[发明专利]一种石油钻柱减振器

说明书

本发明提供一种石油钻柱减振器，属于钻井工程技术领域。该减振器包括钻铤短节、驱动单元、外壳体、螺旋导轨、钻头座、编织金属圆环和吸振组合梁。吸振组合梁由金属薄片和柔性材料垫片通过粘合剂粘合而成；钻铤短节与螺旋导轨相连；螺旋导轨与钻头座相连；驱动单元能在螺旋导轨上旋转；外壳体与钻头座相连；外壳体与钻铤短节间用密封圈密封，钻铤短节、外壳体、钻头座之间形成密封空间；编织金属圆环放置在螺旋导轨和钻头座之间，用于吸收轴向冲击振动；吸振组合梁与驱动单元和螺旋导轨之间利用螺钉固连，钻头受到扭转振动后驱动短节与螺旋导轨柱之间形成相位差，进而通过吸振组合梁的扭转变形耗能实现钻头减隔振。

技术领域

本发明涉及钻井工程技术领域，特别是指一种石油钻柱减振器。

背景技术

在石油工业钻采技术的高速发展过程中，由于钻头的破岩特性所产生的轴向、径向和扭转冲击振动问题显得十分突出，在钻进地层存在硬度变化时尤为明显。钻柱振动存在极大危害，包括：产生跳钻现象，钻头与钻井频繁冲击影响钻头寿命，钻压不稳定降低工作效率，损害地面设备，增加钻井成本等。应用减振器能够吸收振动冲击载荷，从而提高钻速及进尺效率，降低钻采成本。钻采工况的特殊性也使得普通隔振器并不能直接照搬到钻头减振中。现有钻采设备的减振装置中，橡胶减振垫减振效果不理想且在钻探环境中容易老化损坏，弹簧式减振器对环境要求不高但是减振效果较差且容易疲劳失效，液压和气压式减振器对密封性要求很高，且使用过程会受到钻井温度的影响。因此，开发新型钻柱减振器对提高减振效果、保护设备、提高钻采效率具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石油钻柱减振器，该减振器可实现径向扭转多方向振动的吸收。本发明采用编织金属圆环化解轴向振动冲击，通过吸振组合梁的扭转变形吸收扭转方向的振动，能提供高刚度、高阻尼，而且隔振稳定、可靠性高、结构简单、安装方便。解决了现有技术中钻杆的减振效果较差的问题。

该减振器包括钻铤短节、驱动单元、外壳体、螺旋导轨、钻头座、编织金属圆环和吸振组合梁，吸振组合梁由金属薄片和柔性材料垫片通过粘合剂粘合而成；钻铤短节与螺旋导轨相连；螺旋导轨与钻头座相连；驱动单元能在螺旋导轨上旋转；外壳体与钻头座相连；外壳体与钻铤短节间用金属密封圈密封，钻铤短节、外壳体、钻头座之间形成密封空间；编织金属圆环放置在螺旋导轨和钻头座之间，用于吸收轴向冲击振动；吸振组合梁与驱动单元和螺旋导轨之间利用螺钉固连，钻头受到扭转振动后驱动短节与螺旋导轨柱之间形成相位差，进而通过吸振组合梁的扭转变形耗能实现钻头减隔振。

其中，金属薄片和柔性材料垫片宽度相同，厚度与长度可随具体需求进行调整。柔性材料为高阻尼隔振材料，如弹性橡胶，有助于减振。金属薄片为弹性高、强度好的金属材料，如为不锈钢。

编织金属圆环设置多节圆环梯度变化，实现轴向不同振幅的隔振。编织金属圆环与螺旋导轨和钻头座之间施加预紧力，能增强轴向振动的吸收能力。

驱动单元在钻头受到扭转振动时会顺时针向下运动进而扭转吸振组合梁，而当外界载荷稳定时，吸振组合梁因为自身的恢复力带动驱动单元向上运动恢复到初始状态。

螺旋导轨的螺旋角设计需要综合考虑钻头参数、地层参数、扭转刚度、轴向刚度等参数，需要根据实际情况进行优选。

吸振组合梁沿轴向阵列安装，设置不少于三个安装位置，每个安装位置可并联安装不少于一个吸振组合梁。

钻铤短节、螺旋导轨和钻头座三者之间为螺纹连接，钻头座与外壳体之间为螺纹连接，外壳体与驱动单元间为间隙配合。

钻铤短节、外壳体和钻头座的外径、内径均相同，内径与上端连接的钻铤内径相同，钻铤短节和外壳体接触位置设置台阶，钻头座上端外沿设置台阶且有外螺纹，与外壳体进行螺纹连接。