隔振器装置及相关方法与流程

隔振器装置及相关方法


背景技术：

1.本发明总体上涉及井下传感器和井下设备，以及涉及用于抑制可能损坏井下传感器的振动的系统。
2.在深孔钻孔中，旋转钻孔技术已成为普遍接受的做法。该技术涉及使用钻柱，该钻柱由许多连接在一起的中空管段组成，并且钻头连接到该钻柱的底端。通过将轴向力施加到钻头上并通过从地表旋转钻柱或使用连接到钻柱的液压马达，形成相当光滑的圆形钻孔。钻头的旋转和压缩导致被钻地层被压碎和粉碎。钻井流体通过钻头上的喷嘴泵入钻柱的中空中心，然后返回到钻柱环空周围的地面。这种流体循环用于将钻屑从钻孔底部输送到地面，在地面将钻屑过滤掉，而钻井流体根据需要进行再循环。钻井流体的流动还提供其他辅助功能，例如冷却和润滑钻头的切割表面，并对钻孔壁施加静水压力以帮助抑制钻井过程中遇到的任何夹带气体或流体。为了使钻井流体能够通过钻柱的中空中心、钻头中的节流喷嘴，并有足够的动量将钻屑和碎屑带回地面，地面的流体循环系统包括能够承受足够高的压力和流速的一个或多个泵、管道、阀门和旋转接头，从而将管道连接到旋转的钻柱。
3.人们早就认识到需要测量钻孔底部的某些参数并将此信息提供给钻井工。这些参数包括但不限于温度、压力、钻孔的倾斜度和方向、振动水平、倾斜度、方位角、工具面(钻柱的旋转方向)、还包括各种地球物理测量和岩性测量和地层地球物理特性，例如，电阻率、孔隙度、渗透率和密度，以及油气含量的原位地层分析。在钻井过程中，在钻孔底部的恶劣环境中测量这些参数并将这些信息及时传送到地面的挑战导致了许多设备和实践的发展。
4.有利的是能够在钻井时将数据从钻井底部发送到地面，并且不使用电线或电缆，并且不连续和/或频繁地中断钻井活动。因此，开发了通常称为“随钻测量”或“mwd”工具的工具。现有技术中已经涵盖了几种类型的mwd工具，在下面将对这些类型的mwd工具进行简要讨论。
5.mwd工具可以通过多种方式传输数据，包括：创建em(低频无线电波或信号，地球或磁场中的电流)波以通过地球传播信号；向钻柱施加高频振动，其可用于编码数据并将数据传输到地面；以及产生压力脉冲以编码数据并将数据从钻孔底部传输到地球表面。
6.使用压力脉冲的mwd工具可以以多种方式运行，例如：关闭或打开钻柱中的阀门，以便在特定参数达到预选值或特定值或阈值时产生可在地面检测到的显着压力脉冲，或者根据参数值创建一系列或一组脉冲，或者通过使用压力脉冲信号之间的时间以及压力脉冲信号的总数来编码信息。打开和关闭以及感测可以机械地或电子地或机电地或通过它们的组合来完成。
7.mwd钻井工具可包括耦合到能量源(例如，能够从流体流提取能量的涡轮发电机)的脉冲机构(脉冲发生器)、能够测量井孔底部信息的传感器组件、以及对数据进行编码并激活脉冲发生器以将此数据作为钻井流体中的压力脉冲传输到地面的控制机构。压力脉冲可以通过压敏传感器记录在地面上，并且数据被解码以供显示和钻井工使用。
8.脉冲发生器可以多种方式产生压力脉冲。在一个实施例中，伺服机构间接打开和
关闭主脉冲机构。美国专利9,133,950b2公开了伺服脉冲发生器机构，其通过引用整体并入本文。在该专利中，由流体流量变化引起的压力差完成了打开和关闭主阀以生成脉冲进而传输数据的大部分工作。这种伺服机构辅助脉冲发生器也可称为液压辅助脉冲发生器。
9.提升旋钮类型的液压辅助脉冲发生器通常具有障碍物或提升阀，以用于在孔口中产生可控障碍物(以及由此产生压降)，这种液压辅助脉冲发生器由伺服阀或先导阀驱动。
