專利名稱：油氣鉆井鉆具用減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣鉆井工程用的設(shè)備防護(hù)裝置，具體是一種鉆井鉆具用減振器，它 特別適合用于氣體鉆井鉆具。
背景技術(shù)：
油氣井鉆井工程中用鉆頭去破碎堅(jiān)硬的底層，鉆進(jìn)中鉆頭在井底工作不平穩(wěn)使鉆 柱產(chǎn)生明顯縱向振動(dòng)，即跳鉆現(xiàn)象。跳鉆引起鉆具共震，這對(duì)鉆頭、鉆桿及地面設(shè)備都產(chǎn)生 相當(dāng)大的破壞作用，對(duì)井壁的穩(wěn)定也產(chǎn)生巨大的影響，是一重大的安全隱患。
目前，有幾種用于石油鉆井工程的鉆具減振器，普遍使用的是機(jī)械彈簧式減振器 和液壓式減振器，其剛度分別由彈簧剛度和硅油腔容積變化率決定，減振剛度和減振幅度 范圍值有限，而且其最大剛度值和幅度也不能滿足一些井況的需要。這些減振器最初開(kāi)發(fā) 的目的主要是用于泥漿鉆井，由于泥漿鉆井的鉆壓較大，而氣體鉆井的鉆壓較小，泥漿鉆井 用的減振器在用于氣體鉆井時(shí)作用微乎其微，甚至無(wú)作用。況且這些鉆具減振器在使用中 還存在許多的問(wèn)題，例如減振性能差、易產(chǎn)生跳鉆現(xiàn)象、使用壽命短、制造成本高、結(jié)構(gòu)復(fù) 雜等。
氣體鉆井鉆具損壞主要是由于下部鉆具振動(dòng)產(chǎn)生交變應(yīng)力，在低應(yīng)力水平下鉆具 將產(chǎn)生疲勞失效，而并非靜強(qiáng)度破壞。為此，急需研發(fā)一種氣體鉆井鉆具用減振器，使其抗 疲勞，提高氣體鉆井鉆具的使用壽命。
中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種“機(jī)械式多向減振器”(公開(kāi)號(hào)CN101608535，
公開(kāi)日
2009. 12. 23)，它雖然集阻尼、減振、隔振于一體，使鉆頭、鉆具及地面設(shè)備避免振動(dòng)破壞，減 緩了鉆柱疲勞失效。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)沖擊減振是采用環(huán)隙阻尼與復(fù)合組合碟簧的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)， 但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、不便維護(hù)，且其技術(shù)方案也不同于本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以液體、阻尼和氣體減振于 一體的油氣鉆井鉆具用減振器，它防止了鉆具疲勞失效，提高了鉆井的機(jī)械鉆速及鉆具使 用壽命。
本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其目的一種油氣鉆井鉆具用減振器，包括芯軸，所述芯軸上設(shè)有花鍵和固定活塞，在花鍵上設(shè) 有與其構(gòu)成軸向移動(dòng)副的花鍵外筒，花鍵與花鍵外筒之間軸向構(gòu)成若干個(gè)阻尼流道；所述 花鍵外筒下端連接下外筒，上端依次連接上外筒、上密封接頭和上接頭，在芯軸的外圓周上 花鍵外筒與上外筒、上密封接頭和下外筒、固定活塞分別構(gòu)成上、下兩個(gè)環(huán)形空腔，這兩個(gè) 空腔經(jīng)阻尼流道相通；所述花鍵外筒和上密封接頭上分別徑向設(shè)有注油嘴和注氣嘴，該注 油嘴與阻尼流道相通，注氣嘴經(jīng)注氣環(huán)空流道與上環(huán)形空腔相通；所述上環(huán)形空腔內(nèi)設(shè)有 活動(dòng)活塞；與下外筒和上密封接頭結(jié)合處的芯軸上分別設(shè)有密封裝置；所述上密封接頭頂 部的芯軸上連接有防掉螺母。
所述阻尼流道設(shè)在花鍵外筒的鍵槽底部，橫截面呈半圓狀。
所述阻尼流道的數(shù)量與花鍵外筒的鍵槽數(shù)量一致，任一阻尼流道與注油嘴相通。
所述活動(dòng)活塞的初始位置在上環(huán)形空腔靠底的三分之一處。
所述下外筒、花鍵外筒、上外筒、上密封接頭和上接頭的連接處分別設(shè)有密封圈。
所述注油嘴內(nèi)設(shè)有高壓密封裝置。
所述注油嘴設(shè)置在花鍵外筒的下部。
所述注氣嘴內(nèi)設(shè)有高壓氣密封裝置。
所述注氣嘴設(shè)置在上密封接頭的下部。
所述連接為螺紋連接。
本發(fā)明的有益效果是上述結(jié)構(gòu)利用活塞工作原理以液體、阻尼和氣體減振于一 體。硅油一級(jí)減振，多余的吸振能量通過(guò)活動(dòng)活塞迅速瀉到氣缸，由氣體壓縮進(jìn)行二級(jí)減 振，減振幅度大。它防止了連接在其下部的鉆具疲勞失效，提高了鉆井的機(jī)械鉆速及鉆具使 用壽命，減少井下事故，降低了安全隱患。特別適合用于氣體鉆井鉆具，也適合用于欠平衡 鉆井和泥漿鉆井。具有減振性好、使用壽命長(zhǎng)、制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少和維護(hù)方便 等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1局部A的放大圖。
