周向减震工具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种周向减震工具，该工具包括：电力供应系统以及与其电性连接的振动监控系统和周向减震执行系统；振动监控系统包括振动测量传感器和监控处理单元；周向减震执行系统包括第一壳体以及设置在所述第一壳体内的往复运动机构，该机构包括往返冲击锤和套设在所述往返冲击锤外的往返运动缸；往返冲击锤与往返运动缸之间形成有相隔离的往返腔体，往返冲击锤上设置有进液通孔，往返运动缸上设置有第一排液口，所述第一壳体设置有能与所述第一排液口相连通的第二排液口和钻头接头，其上端的内侧与往返冲击缸相连接，其外侧通过传力机构与所述第一壳体相连接。本实用新型专利技术提供的周向减震工具及方法，能减轻钻具周向的粘滑振动。

Circumferential damping tool

The utility model discloses a circumferential damping tool, the tool includes: power supply system and electrically connected with the vibration monitoring system and circumferential vibration execution system; vibration monitoring system includes vibration measurement sensor and a monitoring processing unit; the circumferential vibration execution system comprises a first casing and is arranged in the first reciprocating motion mechanism the shell, the mechanism includes round-trip impact hammer and hammer is arranged at the outside of the round-trip reciprocating cylinder; have isolated from the cavity formed between the hammer and the movement of the cylinder from the hammer, and is provided with a liquid inlet hole, reciprocating cylinder is provided with a first liquid discharge port, the the first shell is arranged with the first liquid discharge port communicated with the second liquid discharge port and drill joint inside the upper end of the cylinder is connected with the impact from the outside through the pass. The force mechanism is connected with the first shell. The circumferential vibration damping tool and method provided by the utility model can reduce the stick slip vibration of the drilling tool circumferential.

【技术实现步骤摘要】
周向减震工具
本技术涉及石油、天然气钻井的配套装置领域，特别涉及一种周向减震工具。
技术介绍
在钻井过程中，钻柱的振动主要包括：横向振动、纵向振动和扭向振动，以及上述三种振动的耦合振动。当钻遇硬度较高的地层时，钻具容易产生周向振动，损坏PDC(PolycrystallineDiamondCompactbit聚晶金刚石复合片)钻头的切削齿，影响钻头的使用效果，降低钻头寿命。一般的，正常钻进过程中，PDC钻头在钻压的作用下不断吃入岩石，依靠钻柱提供的扭力不断旋转剪切破碎岩石。当地层岩石硬度高或钻头切入地层过深，钻头切削片处的扭矩不足以破岩时，钻头会暂时停止转动，而此时地表钻盘还在持续转动，此时上、下部钻杆出现不同转速。由于钻杆具有刚性，钻杆开始积聚扭矩能量。