10.在许多情况下，操作员可能还希望使用随钻测井(lwd)传感器，这需要将一个或多个井下测井工具作为井下工具的一部分包括在井眼中。lwd可以允许在钻井过程中测量地层的特性。lwd传感器传统上位于mwd平台下方(井下或下游)，以尽可能靠近钻头。
11.mwd或lwd平台通常必须旋转锁定(围绕钻柱的纵向轴线)，以将其保持在相对于钻柱的元件(例如钻头)的已知/固定旋转方向。这允许平台准确测量/记录数据，例如钻孔的倾斜度和方向、倾斜度、方位角和工具面(钻柱的旋转方向)。
12.mwd和lwd系统遇到的一个问题是钻井过程涉及产生轴向振动和冲击，这些振动和冲击会干扰传感器生成的信号的信号传输和损坏设备。mwd和lwd系统遇到的另一个问题是钻井过程涉及钻柱的慢速、稳定、快速和急动的旋转，尽管如此，mwd和lwd系统必须保持已知/固定的旋转。mwd和lwd系统通常机械固定到承受这些机械振动和冲击的钻柱的一部分并由其支撑。
13.已经开发出称为阻尼器的装置来努力解决这些问题。美国专利公开us20170328142a1和国际专利申请wo2014121377a1中描述了阻尼器及相关的周边技术，它们每个的全部内容通过引用并入本文。


技术实现要素：

14.提出了一种新的和改进的设备、系统和使用方法，其允许隔振器装置结合到钻井系统中，以减弱沿钻井系统的纵向轴线的冲击并抵抗绕钻井系统的纵向轴线的扭转力，其中使用抗旋转部分和阻尼器部分作为mwd/lwd工具组件的一部分。在一个实施例中，隔振器装置包括具有主腔的主套筒、柱塞、与主套筒和柱塞接合的花键件以及振动阻尼器，其中柱塞附接至工具组件的其他部分并且可至少部分地在主腔内纵向移动，花键件比主腔短并且包括内部花键和外部花键，每个内部花键和外部花键纵向对齐并由圆柱形芯部分连接，以及连接主套筒和柱塞的振动阻尼器用于缓冲主套筒和柱塞之间的纵向振动。主套筒包括延伸到主腔中的纵向对齐的套筒花键，并且柱塞包括纵向对齐的柱塞花键。套筒花键和柱塞花键之间是花键件，花键件的内部花键与柱塞花键啮合，花键件的外部花键与套筒花键啮合。在一个实施例中，隔振器装置中的花键件限制主套筒相对于柱塞的轴向旋转，从而保持工具组件的受保护部分的定向。在一个实施例中，阻尼器部分使用弹簧/阻尼器系统来减弱沿纵向轴线的冲击。
15.在一个实施例中，柱塞包括在柱塞的连接器端和柱塞的套筒端之间轴向/纵向延伸的通道或流动路径。柱塞还包括在连接器端的液压连接，并且振动阻尼器包括第二液压连接。隔振器可以沿着两个液压连接之间的通道/流动路径形成液压连接。
16.在一个实施例中，柱塞包括在柱塞的连接器端和柱塞的套筒端之间轴向/纵向延伸的通道。通道可在柱塞的连接器端和套筒端之间形成电子通路或电磁通信通路。在一个实施例中，柱塞的连接器端和套筒端中的每一个都包括插头或电连接件或接收器/发射器
对的一部分，并且通道可以包括连接插头的线组件。
17.在一个实施例中，内部花键包括多个面向花键件内部的花键突起，这些内部的花键突起各自具有两个相对的支承面，支承面是平坦的并且彼此完全或基本平行。以类似的方式，柱塞包括多个柱塞花键槽，这些柱塞花键槽各自具有两个相对的柱塞支承面，柱塞支承面是平坦的并且完全或基本上彼此平行。以这种方式，花键件的内部的花键突起可以与柱塞的花键槽匹配并完全啮合。此外，平坦的支承面减少了其上的磨损和轴承压力，增加了零件的使用寿命。
