[發明專利]鉆柱減振-避振器

有效

• 申請號: 201110361339.0
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102505923A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李子豐
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: E21B17/07
• 分類號: E21B17/07
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明涉及一種機械領域的避振器，特別是用于石油、天然氣和地質鉆井的特殊井下工具，鉆柱減振—避振器。

背景技術

在石油、天然氣和地質鉆井過程中經常會鉆遇一些硬巖層和礫石巖層。井底不平、鉆頭牙齒間歇壓入巖石及巖石間歇破碎、鉆柱繞井眼中心的渦動等會使鉆柱發生縱向振動、橫向振動和扭轉振動。當鉆頭的縱向振動頻率與鉆具縱向振動的固有頻率匹配時，就會產生跳鉆現象即共振現象。鉆柱共振將導致鉆柱過早失效并引發工程事故，甚至使油井報廢。

通常，當發現跳鉆時，鉆井工人可以通過改變轉速來控制鉆柱的振動，但這些措施一般都降低鉆井效率。更嚴重的是，經常出現下部鉆具振動得很嚴重，而鉆臺上表現不明顯的情況。

為了減小鉆柱振動，常規的措施是在鉆柱中間安裝減振器。現在鉆井工程中廣泛使用二種減振器。一種是液壓減振器，其主要結構是一個環形油缸和一個環形活塞，油缸中充滿液壓油，當鉆頭縱向振動時，液壓減振器軸向載荷發生變化，環形油缸中的液壓油被壓縮或體積膨脹，從而吸收或釋放鉆柱振動的能量。另一種是彈簧減振器，其原理是增加鉆柱的彈性。

無論是液壓減振器還是彈簧減振器，或是二者的組合，將它們接入鉆柱內后，僅改變了鉆柱系統的固有頻率，既不隔斷振動也很少吸收振動。簡單地使用它們，對鉆井作業益處有限。在轉盤轉速一定的情況下，減振器的作用只是將共振井深由一個深度調節到了另一個深度，共振仍不可避免。在某些情況下，減振器甚至會增加鉆柱的振動。

發明內容

本發明的目的是針對現有液壓減振器和彈簧減振器技術的不足，以及為了減小鉆柱振動、防止鉆柱共振，延長鉆具和鉆頭的使用壽命，提高鉆井速度，提供一種能夠自動判別鉆柱的共振狀態、改變鉆柱彈性、使鉆柱脫離共振的鉆柱減振-避振器。

為了達到上述目的，本發明解決此技術問題所采用的技術方案如下：

本發明包括管狀外殼體和管狀心軸，外殼體的內孔為上段直徑小下段直徑大的臺階孔，在外殼體的上段內壁中設有振動檢測控制模塊和為振動檢測控制模塊提供電力的電池，心軸安裝在外殼體的下段內孔中，心軸的頂端與外殼體的內孔上段間留有游隙，心軸的上部與外殼體的內壁間設有內密封圈，在心軸的外壁上設有心軸承載環，在外殼體的內壁上設有承托心軸承載環的外殼體承拉環，在外殼體的管壁中設有封閉的氣室，氣室下方的外殼體的內壁與心軸承載環上方的心軸間構成一個空腔，空腔中裝有彈簧組和液壓油，成為液壓腔，氣室的底部設有與空腔聯通的液體通道，在氣室底部液體通道口上安裝有閥門，在心軸下部的外壁上設有花鍵槽，外殼體與心軸用花鍵連接，且花鍵槽與外殼體承拉環間留有游隙，在外殼體的下端口與心軸間設有外密封圈。

在所述外殼體的頂端安裝有上母接頭，在心軸下端口上連接有下公接頭。上母接頭用于與上部鉆柱連接，下公接頭用于與下部鉆柱連接。

本發明的鉆柱減振-避振器是根據井底位移激勵的鉆柱縱向振動理論來設計的。當鉆柱處于共振狀態時，如果改變鉆柱的彈性，鉆柱就可能脫離共振狀態。鉆柱減振-避振器就是檢測鉆柱共振狀態和使鉆柱脫離共振狀態的工具。鉆柱減振-避振器內含有檢測鉆柱縱向振動的單元；當判斷鉆柱處于共振狀態時，轉換液壓腔與氣室的閥門開關狀態；改變鉆柱減振-避振器的彈性；進而改變整個鉆柱的彈性；使鉆柱脫離共振狀態。鉆柱減振-避振器可以減小鉆柱的振動和應力，提高鉆具的使用壽命，降低鉆井成本。

本發明的優點是：（1）連續監測鉆柱的振動，主動避開鉆柱共振；（2）根據鉆柱縱向振動理論而設計；（3）機電結構簡單、緊湊，體積小；（4）具有穩定性和耐久性。

附圖說明

圖1是本發明鉆柱減振—避振器的結構示意圖。

圖中：1-上母接頭，2-外殼體，3-電池，4-振動檢測控制模塊，5-心軸，6-內密封圈，7-氣室，8-閥門，9-液體通道，10-彈簧組和液壓油，11-心軸承載環，12-外殼體承拉環，13-花鍵，14-花鍵槽，15-外密封圈，16-下公接頭。

具體實施方式

按附圖所示，本發明鉆柱減振—避振器，由上母接頭1、外殼體2、電池3、振動檢測控制模塊4、心軸5、內密封圈6、氣室7、閥門8、液體通道9、?彈簧組和液壓油10、心軸承載環11、外殼體承拉環12、花鍵13、花鍵槽14、外密封圈15和下公接頭16構成。