一种机械式钻柱振动测量工具

本发明涉及石油天然气钻井，特别是涉及一种纯机械式井下钻柱振动测量工具。

背景技术：

1、钻柱振动指的是在钻井过程中，钻头跟地层之间的相互作用给钻柱带来轴向、横向以及扭转振动。钻柱振动是当前钻井工程中普遍存在的问题，剧烈的钻柱振动会加速钻具的破坏，大幅缩减其使用寿命，是导致钻具疲劳失效的主要原因。随着井深的增加，深处岩层中岩石的硬度和塑性都会增大，钻具振动导致的钻具失效问题更加突出。钻井与测井工作人员需要对井下的振动信号进行持续监测，以便及时调整钻进过程，而振动信号的测量精度与可靠性将显著影响操作员或控制系统的判断。目前，现有的钻柱振动测量工具大多是基于各种电子元器件开发的，但是电子元器件在井底的恶劣工况下，其测量精度将受到影响，在一些高温高压等极端条件下，将无法有效测量，这极大的降低测量系统的可靠性。

2、因此，需要一种不依赖于电子元器件的井下振动测量工具，为地面人员实时提供可靠数据。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种机械式钻柱振动测量工具，应用于钻柱振动测量与控制系统，可以提高钻井工具振动信号接收、形成和传输的可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供了一种机械式钻柱振动测量工具，包括同轴设置的上筒体、下筒体和空心轴，所述上筒体和所述下筒体连接，所述上筒体和所述下筒体之间形成空腔，所述上筒体的侧壁开设有上外孔和下外孔，所述上外孔和所述下外孔均与所述空腔连通，所述空心轴位于所述上筒体和所述下筒体的内侧，所述空心轴分别与所述上筒体和所述下筒体滑动连接，所述空心轴的下端用于与钻柱连接，所述空心轴的内部空腔和所述上筒体的内部空腔形成内流道，所述空心轴的侧壁开设有上内孔和下内孔，所述上内孔和所述下内孔均与所述内流道连通，所述上内孔能够与所述上外孔连通，所述下内孔能够与所述下外孔连通。

4、优选地，所述空心轴的外壁设置有外花键，所述外花键平行于所述空心轴的轴向，所述上筒体的内壁设置有内花键，所述内花键平行于所述上筒体的轴向，所述外花键的长度大于所述内花键的长度，所述内花键与所述外花键滑动连接。

5、优选地，所述空心轴的上端设置有调节衬套，所述调节衬套与所述空心轴螺纹连接，所述调节衬套能够与所述内花键的上端接触。

6、优选地，所述调节衬套上沿所述调节衬套的周向开设有若干矩形槽。

7、优选地，所述上筒体的内壁设置有台阶，所述空心轴的外壁设置有凸起，在极限工作位置，所述台阶与所述凸起接触。

8、优选地，在初始位置，所述上内孔的轴线和所述上外孔的轴线平行，所述下内孔的轴线和所述下外孔的轴线平行；在极限工作位置，所述上内孔的轴线和所述上外孔的轴线重合，所述下内孔的轴线和所述下外孔的轴线重合。

9、优选地，所述上内孔的轴线的方向由所述空心轴的内壁向所述空心轴的外壁向下倾斜，所述下内孔的轴线的方向由所述空心轴的内壁向所述空心轴的外壁向上倾斜。

10、优选地，所述上筒体的下端与所述下筒体之间设置有排水间隙，在初始位置，所述排水间隙与所述下内孔连通。

11、优选地，所述上筒体与所述下筒体螺纹连接。

12、优选地，所述上筒体和所述空心轴之间设置有上密封圈，所述下筒体和所述空心轴之间设置有下密封圈。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、本发明的机械式钻柱振动测量工具为纯机械结构，可感应钻柱的轴向振动，测量钻柱轴向振动的幅值和频率并产生相应的流量信号，不受高温高压影响，保证测量数据精准可靠，可以提高钻井工具振动信号接收、形成和传输的可靠性。

技术特征：

1.一种机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：包括同轴设置的上筒体、下筒体和空心轴，所述上筒体和所述下筒体连接，所述上筒体和所述下筒体之间形成空腔，所述上筒体的侧壁开设有上外孔和下外孔，所述上外孔和所述下外孔均与所述空腔连通，所述空心轴位于所述上筒体和所述下筒体的内侧，所述空心轴分别与所述上筒体和所述下筒体滑动连接，所述空心轴的下端用于与钻柱连接，所述空心轴的内部空腔和所述上筒体的内部空腔形成内流道，所述空心轴的侧壁开设有上内孔和下内孔，所述上内孔和所述下内孔均与所述内流道连通，所述上内孔能够与所述上外孔连通，所述下内孔能够与所述下外孔连通。

2.根据权利要求1所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述空心轴的外壁设置有外花键，所述外花键平行于所述空心轴的轴向，所述上筒体的内壁设置有内花键，所述内花键平行于所述上筒体的轴向，所述外花键的长度大于所述内花键的长度，所述内花键与所述外花键滑动连接。

3.根据权利要求2所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述空心轴的上端设置有调节衬套，所述调节衬套与所述空心轴螺纹连接，所述调节衬套能够与所述内花键的上端接触。

4.根据权利要求3所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述调节衬套上沿所述调节衬套的周向开设有若干矩形槽。

5.根据权利要求1所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述上筒体的内壁设置有台阶，所述空心轴的外壁设置有凸起，在极限工作位置，所述台阶与所述凸起接触。

6.根据权利要求1所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：在初始位置，所述上内孔的轴线和所述上外孔的轴线平行，所述下内孔的轴线和所述下外孔的轴线平行；在极限工作位置，所述上内孔的轴线和所述上外孔的轴线重合，所述下内孔的轴线和所述下外孔的轴线重合。

7.根据权利要求6所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述上内孔的轴线的方向由所述空心轴的内壁向所述空心轴的外壁向下倾斜，所述下内孔的轴线的方向由所述空心轴的内壁向所述空心轴的外壁向上倾斜。

8.根据权利要求1所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述上筒体的下端与所述下筒体之间设置有排水间隙，在初始位置，所述排水间隙与所述下内孔连通。

9.根据权利要求1所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述上筒体与所述下筒体螺纹连接。

10.根据权利要求1所述的机械式钻柱振动测量工具，其特征在于：所述上筒体和所述空心轴之间设置有上密封圈，所述下筒体和所述空心轴之间设置有下密封圈。

技术总结
本发明公开了一种机械式钻柱振动测量工具，涉及石油天然气钻井技术领域，包括同轴设置的上筒体、下筒体和空心轴，上筒体和下筒体连接，上筒体和下筒体之间形成空腔，上筒体的侧壁开设有上外孔和下外孔，上外孔和下外孔均与空腔连通，空心轴位于上筒体和下筒体的内侧，空心轴分别与上筒体和下筒体滑动连接，空心轴的下端用于与钻柱连接，空心轴的内部空腔和上筒体的内部空腔形成内流道，空心轴的侧壁开设有上内孔和下内孔，上内孔和下内孔均与内流道连通，上内孔能够与上外孔连通，下内孔能够与下外孔连通。本发明应用于钻柱振动测量与控制系统，可以提高钻井工具振动信号接收、形成和传输的可靠性。

技术研发人员：薛启龙,谭兴宇,王晋,曲骏
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16