18.在一个实施例中，外部花键包括多个面向花键件外部的花键突起，这些外部的花键突起各自具有两个相对的支承面，支承面是平坦的并且完全或基本上彼此平行。以类似的方式，主套筒包括多个套筒花键槽，这些套筒花键槽各自具有两个相对的套筒支承面，套筒支承面是平坦的并且完全或基本上彼此平行。以这种方式，花键件的外部的花键突起可以与主套筒的花键槽匹配并完全啮合。此外，平坦的轴承面减少了其上的磨损和轴承压力，增加了零件的使用寿命。
19.在一个实施例中，内部花键和外部花键均包括多组基本平坦的支承面，其中每组支承面包括完全或基本相互平行的支承面，并且其中内部花键的支承面组中的一个或多个支承面完全或基本平行于外部花键的支承面组中的一个或多个支承面。
20.在一个实施例中，内部花键包括多个内部的花键突起，并且外部花键包括多个外部的花键突起，其中内部的花键突起位于外部的花键突起的径向内侧。在一个实施例中，内部的花键突起定位成相对于外部的花键突起径向偏移。
21.在一个实施例中，花键件及其配合结构，例如主套筒和柱塞，具有不同的耐磨性。这可能是为了方便牺牲一个部分来保护另一个可能更昂贵的部分。在特定实施例中，花键件由比主套筒耐磨性差的材料形成。花键件也可以由比柱塞或柱塞轴更不耐磨的材料形成。在一个实施例中，套筒花键可由比花键件的外部花键更耐磨的材料形成。在特定实施例中，花键件制成比主套筒或柱塞更不耐磨，或者相反地说，主套筒或柱塞中的一个或两个制成比花键件更耐磨。在一个实施例中，主套筒或其套筒花键以及柱塞或其柱塞花键可以是经过热处理和表面硬化(例如，通过渗硼或渗氮)的机加工部件，而花键件是经过热处理但未进行表面硬化处理的机加工部件。
22.在一个实施例中，花键件的内部花键和外部花键通过在外部的花键突起和内部的花键突起之间形成腹板的圆柱形芯连接，芯和突起可以通过已知的制造工艺如铸造、锻造或增材制造工艺(如3d打印)而整体形成。
23.在一个实施例中，花键件轴向定位在柱塞上，并且柱塞包括卡环和肩部或键止动件以将花键件轴向定位在其上。在一个实施例中，振动阻尼器包括活塞弹簧组件和/或粘性阻尼器，并且在特定实施例中可以包括活塞/弹簧组件和粘性阻尼器两者。在一个实施例中，活塞/弹簧组件包括轴向锁定到柱塞的活塞，活塞设置在活塞/弹簧组件的向上和向下的弹簧结构之间，并且固定弹簧的相对端以吸收向上和向下的纵向/轴向冲击。在一个实施例中，振动阻尼器包括阻尼器部分和活塞，其中阻尼器部分形成包含流体(例如油)的圆柱形孔，以及活塞轴向固定到柱塞，使得活塞可在圆柱形孔内并相对于圆柱形孔移动，并且在活塞和孔之间形成狭窄的孔口以供油通过。以这种方式，活塞在油中的运动通过迫使油通过孔和活塞之间的限制来消耗能量，从而起到阻尼器的作用。活塞可以具有面向孔的轴承，
该轴承可以包括孔口结构或者可以以紧密公差形成，从而在活塞的径向向外表面和圆柱形孔的内表面之间留下小的、限制性的圆柱形孔口。
24.在一个实施例中，抗旋转工具可以连接到包括活塞弹簧组件和粘性阻尼器的振动阻尼器。柱塞可以具有下部弹簧、上部弹簧和接收器组件，其中下部弹簧插入轴端并靠在主套筒上的肩部，然后连接到活塞延伸部，该活塞延伸部紧靠活塞上侧的下部弹簧，上部弹簧放置在活塞延伸部的轴上，并且上部弹簧紧靠活塞的上侧，以及接收器组件放置在弹簧、活塞和活塞延伸部上，并且肩部紧靠上部弹簧的上侧。