当钻杆积聚的扭矩能量大于钻头破岩能量时，钻头破碎岩石，此时钻柱上的扭矩能量突然释放，钻头会高速旋转。当钻柱的旋转速度降到静态摩阻起作用的临界值以下时停止旋转，上述这种持续周期约1～40s(秒)的“卡－滑”现象就是粘滑振动现象。由于上述粘滑振动过程也是一个能量积累和释放的过程，粘滑振动过程中扭矩的波动很大，这不仅会严重影响钻井效率，也威胁着钻井安全。例如，当实际的扭矩过大，甚至超过设备所能承受的扭矩极限时，会致使钻井无法进行。为了保证钻井能够持续稳定地进行，有必要提出一种周向减震工具，以消除上述周向的粘滑振动。现有的周向减震工具通常由碟簧和多头螺纹副组合形成。该工具在使用时，由于多头螺纹副长时间使用时容易发生自锁导致工具失效，严重影响现场应用效果。因此，有必要提出一种新的周向减震工具，以减轻钻具周向的粘滑振动，实现保护钻具和辅助提高钻头破岩效率的功能。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种周向减震工具，以减轻钻具周向的粘滑振动，实现保护钻具，辅助提高钻头破岩效率的功能。本技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种周向减震工具，包括：电力供应系统以及与所述电力供应系统电性连接的振动监控系统和周向减震执行系统；所述振动监控系统包括振动测量传感器和监控处理单元；所述周向减震执行系统包括第一壳体以及设置在所述第一壳体内的往复运动机构，该机构包括往返冲击锤和套设在所述往返冲击锤外的往返运动缸；所述往返冲击锤与所述往返运动缸之间形成有相隔离的往返腔体，所述往返冲击锤上设置有进液通孔，所述进液通孔能与所述往返腔体相连通形成进液通道；所述往返运动缸上设置有第一排液口，所述第一壳体设置有能与所述第一排液口相连通的第二排液口，所述往返腔体能依次与所述第一排液口、第二排液口相连通形成出液通道；当所述监控处理单元根据所述振动测量传感器获取的振动信号控制所述电力供应系统向所述周向减震执行系统供电时，所述进液通道、出液通道与所述往复运动机构相连通，所述往返冲击锤、往返运动缸能作周向往返转动；用于连接钻头的钻头接头，所述钻头接头上端的内侧与所述往返冲击缸相连接，其外侧通过传力机构与所述第一壳体相连接。在优选的实施方式中，所述传力机构为花键与键槽的配合机构。在优选的实施方式中，所述第一排液口的个数为偶数个，所述第一壳体呈中空的圆柱体，其内壁上形成有连通所述第一排液口的环形排液槽。在优选的实施方式中，所述周向减震执行系统还包括：用于控制所述往返冲击锤上设置有进液通孔启闭的第一电磁密封块；用于控制所述第一排液口启闭的第二电磁密封块；与所述第一电磁密封块相配合的第一纵向压簧；与所述第二电磁密封块相配合的第二纵向压簧；所述第一电磁密封块、第二电磁密封块分别与所述监控处理单元电性连接；所述进液通孔和所述第一排液口的个数相同且均为偶数个，所述第一电磁密封块交替控制一半所述进液通孔开启，另一半关闭；所述第二电磁密封块交替控制一半所述第一排液口开启，另一半关闭。在优选的实施方式中，所述往返运动缸为变直径的中空圆柱体，其上部直径尺寸大于下部；其上部内孔截面由四段圆弧和四个直线段形成两个对称的扇形空间，所述往返运动缸下部内径小于或等于所述四段圆弧中直径较小的圆弧的直径；所述往返冲击锤为中空的筒体，其下部外侧轮廓由四段圆弧和四个直线段形成两个对称的扇形凸起，所述往返冲击锤凸起的扇形圆弧角度小于所述往返运动缸扇形空间的圆弧角度。在优选的实施方式中，所述周向减震执行系统还包括：设置在所述往返冲击锤上端的护套，其呈圆筒状，用于为所述第一纵向压簧和第一电磁密封块定位。在优选的实施方式中，所述往复运动缸的外侧壁上设置有用于安装低压排液口和第二纵向压簧的第二电磁密封块卡槽。在优选的实施方式中，所述周向减震执行系统还包括：设置在所述往返冲击缸上端并套设在所述往返冲击锤外的密封盖，用于在所述往返冲击缸与所述往返冲击锤之间形成密封的环形空腔。在优选的实施方式中，所述电力供应系统包括：第二壳体、设置在所述壳体内的电池腔、密封设置在所述电池腔内的电池以及与所述电池电性连接的供电电缆，其中，所述电力供应系统还设置有用于流通钻井液的过流孔。在优选的实施方式中，所述第二壳体的上端内侧设置有用于和上部钻具连接的内螺纹，下端外侧设置有用于和振动监控系统连接的外螺纹，其内部设置有用于对所述电池腔限位的限位台阶。在优选的实施方式中，所述过流孔设置在所述电池腔上，或者设置在所述第二壳体上，或者由所述电池腔与所述第二壳体之间的间隙形成。在优选的实施方式中，所述电池腔的上端和下端设置有法兰环，所述过流孔设置在所述法兰环上；所述法兰环抵靠在所述限位台阶上，且所述法兰环与所述第二壳体为间隙配合。