圖3是圖1局部B的放大圖。
圖4是圖1的C-C剖視放大圖。
圖中代號(hào)含義1 一芯軸；2—芯軸下密封裝置；3—固定活塞；4一下外筒；5—下 油缸；6—花鍵外筒下密封圈；7—花鍵；8—阻尼流道；9一注油嘴；10—花鍵外筒；11 一上 外筒；12—花鍵外筒上密封圈；13—上油缸；14一活動(dòng)活塞；15—?dú)飧祝?6—上密封接頭下 外密封圈；17—注氣環(huán)空流道；18—注氣嘴；19一上密封接頭；20—上密封接頭密封總成； 21—上密封接頭上外密封圈；22—防掉螺母；23—上接頭。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1-圖4 本發(fā)明包括芯軸1，芯軸1上設(shè)有花鍵7，芯軸1上還安裝有固定 活塞3。在花鍵7上設(shè)有與其構(gòu)成軸向移動(dòng)副的花鍵外筒10，該移動(dòng)副全部浸泡于硅油中， 即該移動(dòng)副始終處于硅油潤(rùn)滑中?；ㄦI7與花鍵外筒10之間軸向構(gòu)成十個(gè)阻尼流道8，每 個(gè)阻尼流道8設(shè)在花鍵外筒10的鍵槽底部，花鍵外筒10的鍵槽呈“U”型凹槽，花鍵7似齒 輪狀，花鍵7嵌在花鍵外筒10的凹槽內(nèi)，花鍵外筒10和花鍵7構(gòu)成的每個(gè)阻尼流道8的橫 截面呈半圓狀。阻尼流道8的數(shù)量與花鍵外筒10的鍵槽數(shù)量一致，其中一個(gè)阻尼流道8與 花鍵外筒10下部徑向設(shè)置的注油嘴9相通，注油嘴9內(nèi)設(shè)有高壓密封裝置?；ㄦI外筒10 下端螺紋密封連接有下外筒4，上端依次螺紋密封連接上外筒11、上密封接頭19和上接頭 23，在芯軸1的外圓周上花鍵外筒10與上外筒11、上密封接頭19構(gòu)成了一個(gè)上環(huán)形空腔， 該空腔內(nèi)設(shè)有活動(dòng)活塞14，活動(dòng)活塞14的初始位置在上環(huán)形空腔靠底的三分之一處，活動(dòng) 活塞14將上環(huán)形空腔分隔成兩個(gè)，其中下面一個(gè)為上油缸13 (即上硅油腔)，上面一個(gè)為氣缸15，即氣缸15的初始體積為上油缸13初始體積的兩倍。在上密封接頭19的下部徑向設(shè) 置有注氣嘴18，注氣嘴18內(nèi)設(shè)有高壓氣密封裝置，注氣嘴18具有測(cè)壓和放壓功能，注氣嘴 18經(jīng)芯軸1和上密封接頭19間設(shè)置的注氣環(huán)空流道17與上環(huán)形空腔的氣缸15相通，該 注氣環(huán)空流道17還可以是直接設(shè)置在上密封接頭上。芯軸1外圓周上的花鍵外筒10和下 外筒4、固定活塞3構(gòu)成一個(gè)下環(huán)形空腔，該空腔為下油缸5 (即下硅油腔)，上油缸13和下 油缸5經(jīng)阻尼流道8相通。在芯軸1上加工有上、下兩個(gè)芯軸密封裝置，下面一個(gè)位于芯軸 1與下外筒4的結(jié)合處(即芯軸下密封裝置2)，上面一個(gè)位于芯軸4和上密封接頭19的結(jié) 合處(即上密封接頭密封總成20)，上密封接頭19頂部的芯軸1上螺紋連接有防掉螺母22。 下外筒4和花鍵外筒10的連接處設(shè)有花鍵外筒下密封圈6，花鍵外筒10和上外筒11的連 接處設(shè)有花鍵外筒上密封圈12，上外筒11和上密封接頭19的連接處設(shè)有上密封接頭下外 密封圈16，上密封接頭19和上接頭23的連接處設(shè)有上密封接頭上外密封圈21。
本發(fā)明的工作原理芯軸1下端設(shè)有下接頭與下部鉆具相連，上端的上接頭23與 上部鉆柱相連。來(lái)自地層與鉆頭的沖擊載荷傳遞到芯軸1的底部，在該壓縮載荷作用下，芯 軸1上行，并帶動(dòng)固定活塞3上行，下油缸5里面的硅油被壓縮，使腔內(nèi)的硅油壓力增高，通 過(guò)阻尼流道8傳遞到上油缸13，由于氣缸15中的氣體可壓縮性高于硅油，因此在硅油腔上 油缸13的高壓作用下，活動(dòng)活塞14上行并壓縮氣缸15內(nèi)的氣體，上環(huán)形空腔內(nèi)的體積變 形較大，因此，其減振幅度大，以最大振幅來(lái)平衡其下部鉆具沖擊載荷的變化，達(dá)到鉆具抗 疲勞失效的功能，保護(hù)鉆具長(zhǎng)壽命的工作，有利于提高氣體鉆井的機(jī)械鉆速。同時(shí)由于體積 變化，下油缸5里面的硅油通過(guò)阻尼流道8流向上油缸13，阻尼流道8也具有減振和吸振功 能，通過(guò)阻尼流道8再次減振，即阻尼減振。