25.在一个实施例中，隔振器装置通过抗旋转工具和弹簧/阻尼器系统减弱沿钻井系统的纵向轴线的冲击并抵抗绕钻井系统的纵向轴线的扭转力，该抗旋转工具具有插在主套筒和柱塞之间并与它们接合的花键件(用于抵抗扭转力)，以及弹簧/阻尼器系统包括带有活塞/孔口/充油圆柱形孔组件的活塞弹簧组件(用于减少冲击振幅和耗散冲击能量)。在一个实施例中，隔振器装置通过将主套筒连接到冲击源和受保护质量块中的一个以及将柱塞连接到冲击源和受保护质量块中的另一个来抵抗扭转力(例如，由旋转惯性引起的扭转力倾向于进一步旋转或振荡受保护质量块)，其中花键件插在主套筒和柱塞之间并与它们接合。
26.在一个实施例中，隔振器装置通过将振动阻尼器连接到冲击源和受保护质量块中的一个，并将柱塞连接到冲击源和受保护质量块中的另一个来抵抗轴向/纵向力。柱塞和主套筒分别连接到振动阻尼器，并且柱塞连接到活塞延伸部，主套筒连接到容纳弹簧和油的接收器组件。受保护质量块可包括mwd工具的一部分，例如仪器部分、电池部分、伺服脉冲发生器、em发射器组件等中的一个或多个。冲击源可包括主脉冲发生器、钻头或钻铤、或传递工具或钻柱所经受的冲击的工具或钻柱元件中的一个或多个。
27.在一个实施例中，抗旋转工具可以通过在柱塞的柱塞花键上滑动具有内部花键的花键件的内部花键来组装，从而使内部花键与柱塞花键完全啮合，其中内部花键具有面向花键件内部的多个花键突起，并且柱塞具有多个柱塞花键槽。花键件的一端位于柱塞轴上形成的台肩上，另一端通过卡环或其他锁定装置轴向固定在柱塞上。然后将柱塞和花键件插入主套筒，其中，具有面向花键件外部的多个花键突起的花键件的外部花键滑入具有多个套筒花键槽的主套筒的套筒花键中，从而使外部花键与套筒花键完全啮合。
28.在一个实施例中，隔振器装置的抗旋转工具的维修/维护包括通过将主套筒的套筒花键从旧花键件的外部花键滑离出来以移除主套筒(旧花键件的耐磨性低于主套筒)，接着移除将旧花键件固定在柱塞上的卡环(或其他轴向固定结构)，然后通过将旧花键件的内部花键滑离柱塞的柱塞花键以移除旧花键件。所述维修还包括通过将新花键件的内部花键滑到柱塞的柱塞花键上，直到内部花键靠在肩部/键止动件上，以更换旧花键件，接着将卡环(或其他轴向固定结构)固定到位，以将新花键件固定在柱塞上，然后通过将主套筒的套筒花键滑到新花键件的外部花键上来重新插入主套筒，其中新花键件的耐磨性低于主套筒。
29.连同本发明的其他目的以及表征本发明的新颖性的各种特征，这些内容在本公开所附的权利要求书中具体描述，并且所附的权利要求书构成本公开的一部分。为了更好地理解本发明、本发明的操作优点和通过本发明的应用达到的具体目的，应当参考附图和说明性内容，在其中阐明了本发明的优选实施例。
附图说明
30.图1是钻机的地表部分和井下部分的代表性视图和局部剖视图。
31.图2a和2b是隔振装置的两个实施例的立体图。
32.图3a是图2a的装置沿截面a-a的剖视图。
33.图3b是图2b的装置沿截面b-b的剖视图。
34.图4是图2a的隔振装置的立体分解图。
35.图5a和5b是柱塞组件的实施例的立体图，其示出了花键件的实施例的安装。
36.图6a是抗旋转工具的立体图。
37.图6b是图6a的工具沿截面c-c的剖视图。
38.图6c是图6a的工具沿截面d-d的剖视图。
39.图7描述了隔振装置的实施例的操作方法。
40.图8描述了隔振装置的实施例的组装方法。
41.图9描述了隔振装置的实施例的维修方法。
具体实施方式
