一种双向钻柱减震器

本发明涉及一种用于石油钻井、气井钻井的，具有减小周向震动和轴向震动双向复合钻柱减震器。

背景技术：

1、钻井减震器是石油和气井钻井使用井下减震工具。在钻井过程中，由于钻头间歇破碎岩石产生的轴向交变力和位移、钻头与地层的相互作用、钻具组合与井壁间的相互作等原因会引起钻具的周向震动和轴向震动。震动会造成转速不稳定，钻头的寿命降低，组合钻具失效等。使用钻柱减震器来降低震动能够减小震动对于钻具组合的破坏，增加钻头的寿命等。

2、当前减震器普遍使用减震原件为弹簧减震和液压油减震，这使液压缸漏油和弹簧变形量过大造成失效严重。震动转化采用螺纹机构将钻柱周向震动转化为轴向震动，使用螺纹为转化机构会造成磨损问题，这些问题会对于钻井工程造成经济损失。并且通常减震器的减震原件刚度不能随着地层软硬程度不同而自动改变。因此开发一种全新的双向减震器已经十分重要。

3、本发明一种双向钻柱减震器在功能上满足双向减震并且在减震原理和震动转化机构上进行优化设计，这对钻井工程具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是：可实现周向减震连续性减震、轴向双向减震和减震原件刚度可自动调节，有效的解决钻柱减震器寿命短的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双向钻柱减震器，是由上接头、心轴、固定块、活动块、活塞座一、活塞座二、钢筒一、钢筒二、活塞座三、活塞座四、密封圈一、下接头、耐磨套、电磁减震组件一、下筒体、连接体、电磁减震组件二、上筒体、密封圈二构成，其特征是：心轴两端分别和上接头下部采用螺纹连接、下接头上部采用花键连接；固定块内壁和心轴外壁采用螺纹连接，固定块下部与活动块上部始终保持接触状态；活塞座一、活塞座二分别使用螺钉固定在上筒体上，活塞座三和活塞座四分别使用螺钉固定在下筒体上；钢筒一安装在心轴上且上部外壁与活动块的内壁采用螺纹连接，钢筒二上部与钢筒一下部采用花键配合且钢筒二下部与上筒体采用螺纹连接，密封圈一安装在耐磨套内壁；电磁减震组件一与电磁减震组件二的零件组成相同，由活塞、密封空腔、电池、线圈、传感器、电路板和磁流变液组成，所述的活塞实体内部形成密封空腔，电池和电路板安装在密封空腔中，线圈固定在密封空腔外壁，传感器安装在活塞凹槽内，活塞安装在心轴上且下部始终和下接头上部保持接触状态；连接体的外壁与下筒体采用螺纹连接，活塞安装钢筒一上且上部与活动块(4)下部始终保持接触状态，密封圈二安装在上筒体的上部。。

3、所述固定块下端面和活动块上端面分别加工有12个直径为d＝20mm的半球，半球球心均匀分布直径为d的圆周上；可将周向震动转化为轴向减震实现方式为：心轴转动时产生的周向震动传递给固定块，固定块将周向震动传递给活动块，因为钢筒一上部与活动块下部使用螺纹连接，钢筒一的外壁和钢筒二的内壁采用花键配合，使得活动块产生轴向移动，减弱了周向震动，最终周向震动由轴向减震磁流变液吸收。

4、所述轴向双向减震实现方式；上部钻柱产生的轴向震动通过心轴传递给固定块，固定块将轴向震动传递给活动块，活动块将轴向震动传递到活塞，最终轴向震动由磁流变液吸收；下部钻头产生轴向震动传递到下接头，下接头将轴向震动传递到活塞，最终轴向震动由磁流变液吸收。

5、所述活塞座三、活塞座四、下筒体和活塞产生的密闭减震空间一注入磁流变液，活塞座一、活塞座二、上筒体和活塞产生的密闭减震空间二注入磁流变液。

6、本发明的有益效果是：(1)周向震动可以连续性转化轴向吸收震动且轴向可实现双向吸收震动(2)减小周向震动转化为轴向吸收震动时原件磨损严重问题(3)根据震动频率不同，减震原件可自动调节性刚度和迅速震动吸收迅速，减少损害。