本發(fā)明實(shí)際上是集液體減振、阻尼減振、氣體減振于一體的鉆井鉆具抗疲勞減振 器。反之，當(dāng)?shù)貙优c鉆頭的沖擊載荷低于本發(fā)明下油缸5、上油缸13和氣缸15內(nèi)的儲(chǔ)備能 量載荷，那么芯軸1將下行，以平衡其沖擊載荷的變化，達(dá)到鉆具抗疲勞失效的功能，保護(hù) 鉆具長(zhǎng)壽命的工作。
權(quán)利要求
1.一種油氣鉆井鉆具用減振器，包括芯軸(1)，其特征在于所述芯軸(1)上設(shè)有花鍵 (7)和固定活塞(3)，在花鍵(7)上設(shè)有與其構(gòu)成軸向移動(dòng)副的花鍵外筒(10)，花鍵(7)與花 鍵外筒(10)之間軸向構(gòu)成若干個(gè)阻尼流道(8);所述花鍵外筒(10)下端連接下外筒(4)，上 端依次連接上外筒(11)、上密封接頭(19)和上接頭(23)，在芯軸(1)的外圓周上花鍵外筒 (10)與上外筒(11)、上密封接頭(19)和下外筒(4)、固定活塞(3)分別構(gòu)成上、下兩個(gè)環(huán)形 空腔，這兩個(gè)空腔經(jīng)阻尼流道(8)相通；所述花鍵外筒(10)和上密封接頭(19)上分別徑向 設(shè)有注油嘴(9)和注氣嘴(18)，該注油嘴(9)與阻尼流道(8)相通，注氣嘴(18)經(jīng)注氣環(huán)空 流道(17)與上環(huán)形空腔相通；所述上環(huán)形空腔內(nèi)設(shè)有活動(dòng)活塞(14)；與下外筒(4)和上密 封接頭(19)結(jié)合處的芯軸(1)上分別設(shè)有密封裝置；所述上密封接頭(19)頂部的芯軸(1) 上連接有防掉螺母(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述阻尼流道(8)設(shè)在 花鍵外筒(10)的鍵槽底部，橫截面呈半圓狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述阻尼流道(8) 的數(shù)量與花鍵外筒(10)的鍵槽數(shù)量一致，任一阻尼流道(8)與注油嘴(9)相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述活動(dòng)活塞(14)的 初始位置在上環(huán)形空腔靠底的三分之一處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述下外筒(4)、花鍵 外筒(10)、上外筒(11)、上密封接頭(19)和上接頭(23)的連接處分別設(shè)有密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述注油嘴(9)內(nèi)設(shè)有 高壓密封裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述注油嘴設(shè)置在花 鍵外筒(10)的下部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述注氣嘴(18)內(nèi)設(shè)有高壓氣密封裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述注氣嘴(18) 設(shè)置在上密封接頭(19)的下部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣鉆井鉆具用減振器，其特征在于所述連接為螺紋連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種油氣鉆井鉆具用減振器，包括芯軸，芯軸上設(shè)有花鍵和固定活塞，在花鍵上設(shè)有與其構(gòu)成軸向移動(dòng)副的花鍵外筒，花鍵與花鍵外筒之間軸向構(gòu)成若干個(gè)阻尼流道；花鍵外筒下端連接下外筒，上端依次連接上外筒、上密封接頭和上接頭，在芯軸的外圓周上花鍵外筒與上外筒、上密封接頭和下外筒、固定活塞分別構(gòu)成上、下兩個(gè)環(huán)形空腔，這兩個(gè)空腔經(jīng)阻尼流道相通；花鍵外筒和上密封接頭上分別徑向設(shè)有注油嘴和注氣嘴，該注油嘴與阻尼流道相通，注氣嘴經(jīng)注氣環(huán)空流道與上環(huán)形空腔相通；上環(huán)形空腔內(nèi)設(shè)有活動(dòng)活塞。它集液體、阻尼和氣體減振于一體，防止了鉆具疲勞失效，具有減振性好、使用壽命長(zhǎng)、制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少和維護(hù)方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B17/07GK102031938SQ20101055916
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者孟英峰, 張玉勝, 張生軍, 朱化蜀, 朱禮平, 李皋, 林永茂, 林鐵軍, 王世澤, 王希勇, 練章華, 肖國(guó)益, 蔣祖軍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司