42.现参考附图，具体参考图1，在图1中大体示出了用于钻井的旋转钻孔的钻孔系统1的简化示意图。用于钻孔3的钻柱5由固定到地面并延伸到孔3中的多段钻杆组成，多段钻杆包括泥浆马达7和位于钻杆底部的钻头9。整个钻柱5旋转的同时，钻柱5下降到孔中并且施加受控的轴向压缩载荷。钻柱5的底部连接至多个钻铤11，其用于加固钻柱5的底部并增加局部重量以有助于钻井过程。随钻测量(mwd)工具组件13通常描述为连接到钻铤11的底部，并且钻头9和泥浆马达7连接到mwd工具组件13的底部。
43.钻井流体或“泥浆”被迫流入钻柱5的顶部。该流体流过钻柱5、钻铤11、mwd工具组件13、泥浆马达7和钻头9。然后，钻井流体通过行进穿过钻柱5的外径和钻孔3之间的环形空间返回地面。mwd工具组件13在其内径内包括主脉冲发生器19、伺服脉冲发生器17、隔振器30和仪器模块15，仪器模块15可以包括电池部分。主脉冲发生器19在一端液压连接到伺服脉冲发生器17，以在这些部件之间形成用于钻井流体的路径。主脉冲发生器19的另一端与mwd工具组件13的内径内的内部钻井流体柱接触。隔振器30连接到伺服脉冲发生器17和主脉冲发生器19的相邻端部并位于它们之间，并且隔振器30液压地连接两个脉冲发生器装置。仪器模块15连接到伺服脉冲发生器17的远端。mwd工具组件13与地面上的mwd信号处理器21通信。
44.现在参考图2a、图3a和图4以及参考图5a和图5b，隔振器装置30的第一实施例包括抗旋转组件41、振动阻尼器31和扶正器组件33。
45.在一个实施例中，抗旋转组件41包括柱塞组件40、密封隔板71和花键隔板72。
46.柱塞组件40包括底部连接器42，其在柱塞组件40的底端具有内螺纹43，用于连接到其他钻柱或mwd工具元件。在底部连接器42内，孔47通向流动通道46，流动通道46穿过轴承轴48、键轴50到柱塞组件40的底端的轴连接件53。底部连接器42在颈部45处过渡到轴承轴48，该轴承轴48连接到键轴50，然后连接到轴连接件53。柱塞组件40在轴承轴48处进入密封隔板71，并与附接到密封隔板71的径向轴承73接合。柱塞组件40在轴承轴48和键轴50之间的过渡处变窄以形成肩部、键止挡件49。键轴50包括轴向对齐的轴花键(shaft splines)
51。键60包括径向内部和轴向对齐的键花键(key splines)62、径向和轴向对齐的外部的键花键65、在键60的下端的止动端61和在其上端的卡环端68。内部的键花键62与轴花键51接合，其中键60与轴花键51一样长或更长。键60轴向固定在柱塞组件40上，并在止动端61处被压到键止动件49，并通过卡环69固定在卡环端68处。
47.带花键的隔板72包括键腔81，其包括轴向对齐的接收器花键(receiver splines)82。带花键的隔板72在其下端连接到密封隔板71，并在该下端打开以及在其上端通过下部弹簧肩部89关闭。键轴50延伸穿过下部弹簧肩部89(具有密封件，未示出)。接收器花键82与键60的外部的键花键65接合，键60在键腔81内；在轴向上，键腔81和接收器花键82都比键60长，以允许键60(以及因此的柱塞组件40)在带花键的隔板72内可滑动地和轴向地移动，同时保持键60与接收器花键82的接合并且不允许键60与接收器花键82之间的旋转。
48.在一个实施例中，振动阻尼器31包括阻尼器部分70和顶部连接器76。阻尼器部分70包括粘性阻尼器32、活塞-弹簧组件90、接收器组件74和压力补偿器78。
