缆接头将中间心轴和中间接头连接起来，绳缆起传递扭矩和连接作用；绳缆外筒通过螺纹与中间接头相连，中间心轴上端设有环形槽，安装有密封圈和挡泥环，绳缆外筒和中间心轴可相对滑动和转动；所述液气联动吸振机构由液气缸外筒、气缸活塞、气液分隔塞、液缸活塞、U型外密封圈、U型内密封圈、液气缸内筒、气嘴、接头连接件组成，液气缸内筒上端通过螺纹与中间心轴下端相连，液气缸外筒上端通过螺纹与中间接头下端相连；气缸活塞安装于液气缸内筒和液气缸外筒之间的空腔中并贴紧中间接头，气缸活塞内外圈设有密封槽，靠近气缸一侧安装一组 U型外密封圈、U型内密封圈，靠近中间接头一侧安装一组O型外密封圈Ⅰ、O型内密封圈Ⅰ；气液分隔塞位于液气缸内筒和液气缸外筒之间的空腔中并贴近液气缸内筒上的凸台，其活塞端内外圈有密封槽，安装有两对O型内密封圈Ⅱ和O型外密封圈Ⅱ，用来分隔液体和气体；液气缸外筒下端通过螺纹和接头连接件相连，液缸活塞安装于液气缸内筒和液气缸内筒之间的空腔中并贴紧接头连接件，液缸活塞内外圈设有密封槽，靠近液缸一侧安装一组U型外密封圈、U型内密封圈，靠近接头连接件一侧安装两组O型外密封圈Ⅰ、O型内密封圈Ⅰ，液气缸内筒与液缸活塞之间可以相对滑动和转动；接头连接件通过螺纹和下接头相连。
进一步的，所述液气缸内筒上的凸台上有均布的12个通孔，用于液体阻尼减振。
进一步的，所述中间心轴和中间接头上设有12个螺纹孔，用于钢丝绳缆接头连接。
进一步的，所述的油嘴安装在液气缸外筒上，用于添加液压油。
进一步的，所述气嘴安装在液气缸外筒上，它由气嘴座、气嘴管套、密封塞、回位弹簧、伸缩杆Ⅰ、伸缩杆Ⅱ、后盖、密封管套组成，用于充入高压气体。
本发明与现有技术比较，其有益效果是：(1)减振器通过绳缆换向机构将周向载荷波动转化到轴向方向上所产生的相对位移更大，周向减振效果更好，且使用寿命更长；(2)液气缸减振机构具有液体阻尼减振和气体弹性减振双重减振作用；(3)减振器减振机构在具有气体柔性减振的同时，液缸中的液体又可以在气体反弹时起到缓冲作用避免二次冲击，具有柔性好、冲击小、稳定性好的特点；(4)气缸内气体压力可通过气嘴充放气调整，可适应不同工况下减振，且可以重复使用，降低成本；(5)钻头解阻后气体回弹的弹性势转化为周向加速度和轴向冲击，起到加速破除阻碍作用，提高钻井效率。
附图说明
图1为本发明剖面结构视图；
图2为减振器减振前后两个状态的剖面结构视图；
图3为减振器三维展示图；
图4为减振器绳缆换向机构收缩前后三维对比图；
图5为图1中A-A截面图；
图6为图1中B-B截面图；
图7为图1中Ⅰ处钢丝绳接头连接局部放大图；
图8为图1中气嘴结构示意图。
图中：1.上接头，2.端面挡泥环，3.端面O型密封圈，4.中间心轴，5.绳缆接头，6.纤维芯钢丝绳，7.绳缆外筒，8.中间连接件，9.液气缸外筒，10.气缸活塞，11.液气缸内筒，12.O 型外密封圈Ⅱ，13.液缸活塞，14.O型外密封圈Ⅰ，15.接头连接件，16.下接头，17.O型内密封圈Ⅰ，18.U型内密封圈，19.U型外密封圈，20.油嘴，21.气液分隔塞，22.O型内密封圈Ⅱ， 23.气嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：
如图1—8所示，一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，它包括上接头1、端面挡泥环2、端面O型密封圈3、中间心轴4、绳缆接头5、钢丝绳缆6、绳缆外筒7、中间接头8、液气缸外筒9、气缸活塞10、液气缸内筒11、O型外密封圈Ⅱ12、液缸活塞13、O型外密封圈Ⅰ 14、接头连接件15、下接头16、O型内密封圈Ⅰ17、U型内密封圈18、U型外密封圈19、油嘴20、气液分隔塞21、O型内密封圈Ⅱ22、气嘴23；上接头1通过螺纹与绳缆换向机构中的中间心轴4相连，钢丝绳缆6通过绳缆接头5将中间心轴4和中间接头8连接起来，钢丝绳缆6起传递扭矩和连接作用；绳缆外筒7通过螺纹与中间接头相连，中间心轴4上设有环形槽，分别安装端面挡泥环2和端面O型密封圈3，绳缆外筒7和中间心轴4之间可以相对滑动和转动；液气缸外筒9上端通过螺纹与中间接头8下端相连，液气缸内筒11通过螺纹与中间心轴4下端相连，气缸活塞10安装于液气缸内筒11和液气缸外筒9之间的空腔中贴紧中间接头8，气缸活塞10内外圈设有密封槽，其靠近气缸一侧装有一对U型内密封圈18 和U型外密封圈19，靠近中间接头8一侧装有一对O型外密封圈14和O型内密封圈17；气液分隔塞21安装于液气缸内筒和液气缸外筒之间的空腔中，活塞端贴近液气缸内筒上的凸台，活塞端安装有两组O型内密封圈Ⅱ和O型外密封圈Ⅱ；液气缸外筒9上安装有油嘴20 用于向充入液压油；液气缸外筒9下端通过螺纹与接头连接件15相连，液缸活塞13安装于液气缸内筒11和液气缸外筒9之间的空腔中贴紧接头连接件15，液缸活塞13内外圈设有密封槽，其靠近液缸一侧密封槽装有一对U型内密封圈18和U型外密封圈19，另外两个密封槽装有两对O型外密封圈Ⅰ14和O型内密封圈Ⅰ17，液气缸内筒11可以和液缸活塞13相对滑动和转动；接头连接件15通过螺纹和下接头16相连。
