一种全机械双向钻柱减震器及工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全机械双向钻柱减震器及工艺方法，属于石油及天然气钻井技术领域。
【背景技术】
[0002]在钻井作业中，由于地质构造复杂，地层岩性、硬度各异，在硬岩层钻进时常常会产生对钻头的冲击负荷、钻柱的震动负荷以及钻头旋转破岩时的扭转冲击。震动形式包括:纵向震动及周向扭转振动。使用钻柱减震器可以有效抑制上述冲击震动负荷，保护钻头和钻具，延长其使用寿命，降低钻井综合成本，提高钻井工作效率和改善井眼轨迹精度。
[0003]传统的钻柱减震器是单向减震器，即只能吸收一种震动；仅有的一种双向钻柱减震器是液压式减震器，其减震元件是可压缩的硅油。这种液压钻柱减震器存在如下问题:1.由于以硅油为液体弹簧，而硅油对温度比较敏感，导致其适用范围受到限制，例如在深井使用时其工作性能就势必受到影响。2.液体弹簧对密封性能要求严格，使用中随着密封机构的磨损和硅油的漏损，会导致减震性能急剧下降。3.由于弹簧机构的减震作用主要取决于弹簧的变形能，而液体弹簧的变形能难以控制，因而影响了减震器的工作特性。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种全机械双向钻柱减震器及工艺方法。
[0005]一种全机械双向钻柱减震器，扭矩传递与震动转化机构由内梯形螺纹、外梯形螺纹组成的螺旋副构成，扭矩传递与震动转化机构与密封机构之间通过螺纹连接，密封机构中依次有旋转密封及刮泥密封构成密闭腔；减震机构由减震筒体、减震轴、环形弹簧组成，减震筒体与减震轴之间连接环形弹簧；减震机构一端通过螺纹与扭矩传递与震动转化机构连接，减震机构另一端与接头连接。
[0006]减震机构的机械减震元件是:螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧或者金属弹簧。
[0007]一种全机械双向钻柱减震工艺方法，含有以下步骤；
[0008]扭矩传递机构与上部钻柱相连，接头与下部钻柱或钻头相连；钻柱的扭矩通过扭矩传递与震动转化机构的螺旋副传递到接头，然后传递到钻头，驱动钻头旋转；钻柱的钻压通过扭矩传递与震动转化机构、减震机构传递到接头和钻头，实现破岩进尺；在将钻柱的工作扭矩和工作钻压传递到钻头的同时，钻井过程中钻头破岩所产生的纵向震动直接被减震机构的减震元件吸收或减缓，同时，周向扭转产生的震动通过震动转化机构的螺旋副转化为纵向震动，然后被减震机构的减震元件吸收，从而消除所有方式的震动对钻柱及钻头的不利影响。
[0009]本发明的优点在于:一种机构同时完成扭矩传递及震动转化两种功能，结构紧凑；不仅能够吸收石油钻井过程中的纵向震动，而且能够吸收旋转破岩时的周向扭转震动；机械式减震元件，减震效果好，适用范围广，适用于各种岩性、硬度的地层、且不受井底温度等工作环境因素的影响。
【附图说明】
[0010]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中:
[0011]图1为本发明的结构示意图。
[0012]图2为本发明的扭矩传递与震动转化机构的结构示意图。
[0013]图3为本发明的减震机构示意图。
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【具体实施方式】
[0015]显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
[0016]实施例1:如图1、图2、图3所示,一种全机械双向钻柱减震器，由扭矩传递与震动转化机构1、密封机构2、减震机构3以及接头4等零部件组成。