49.接收器组件74在其开放的上端连接到带花键的隔板72并且包括在其上端开口的圆柱形孔80，以及靠近圆柱形孔80的上端设有除油器79，在除油器79下方支撑压力补偿器78，而在压力补偿器78下方的是上部弹簧台肩88。接收器组件74在其上端连接到顶部连接器76。
50.粘性阻尼器32包括弹簧轴52，在弹簧轴52的下端具有活塞56，并且弹簧轴52向上延伸至补偿器轴54以至其中具有孔口47的尖端55。活塞56连接到柱塞组件40的连接件53。活塞56包括下表面57和上表面58以及径向轴承59。流动通道46从孔口47延伸通过弹簧轴52和补偿器轴54以及活塞56，从而连接到柱塞组件40的流动通道46。顶部连接器76的外部包括用于连接到其他钻柱或mwd工具元件的螺纹77。接收器组件74与带花键的隔板72的附接在下部弹簧台肩89处封闭了圆柱形孔80的下端。压力补偿器78封闭上端以允许隔离其中的油而不侵入钻井泥浆或其他污染物。补偿器轴54穿过压力补偿器78(具有密封件，未示出)以将流动通道46连接到顶部连接器76和柱塞组件40。活塞56和轴承59在轴承59和圆柱形孔80之间形成紧密公差的阻尼孔92。因此，由施加在底部连接器42和顶部连接器76之间的力引起的活塞56相对于圆柱形孔80的轴向运动在活塞56的一侧压缩圆柱形孔80中的油并迫使它通过阻尼孔92到达活塞56和圆柱形孔80的另一侧，从而耗散隔振器30的阻尼器部分70中的能量。
51.活塞-弹簧组件90包括弹簧轴52，弹簧轴52在其下端具有活塞56以及下表面57和上表面58。活塞56连接到柱塞组件40的连接件53。下部弹簧87在其上端由下表面57止挡并且其下端由带花键的隔板72的下部弹簧肩部89止挡。上部弹簧86在其下端由上表面57止挡并且在其上端由接收器组件74的上部弹簧肩部88止挡。在一个实施例中，下部弹簧87和上部弹簧86由堆叠的贝勒维尔(belleville)垫圈形成，贝勒维尔垫圈这里代表性地由下部垫圈93和下部垫圈94描述。堆叠形成下部弹簧87和上部弹簧86的垫圈可沿相同方向(未示出)或相反方向成对地堆叠，如堆叠下部垫圈93和下部垫圈94。
52.扶正器组件33包括主体38、垫圈37和锁定环36，主体38支撑一组径向延伸的翅片34，该翅片34具有翅片边缘35，并且扶正器组件33安装到密封隔板71下端的肩部。
53.现在参考图2b和图3b以及参考图5a和图5b，隔振器装置30的第二实施例包括抗旋转组件41和振动阻尼器31。该实施例与图2a和3a的实施例相同，除了以下不同之处：省略了
扶正器组件33；电子通路128代替流动通路46；插头126固定在靠近底部连接器42的孔口47的电子通路128中；插头126在顶部连接器76的孔口47附近固定在电子通路128中；以及导线组件127延伸穿过电子通路128以在插头126之间形成连接，从而在其间传输电力或通信信号。在其他实施例中(未示出)，扶正器组件33可以从图2a和图3a的实施例中省略或添加到图2b和图3b的实施例中。
54.现在参见图6a、图6b和图6c，抗旋转系统141的一个实施例包括柱塞144、主套筒组件175和花键件(spline key)160。