本发明的使用过程如下：当钻头钻到凹凸不平的砾石层处时，钻头受到轴向振动冲击，下接头16将振动载荷传递给接头连接件15，并推动液缸活塞13，液缸内液体上行通过液气缸内筒11凸台上阻尼小孔时，由于受到小孔限流，实现液体阻尼减振，通过小孔的液压油继续上行推动气液分隔塞21上行压缩气体，实现气体减振，进而实现轴向液体、气体双重减振；当钻头发生粘滑振动或者出现憋钻现象时，工具承受的扭矩出现超出正常值，钢丝绳缆6在轴向方向上提液缸活塞的拉力大于气缸内初始压力，此时钢丝绳缆6会绕中间心轴8进一步缠绕，上提中间接头8带动液气缸外筒9、液缸活塞13、接头连接件15、下接头16上行，使得液缸活塞上行推动液压油经过阻尼小孔并压缩气缸，将周向振动冲击转化为轴向冲击进行减振，进而实现了轴向和周向的双向减振。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本专利进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，主要由上接头(1)、绳缆柔性换向机构、液气联动减振机构、下接头(16)组成；其特征在于：所述的绳缆柔性换向机构由端面挡泥环(2)、端面O型密封圈(3)、中间心轴(4)、绳缆接头(5)、钢丝绳缆(6)、绳缆外筒(7)、中间接头(8)组成，中间心轴(4)上端通过螺纹与上接头(1)相连，钢丝绳缆(6)通过绳缆接头(5)将中间心轴(4)和中间接头(8)相连，绳缆外筒(7)通过螺纹与中间接头(8)连接，绳缆外筒与中间心轴之间形成绳缆活动的空腔结构；中间心轴上部设置环形槽，安装有端面挡泥环(2)和端面O型密封圈(3)，绳缆外筒和中间心轴可相对滑动和转动；所述液气联动减振机构由液气缸外筒(9)、气缸活塞(10)、液缸活塞(13)、U型内密封圈(18)、U型外密封圈(19)、液气缸内筒(11)、油嘴(20)、气液分隔塞(21)、气嘴(23)、O型外密封圈Ⅰ(14)、O型内密封圈Ⅰ(17)、接头连接件(15)组成，液气缸外筒(9)上端通过螺纹与中间接头(8)下端相连，液气缸内筒(11)上端通过螺纹与中间心轴(4)下端相连；气缸活塞(10)安装于液气缸内筒(11)和液气缸外筒(9)之间的空腔中并贴紧中间接头(8)，气缸活塞(10)内外圈设有密封槽，靠近气缸一侧安装一组U型外密封圈(19)、U型内密封圈(18)，靠近中间接头一侧安装一组O型外密封圈Ⅰ(14)、O型内密封圈Ⅰ(17)；气液分隔塞(21)也位与液气缸内筒(11)和液气缸外筒(9)之间的空腔中，其活塞端贴近液气缸内筒(11)上的凸台，活塞端装有两对O型内密封圈Ⅱ(22)和O型外密封圈Ⅱ(12)；液气缸外筒(9)上端通过螺纹与中间接头(8)下端相连，液气缸外筒(9)下端通过螺纹和接头连接件(15)相连；液缸活塞(13)安装于液气缸内筒(11)和液气缸外筒(9)之间的空腔中并贴紧接头连接件(15)，液缸活塞(13)内外圈设有密封槽，靠近液缸一侧安装一组U型外密封圈(19)、U型内密封圈(18)，靠近接头连接件(15)一侧安装两组O型外密封圈Ⅰ(14)、O型内密封圈Ⅰ(17)，液气缸内筒(11)可以和液缸活塞(13)相对滑动和转动；接头连接件(15)与下接头(16)通过螺纹相连。
2.根据权利要求1所述的一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，其特征在于：所述的上下接头均设置为钻杆标准接头，以便减振器与其他钻具连接。
3.根据权利要求1所述的一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，其特征在于：所述的中间心轴(4)和中间接头(8)上设有12个螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，其特征在于：所述的液气缸内筒(11)有一凸台，凸台上有12个阻尼小孔。
5.根据权利要求1所述的一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，其特征在于：液缸内充满硅油，气缸内充入一定初始压力的氮气。
6.根据权利要求1所述的一种柔性换向液气式钻柱双向减振器，其特征在于：所述的油嘴(20)安装于液气缸外筒(9)上。
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