技术特征：

1.一种双向钻柱减震器，是由上接头(1)、心轴(2)、固定块(3)、活动块(4)、活塞座一(5)、活塞座二(6)、钢筒一(7)、钢筒二(8)、活塞座三(9)、活塞座四(10)、密封圈一(11)、下接头(12)、耐磨套(13)、电磁减震组件一(14)、下筒体(15)、连接体(16)、电磁减震组件二(17)、上筒体(18)、密封圈二(19)构成，其特征是：心轴(2)两端分别和上接头(1)采用螺纹连接、下接头(12)采用花键连接；固定块(3)内壁和心轴(19)外壁采用螺纹连接，固定块(3)下部与活动块(4)上部始终保持接触状态；活塞座一(5)、活塞座二(6)分别使用螺钉固定在上筒体(18)上，活塞座三(9)和活塞座四(10)分别使用螺钉固定在下筒体(15)上；钢筒一(7)安装在心轴(2)上且上部外壁与活动块(4)的内壁采用螺纹连接，钢筒二(8)上部与钢筒一(7)下部采用花键配合且钢筒二(8)下部与上筒体(18)采用螺纹连接，密封圈一(11)安装在耐磨套(13)的内壁；电磁减震组件一(14)与电磁减震组件二(17)的零件组成相同，由活塞(14a，17a)、密封空腔(14b，17b)、电池(14c，17c)、线圈(14d，17d)、传感器(14e，17e)、电路板(14f，17f)和磁流变液(14g，17g)组成，所述的活塞(14a，17a)实体内部形成密封空腔(14b，17b)，电池(14c，17c)和电路板(14f，17f)安装在密封空腔(14b，17b)中，线圈(14d，17d)固定在密封空腔(14b，17b)外壁，传感器(14e，17e)安装在活塞(14a，17a)凹槽内，活塞(14a)安装在心轴(2)上且下部始终和下接头(12)上部保持接触状态；连接体(16)的外壁与下筒体(15)采用螺纹连接，活塞(17a)安装钢筒一(7)上且上部与活动块(4)下部始终保持接触状态，密封圈二(19)安装在上筒体(18)的上部。

2.根据权利要求1所述一种双向钻柱减震器，其特征是：固定块(3)下端面和活动块(4)上端面加工有12个直径为d＝20mm的半球，半球球心均匀分布直径为d的圆周上；可将周向震动转化为轴向减震实现方式为：心轴(2)转动时产生的周向震动传递给固定块(3)，固定块(3)将周向震动传递给活动块(4)，因为钢筒一(7)上部与活动块(4)下部使用螺纹连接，钢筒一(7)的外壁和钢筒二(8)的内壁采用花键配合，使得活动块(4)产生轴向移动，减弱了周向震动，最终周向震动由轴向减震磁流变液(17g)吸收。

3.根据权利要求1所述一种双向钻柱减震器，其特征是：轴向双向减震实现方式；上部钻柱产生的轴向震动通过心轴(2)传递给固定块(3)，固定块(3)将轴向震动传递给活动块(4)，活动块(4)将轴向震动传递到活塞(17a)，最终轴向震动由磁流变液(17g)吸收；下部钻头产生轴向震动传递到下接头(12)，下接头(12)将轴向震动传递到活塞(14a)，最终轴向震动由磁流变液(14g)吸收。

4.根据权利要求1所述一种双向钻柱减震器，其特征是：活塞座三(9)、活塞座四(10)、下筒体(15)和活塞(14a)产生的密闭减震空间一注入磁流变液(14g)，活塞座一(5)、活塞座二(6)、上筒体(18)和活塞(17a)产生的密闭减震空间二注入磁流变液(17g)。

技术总结
本发明涉及用于石油钻井、气井钻井的技术领域一种双向钻柱减震器。减震过程，心轴转动时产生的周向震动传递给固定块，固定块将周向震动传递给活动块，因为钢筒一上部与活动块下部使用螺纹连接，钢筒一的外壁和钢筒二的内壁采用花键配合，使得活动块产生轴向移动，减弱了周向震动，最终周向震动由轴向减震磁流变液吸收。上部钻柱产生的轴向震动通过心轴传递给固定块，固定块将轴向震动传递给活动块，活动块将轴向震动传递到活塞，最终轴向震动由磁流变液吸收；下部钻头产生轴向震动传递到下接头，下接头将轴向震动传递到活塞，最终轴向震动由磁流变液吸收。本发明能有效保护钻柱、提升钻柱的寿命和钻井效率。

技术研发人员：魏永辉,李斌,黄希敏,于富盛
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14