55.柱塞144包括连接器142，其在柱塞连接器端部145处具有螺纹143，用于连接到其他钻柱或mwd工具元件。在连接器142内，孔147通向通道146，通道146通过轴承轴148、花键轴150到柱塞144的顶端的套筒端部153处的孔口147。连接器142连接到轴承轴148，轴承轴148连接到键轴150，然后连接到套筒端部153。柱塞144在轴承轴148和花键轴150之间的过渡处变窄以形成肩部、键止挡件149。花键轴150包括轴向对齐的柱塞花键(plunger spline)151。柱塞花键151包括一组形成在花键轴150中的径向间隔的柱塞花键槽154，柱塞花键槽154包括相对的柱塞槽支承面155。柱塞槽支承面155可以是完全或基本上平坦的并且彼此平行。
56.花键件160包括径向内部和轴向对齐的内部花键162、径向和轴向对齐的外部花键165、将内部花键162连接到外部花键165的圆柱形芯159、在花键件160下端的止动端161和在花键件160上端的卡环端168。内部花键162包括一组径向间隔开的内部花键突起163，其从圆柱形芯159径向向内延伸，并包括相对的内支承面164。内支承面164可以是完全或基本上平坦的并且彼此平行。外部花键165包括一组径向间隔开的外部花键突起165，其从圆柱形芯159径向向外延伸，并包括相对的外支承面167。外支承面167可以是完全或基本上平坦的并且彼此平行。圆柱形芯159还将径向相邻的内部花键突起163彼此连接并且将相邻的外部花键突起166彼此连接。花键件160轴向固定在柱塞144上，并在止动端161处被压到键止动件149，并且花键件160通过卡环169固定在卡环端168处。
57.主套筒组件175包括密封隔板171和花键隔板172。密封隔板71位于主套筒组件175的下端，柱塞144的轴承轴148进入密封隔板71并与附接到密封隔板171的径向轴承173接合。带花键的隔板172包括主腔181，其包括轴向对齐的套筒花键182。带花键的隔板172在其下端连接到密封隔板171并且在该下端打开和在其上端关闭，但是花键轴150延伸穿过隔板172(具有密封件，未示出)。套筒花键182包括一组径向间隔开的套筒花键槽183，其形成在带花键的隔板172中，套筒花键槽183包括相对的套筒花键支承面184。套筒花键支承面184可以是完全或基本上平坦的并且彼此平行。
58.内部花键162与柱塞花键151接合，其中花键件160与柱塞花键151一样长或更长。该接合导致内部花键突起163径向向内延伸到柱塞花键槽154中，使得内支承面164支承在柱塞槽支承面155上。外部花键165与套筒花键182接合，其中花键件160比套筒花键182短。该接合导致外部花键突起167径向向外延伸到套筒花键槽183中，导致外支承面167支承在套筒花键支承面184上。在一个实施例中，上面的突起和槽完全啮合，只有非常小的公差。平坦的、基本平行或完全平行的支承面减少了施加的压力和其上的磨损。
59.在轴向上，主腔181和套筒花键182都比花键件160长，以允许花键件160(以及因此的柱塞144)在主套筒组件内可滑动地和轴向地移动，同时保持花键件160与套筒花键182的
接合并且不允许花键件160与套筒花键182之间的旋转。
60.转向图7，本发明的操作方法的实施例包括以下步骤。步骤200为将受保护质量块旋转地和轴向地固定到隔振器装置的第一端(例如柱塞)，该隔振器装置具有抗旋转系统以抵抗扭转力和振动阻尼系统以减少轴向冲击。步骤205为将冲击源旋转地和轴向地固定到隔振器装置的第二端，其中第二端可以是振动阻尼器的顶部连接器。步骤210为将包含受保护质量块和冲击源的工具结合到钻柱中。步骤215为将钻柱插入钻井中。步骤220为操作钻柱，包括旋转钻柱和施加轴向力(钻压)，从而产生由工具经受的冲击和旋转。