[发明专利]可泄压式钻柱减震器

说明书

技术领域

本发明涉及钻井工程领域。更具体地说，本发明涉及一种可泄压式钻柱减震器。

背景技术

钻进过程中，井筒内的钻柱运动以及钻头与地层的相互作用产生了无用的甚至有害的震动，这部分震动的能量来源以使地面的顶驱、转盘运动部件输出的机械能转化而来，二是钻井液的压力能转化而来，而随着井下动力钻柱的出现，钻井液引起的震动成为主要因素，对于减少震动的措施，吸震是目前应用最广泛的一种方式，它将有害的震动吸收以后以柔和的方式释放出来，不会造成能量的损失，但是这种方式吸震的能力有限，二是可以采用泄压这种更为有效的方式，但是泄压会造成能量的损失，因此将两者结合，对于振动比较小直接吸收、比较大泄压的方式。

目前，国内外的减震器型号和厂家众多，大致可以分为三类：一种是液压弹簧式减震器，一种是空气机械式减震器，另一种是全液压式减震器。上述所有的减震器都能够吸收或减缓钻进过程中钻柱的纵向震动和冲击载荷，从而维持正常的钻压，保护钻具和地面设备，降低钻井成本，提高钻井效率。但是，他们都还存在一个缺点：当钻柱震动冲击力大于减震器阻尼结构所能吸收的减震力极限时，被减震单元吸收一部分后剩余的冲击力仍将作用于钻具及钻头上，此时减震器不能将钻柱刚性震动完全转化为柔性震动，其明显表现出“失效”或者“部分失效”，导致钻具及钻头的疲劳破坏，最终带来一定的经济损失。目前解决这一问题的办法：提高减震器阻尼系数，但是提高阻尼系数势必带来了新的问题，当阻尼系数过大时，减震器近似于一根刚性钻柱，其减震效果大打折扣，仍然达不到将刚性震动转化为柔性震动的目的。因此，目前亟需一种能够在钻柱振动冲击力大的情况下能够泄压避免损坏钻柱钻头的减震器。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种可泄压式钻柱减震器，其能够在钻柱震动冲击力大于减震力极限时通过泄压单元泄压，在钻柱震动冲击力小于减震力极限时通过减震单元减震，有效吸收钻井过程中钻头和钻柱产生的有害震动。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可泄压式钻柱减震器，其上端通过花键心轴、下端通过下接头分别与钻柱连接，所述钻柱减震器包括位于上部的减震单元和位于下部的泄压单元，所述泄压单元设置在由减震活塞、排管、连接筒与下接头形成的环形泄压空间中，所述泄压单元包括：

缸套，其同轴设置在所述连接筒内壁，所述缸套的下部向内延伸出一环形柱状凸台，形成第一密封面；

泄压活塞，其同轴设置在所述排管外周下端部、且与所述下接头间隔一定距离，所述泄压活塞的外周上部、下部分别沿径向凹陷形成一环形柱状第一凹槽、中部向内凹陷形成一环形柱状第二凹槽，一个第一密封件环设在一个所述第一凹槽中；

所述排管位于所述减震活塞和所述泄压活塞之间的部分沿径向开设有至少一个第一泄压孔，所述连接筒和所述缸套位于所述第一泄压孔以下的部分沿径向开设有至少一个第二泄压孔，所述第二泄压孔的直径小于所述第二凹槽的轴向长度；

其中，所述泄压活塞与所述第一密封件的尺寸设置为：所述钻柱减震器未泄压时，所述泄压活塞的外周与所述第一密封面形成缝隙，所述第一密封件与所述第一密封面接触并密封，所述第二泄压孔与所述第二凹槽连通。

优选的是，所述的可泄压式钻柱减震器，所述第一泄压孔和所述第二泄压孔的大小一致、数量相等、且沿径向的分布一一对应，数量均为2～10个。

优选的是，所述的可泄压式钻柱减震器，所述花键心轴的上部与花键套筒滑动连接、下部与所述排管固定连接，所述花键心轴、所述排管以及所述下接头的内部连通，形成供钻井液流动的路径，所述连接筒的上下部分别与所述花键套筒、所述下接头固定连接，所述减震活塞套设在所述排管与所述缸套之间，与所述花键心轴、所述花键套筒、所述连接筒、所述缸套以及所述排管同轴设置、并形成一密封的环形减震空间，以容置所述减震单元。

优选的是，所述的可泄压式钻柱减震器，所述缸套与所述连接筒通过过盈配合固定连接，所述排管与所述泄压活塞螺纹连接，所述花键心轴的上部通过滑动密封圈与所述花键套筒滑动连接、所述花键心轴的下部与所述排管螺纹连接，所述连接筒的上下部分别与所述花键套筒、所述下接头螺纹连接。