[发明专利]一种磁流变智能钻井减振器

说明书

技术领域

本发明涉及用于石油、天然气和地质钻井的特殊井下工具，一种磁流变智能钻井减振器。

背景技术

石油、天然气、地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层，由于井底不平、钻头牙齿间歇压入岩石及岩石间歇破碎、钻柱绕井眼中心的涡动，钻柱会发生纵向振动、横向振动和扭转振动。当钻头的纵向振动频率与钻具固有频率重合时，就产生跳钻现象。跳钻时钻头离开井底岩石并带动钻具一起向上运动，然后再一起从最高点坠落井底，产生破坏较大的运动惯性。另外，钻井马达，泵送钻井液，钻柱的不平衡等因素也会产生振动，这些振动将导致钻柱过早失效，如钻头损坏（牙齿、轴承损坏）、钻具损坏（断裂、丝扣松脱），并引发工程事故，甚至使油井报废；剧烈振动和冲击也会降低钻速，甚至极大地减少钻头和井底岩石之间的接触。

钻井工人通过改变转速、钻压来控制钻柱振动，但这些措施并不能有效地减小振动，反而会降低钻井效率。特别地，钻头是针对一个预定的转速范围和钻压而设计的，偏离钻头的设计点钻井将降低钻头使用性能，缩短钻头寿命。

减小钻井振动、防止跳钻的有效措施是在钻头和钻具之间安装减振器。现在钻井工程中广泛使用的液压减振器，其主要结构是一个环形油缸和一个环形活塞，油缸中充满液压油，当钻头纵向振动时，液压减振器轴向载荷发生变化，环形液缸中的液压油被压缩或体积膨胀，从而吸收或释放钻头振动的能量，减轻或消除钻井振动及跳钻。

通常，减振器也是针对某一种特定的钻井工况而设计。在这些工况之外使用，减振器的效率将降低，在某些情况下甚至会增加钻柱的振动。磁流变智能钻井减振器可以根据具体工况实时地调节阻尼特性，这对于保障深井硬地层的高效、快速、安全钻进具有重要意义。磁流变液由悬浮于非磁性载液中的软磁性微粒和表面活性分散剂构成，在外加磁场作用下，其粘度可以连续、快速、可逆地变化。由于这种可控的流动特性，磁流变液能够以不同形式构成控制器和执行器之间良好的耦合介质。利用可控的磁流变减振器，先进的传感系统和智能控制器，并结合井下钻具组合的机械结构，可对钻井振动进行智能控制，延长钻头寿命，提高钻速，降低钻井成本。

发明内容

本发明的目的是：针对现有液压减振器技术的不足，以及为了减小钻头振动、防止跳钻，延长钻头使用寿命，保护钻具组合，提高钻进速度，特提供一种磁流变智能钻井减振器。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种磁流变智能钻井减振器，由涡轮发电机模块、传感控制器模块、磁流变阀门、弹簧组、扭转轴承组成，其结构特征是：所述涡轮发电机模块、传感控制器模块、磁流变阀门、弹簧组和扭转轴承依次相连接；涡轮发电机模块由涡轮发电机、涡轮发电机保护外壳和扶正接头构成；传感控制器模块由传感控制器模块外壳、末端支承、上滑动轴承和传感控制器构成；传感控制器安置在传感控制器模块内部；传感控制器模块外壳上端和下端分别攻有母扣，上端母扣连接涡轮发电机保护外壳,下端母扣连接阀门外壳；末端支承和上滑动轴承加工成圆筒形；磁流变阀门由阀门外壳、线圈心轴、补偿活塞、活塞密封圈、线圈心轴衬套、励磁线圈、阀门套筒、套筒密封圈、阀门径向轴承和上心轴接头构成；阀门外壳上端连接传感控制器模块外壳，下端连接弹簧组外壳，内部安装有线圈心轴；线圈心轴内部加工有贯通孔，线圈心轴外表面中部安装有补偿活塞，线圈心轴外表面下部布有励磁线圈；相邻的励磁线圈从相反的方向缠绕，其引出线从线圈心轴引出，并用环氧树脂密封，与线圈心轴和线圈心轴衬套构成磁路；补偿活塞为圆筒结构，外表面加工有3道环形凹槽，用于安装活塞密封圈；弹簧组由弹簧组挡块、碟形弹簧、弹簧组外壳、弹簧心轴、弹簧组滑动轴承和下心轴接头构成；扭转轴承由外壳接头、扭转轴承外壳、轴承球、下滑动轴承、扭转轴承尾段、尾段密封圈和扭转轴承心轴构成；扭转轴承的内部有轴承球滚道，轴承球滚道由扭转轴承外壳内表面半圆形螺旋滚道和扭转轴承心轴外表面半圆形螺旋滚道配合构成；扭转轴承外壳两端攻有母扣；扭转轴承心轴两端攻有公扣，内部加工有贯通孔；轴承球安置在轴承球滚道中，并能在轴承球滚道内灵活转动，传递扭转轴承外壳和扭转轴承心轴之间的扭矩，并将扭转振动转化为纵向振动。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）机电结构简单、紧凑，减振器体积小，既能保证较大的行程，又能有利于阀门线圈散热；（2）具有稳定性和耐久性；（3）可进行实时精确的控制；（4）连续、可逆阻尼力变化范围大。

附图说明

图1是本发明一种磁流变智能钻井减振器的结构示意图；

图2是本发明一种磁流变智能钻井减振器的磁流变阀门轴向剖视图；