[发明专利]可调式钻柱轴向-扭转耦合振动抑制装置

说明书

本发明公开了可调式钻柱轴向‑扭转耦合振动抑制装置，钻铤内部设置旋转阻尼结构和轴向阻尼结构；工作过程中，质量块吸收钻柱振动产生的能量，通过旋转弹性元件和旋转阻尼缸消耗旋转振动的能量，通过轴向弹簧和轴向阻尼缸消耗轴向振动产生的能量，整个转置都是通过凸台凹槽配合、卡接的方式装配，安装效率高，整个装置的阻尼、刚度、质量都可以调节，整个装置安装于钻铤内部，钻井液的冲刷有助于装置的降温，保证系统的工作性能，可在多根钻铤中安装多个减振装置，以抑制钻柱整体的振动。

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及可调式钻柱轴向-扭转耦合振动抑制装置。

背景技术

在钻井过程中，随着钻孔的深度增加，钻柱的长度会持续增加，能够达到数千米的长度，此时，钻柱的刚度会大大降低，加上再生切削效应，极易使得钻柱产生自激振动。钻柱自激振动的频率与钻柱固有频率十分相近，易导致钻柱振动的加剧以致失稳，易导致钻柱过早的疲劳损坏，甚至会导致钻柱断裂。钻柱的自激振动主要表现为沿着钻柱长度方向的轴向振动以及沿着钻柱转动方向的扭转振动。研究表明，钻柱的轴向和扭转自激振动是相互耦合的，故单独对轴向或者扭转振动进行抑制效果并不理想。

现有技术中对于钻柱减振的方案主要分为被动式钻头单一振动消除方案和主动式钻头单一振动消除方案。对于被动式钻头单一振动消除方案，中国专利CN201610063514.0提出了一种将钻头扭转振动通过大螺距螺纹转换为钻头的轴向振动，利用双向碟簧吸收轴向振动并在油缸中消耗振动的方案，该方案实现了对扭转振动的抑制。对于主动式钻头单一振动消除方案，中国专利CN201710129696.1提出了一种利用振动测量传感器监测钻头振动同时控制电磁阀开关使得减振活塞工作的减振方案，该方案实现了闭环控制，一定程度上能够抑制钻头的轴向振动。

对于现有技术中的钻柱振动抑制装置，普遍存在以下不足：1、需要重新设计钻柱钻头连接装置，成本高，强度难以保证；2、现有减振装置的弹簧刚度、阻尼、质量都无法调节，导致减振效果不佳，甚至导致产生共振加剧钻柱的振动；3、现有减振装置都是单一抑制钻头的轴向振动或者将扭转振动转化为轴向振动再抑制，对于扭转振动的抑制效果较差；4、主动式钻头振动抑制装置需要安装传感器、电磁阀、电缆，面对恶劣的深井坏境可靠性差；5、被动式钻头振动抑制装置的钻头切削受力时就会压缩碟簧从而使得活塞在油缸中过早的运动，致使装置对于振动的敏感性差。

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可调式钻柱轴向-扭转耦合振动抑制装置，通过调整旋转阻尼缸中旋转叶片的数量，可以改变装置的阻尼，根据切削环境的不同，也可以方便的更换质量块的大小，扭转弹簧和压缩弹簧，轴向阻尼缸和压缩弹簧以及旋转阻尼缸和扭转弹簧的组合使用可以对钻柱轴向振动和扭转振动进行直接的抑制，整个装置内嵌于钻铤中，不会影响钻柱的强度，如果有必要，还可以在多跟钻柱中植入本装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了可调式钻柱轴向-扭转耦合振动抑制装置，技术方案如下：

可调式钻柱轴向-扭转耦合振动抑制装置，钻铤内部设置旋转阻尼结构和轴向阻尼结构；

所述旋转阻尼结构包括圆柱中空型结构的旋转阻尼缸，所述旋转阻尼缸上部连接有转轴密封盖；所述旋转阻尼缸下方连接有通流透盖；所述旋转阻尼缸中间安装有旋转轴，所述旋转轴上部安装有旋转叶片；所述旋转轴中部与旋转弹性元件的转动端连接，所述旋转弹性元件的固定端与通流透盖下端相连；所述旋转轴下部连接有质量块；

所述轴向阻尼结构包括圆柱中空型结构的轴向阻尼缸，所述轴向阻尼缸下方固定有通流盘，所述轴向阻尼缸中间安装有轴向阻尼活塞，所述轴向阻尼活塞上端固定有连接盘，所述连接盘与质量块通过螺栓连接；

为保证旋转阻尼结构与轴向阻尼结构的轴线一致，连接销设置于旋转轴底部，所述连接销下端与连接盘中心相连；