[0017]扭矩传递与震动转化机构I由内梯形螺纹5、外梯形螺纹6组成的螺旋副构成，扭矩传递与震动转化机构I与密封机构2之间以螺纹的方式连接，密封机构2中依次有旋转密封及刮泥密封，构成密闭腔，腔内注润滑油，实现螺旋副的润滑；减震机构3由减震筒体7、减震轴8、环形弹簧9组成，减震筒体7与减震轴8之间连接环形弹簧9 ；
[0018]减震机构3以螺纹的方式一端与扭矩传递与震动转化机构I连接，减震机构3另一立而与接头4连接。
[0019]一种全机械双向钻柱减震器，具有较大变形能、且工作可靠，工作特性不受井底温度等工作环境影响、在纵向、周向两个方向上均有减震作用的钻柱减震器。
[0020]使用时，扭矩传递与震动转化机构I与上部钻柱相连，接头4与下部钻柱或钻头相连。钻柱的扭矩通过梯形螺纹组成的螺旋副传递到接头4，然后传递到钻头，驱动钻头旋转；钻柱的钻压通过扭矩传递与震动转化机构1、减震机构3传递到接头4和钻头，实现破岩进尺。在将钻柱的工作扭矩和工作钻压传递到钻头的同时，钻井过程中钻头破岩所产生的纵向震动直接被减震机构3的环形弹簧吸收或减缓，同时，周向扭转产生的震动通过震动转化机构I的梯形螺纹转化为纵向震动，然后被减震机构3的环形弹簧吸收，从而消除所有震动对钻柱及钻头的不利影响。
[0021]如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种全机械双向钻柱减震器，其特征在于扭矩传递与震动转化机构由内梯形螺纹、外梯形螺纹组成的螺旋副构成，扭矩传递与震动转化机构与密封机构之间通过螺纹连接，密封机构中依次有旋转密封及刮泥密封构成密闭腔；减震机构由减震筒体、减震轴、环形弹簧组成，减震筒体与减震轴之间连接环形弹簧；减震机构一端通过螺纹与扭矩传递与震动转化机构连接，减震机构另一端与接头连接。
2.根据权利要求1所述的一种全机械双向钻柱减震器，其特征在于减震机构的机械减震元件是:螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧或者金属弹簧。
3.—种全机械双向钻柱减震工艺方法，其特征在于含有以下步骤； 扭矩传递机构与上部钻柱相连，接头与下部钻柱或钻头相连；钻柱的扭矩通过扭矩传递与震动转化机构的螺旋副传递到接头，然后传递到钻头，驱动钻头旋转；钻柱的钻压通过扭矩传递与震动转化机构、减震机构传递到接头和钻头，实现破岩进尺；在将钻柱的工作扭矩和工作钻压传递到钻头的同时，钻井过程中钻头破岩所产生的纵向震动直接被减震机构的减震元件吸收或减缓，同时，周向扭转产生的震动通过震动转化机构的螺旋副转化为纵向震动，然后被减震机构的减震元件吸收，从而消除所有方式的震动对钻柱及钻头的不利影响。
【专利摘要】一种全机械双向钻柱减震器及工艺方法，属于石油及天然气钻井技术领域。扭矩传递与震动转化机构由内梯形螺纹、外梯形螺纹组成的螺旋副构成，扭矩传递与震动转化机构与密封机构之间通过螺纹连接，密封机构中依次有旋转密封及刮泥密封构成密闭腔；减震机构由减震筒体、减震轴、环形弹簧组成，减震筒体与减震轴之间连接环形弹簧；减震机构一端通过螺纹与扭矩传递与震动转化机构连接，减震机构另一端与接头连接。本发明结构紧凑；不仅能够吸收石油钻井过程中的纵向震动，而且能够吸收旋转破岩时的周向扭转震动；机械式减震元件，减震效果好，适用范围广，适用于各种岩性、硬度的地层、且不受井底温度等工作环境因素的影响。
【IPC分类】E21B17-07
【公开号】CN104712259
【申请号】CN201310684049
【发明人】黄衍福, 范春英, 刘希茂, 周家齐, 李显义, 张国田, 高巧娟, 贺涛, 何莎莎, 见立银
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 北京石油机械厂
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日