步骤225为冲击源将冲击传递到隔振器装置的第二端并且第二端接收该冲击。步骤230为相对于具有下部轴向弹簧和上部轴向弹簧的活塞组件移动阻尼器部分，该阻尼器部分包含具有充油圆柱形孔的粘性阻尼器，活塞组件轴向固定到柱塞。步骤232为花键件轴向固定到柱塞并与抗旋转系统的外部主套筒的内部上的套筒花键接合，并且在主套筒的主腔内，使花键件相对于套筒花键和主套筒轴向移动。步骤235为压缩活塞和肩部之间的轴向弹簧中的一个。步骤237为压缩活塞一侧的圆柱形孔中的油。步骤240为迫使油通过阻尼孔到达活塞和圆柱形孔的另一侧。步骤245为通过使油流过孔口产生热损失来耗散来自冲击的能量。步骤250为减弱对受保护质量块的轴向冲击。步骤255为冲击源将旋转传递到隔振器装置的第二端。步骤260为使抗旋转系统的外部主套筒(包括套筒花键)随着冲击源的旋转而旋转。步骤265为通过外部主套筒旋转具有外部花键和内部花键的花键件，花键件在外部主套筒内啮合并啮合到外部主套筒。步骤270为通过花键件旋转包括柱塞花键的柱塞，柱塞啮合在花键件内并啮合到花键件。步骤275为将旋转传递到隔振器装置的第一端。步骤280为用隔振器装置的第一端旋转受保护质量块。步骤285为啮合的主套筒、花键件和柱塞抵抗旋转惯性产生的扭转力，这些扭转力倾向于进一步旋转或振荡受保护质量块。步骤290为保持受保护质量块相对于冲击源的旋转方向。
61.转向图8，本发明的组装方法的实施例包括以下步骤。步骤300为提供具有内部花键的花键件，该内部花键具有面向其内部的多个花键突起；花键件的外部花键，该外部花键具有面向花键件的外部的多个花键突起，以及连接内部花键和外部花键的圆柱形芯。步骤302为将柱塞滑动穿过密封隔板的底端上的孔。步骤305为在柱塞上的柱塞花键上滑动花键件的内部花键，柱塞花键具有多个径向向外的柱塞花键槽。步骤310为使内部花键与柱塞花键完全啮合，包括将内部花键的相对支承面安置到柱塞花键的相对支承面。步骤315为将花键件的一端安置在肩部上。然后，步骤320为通过卡环或其他锁定装置将另一端轴向固定至柱塞。然后，步骤325为将柱塞和花键件的外部花键插入主套筒的套筒花键中，套筒花键具有多个径向向内的套筒花键槽。步骤330为将外部花键完全啮合到套筒花键，包括将相对支承面安置到外部花键和套筒花键的相对支承面。步骤335为将主套筒连接到密封隔板(例如，通过将它们螺纹连接在一起)以旋转地和轴向地从一个固定到另一个。
62.参见图9，隔振器装置的抗旋转工具的维修/维护方法的实施例包括以下步骤。步骤400为松开主套筒(例如通过拧松它)而将其与密封隔板分离。步骤405为将主套筒的径向向内的套筒花键滑离旧花键件的径向向外的外部花键以露出旧花键件和柱塞，从而移除主套筒。然后，步骤410为移除将旧花键件保持在柱塞上的卡环(或其他轴向固定结构)。然后，步骤415为通过将旧花键件的径向向内的内部花键滑离柱塞的径向向外的柱塞花键来移除旧花键件。步骤420为提供具有径向向内的内部花键和径向向外的外部花键的新花键件，新
花键件的耐磨性低于主套筒。然后，步骤425为将新花键件的内部花键滑动到柱塞的柱塞花键上。步骤430为将花键件的一端安置在肩部上。然后，步骤435为通过卡环或其他锁定装置将另一端轴向固定至柱塞。然后，步骤440为将柱塞和花键件的外部花键插入主套筒的套筒花键中。步骤445为将主套筒连接到密封隔板(例如，通过将它们螺纹连接在一起)以旋转地和轴向地从一个固定到另一个。