在优选的实施方式中，所述振动监控系统包括：第三壳体、设置在所述第三壳体上的振动测量传感器和监控处理单元，所述振动测量传感器和监控处理单元电性连接，并均由所述电力供应系统供电。在优选的实施方式中，所述第三壳体的外壁上设置有：第一凹槽和与所述第一凹槽相匹配的传感器密封压盖，第二凹槽和与所述第二凹槽相匹配的监控处理单元密封压盖；所述振动测量传感器设置在所述第一凹槽内，并通过所述传感器密封压盖密封；所述监控处理单元设置在所述第二凹槽内，并通过所述监控处理单元密封压盖密封。本技术的特点和优点是：本申请提供的周向减震工具是一种井下闭环监测、分析、判断、控制一体化的周向减震工具，能够提高钻头破岩效率，保护钻具。具体的，该周向减震工具能实时采集、分析、判断井下周向振动情况，当监控处理单元根据所述振动测量传感器获取的振动信号控制所述电力供应系统向所述周向减震执行系统供电时，所述进液通道、出液通道与所述往复运动机构相连通，所述往返冲击锤、往返运动缸能作周向往返转动，并将该往返转动通过钻头接头传递给钻头，钻头的往返运动能有效地减轻钻具钻头周向黏滑振动，提高钻头破岩效率，保护钻头。附图说明图1是本申请实施方式中一种周向减震工具的结构示意图；图2是本申请实施方式中一种周向减震工具的原理示意图；图3是本申请实施方式中一种周向减震工具的第一壳体截面示意图；图4是本申请实施方式中一种周向减震工具往返运动缸的截面示意图；图5是本申请实施方式中一种周向减震工具往返冲击锤的截面示意图；图6是本申请实施方式中一种周向减震工具A-A处剖视图；图7是本申请实施方式中一种周向减震工具周向减震执行系统顺时针冲击运动状态示意图；图8是本申请实施方式中一种周向减震工具周向减震执行系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种周向减震工具，其特征在于，包括：电力供应系统以及与所述电力供应系统电性连接的振动监控系统和周向减震执行系统；所述振动监控系统包括振动测量传感器和监控处理单元；所述周向减震执行系统包括第一壳体以及设置在所述第一壳体内的往复运动机构，该机构包括往返冲击锤和套设在所述往返冲击锤外的往返运动缸；所述往返冲击锤与所述往返运动缸之间形成有相隔离的往返腔体，所述往返冲击锤上设置有进液通孔，所述进液通孔能与所述往返腔体相连通形成进液通道；所述往返运动缸上设置有第一排液口，所述第一壳体设置有能与所述第一排液口相连通的第二排液口，所述往返腔体能依次与所述第一排液口、第二排液口相连通形成出液通道；当所述监控处理单元根据所述振动测量传感器获取的振动信号控制所述电力供应系统向所述周向减震执行系统供电时，所述进液通道、出液通道与所述往复运动机构相连通，所述往返冲击锤、往返运动缸能作周向往返转动；用于连接钻头的钻头接头，所述钻头接头上端的内侧与所述往返冲击缸相连接，其外侧通过传力机构与所述第一壳体相连接。

【技术特征摘要】
1.一种周向减震工具，其特征在于，包括：电力供应系统以及与所述电力供应系统电性连接的振动监控系统和周向减震执行系统；所述振动监控系统包括振动测量传感器和监控处理单元；所述周向减震执行系统包括第一壳体以及设置在所述第一壳体内的往复运动机构，该机构包括往返冲击锤和套设在所述往返冲击锤外的往返运动缸；所述往返冲击锤与所述往返运动缸之间形成有相隔离的往返腔体，所述往返冲击锤上设置有进液通孔，所述进液通孔能与所述往返腔体相连通形成进液通道；所述往返运动缸上设置有第一排液口，所述第一壳体设置有能与所述第一排液口相连通的第二排液口，所述往返腔体能依次与所述第一排液口、第二排液口相连通形成出液通道；当所述监控处理单元根据所述振动测量传感器获取的振动信号控制所述电力供应系统向所述周向减震执行系统供电时，所述进液通道、出液通道与所述往复运动机构相连通，所述往返冲击锤、往返运动缸能作周向往返转动；用于连接钻头的钻头接头，所述钻头接头上端的内侧与所述往返冲击缸相连接，其外侧通过传力机构与所述第一壳体相连接。2.如权利要求1所述的周向减震工具，其特征在于，所述传力机构为花键与键槽的配合机构。3.如权利要求1所述的周向减震工具，其特征在于，所述第一排液口的个数为偶数个，所述第一壳体呈中空的圆柱体，其内壁上形成有连通所述第一排液口的环形排液槽。4.如权利要求1所述的周向减震工具，其特征在于，所述周向减震执行系统还包括：用于控制所述往返冲击锤上设置有进液通孔启闭的第一电磁密封块；用于控制所述第一排液口启闭的第二电磁密封块；与所述第一电磁密封块相配合的第一纵向压簧；与所述第二电磁密封块相配合的第二纵向压簧；所述第一电磁密封块、第二电磁密封块分别与所述监控处理单元电性连接；所述进液通孔和所述第一排液口的个数相同且均为偶数个，所述第一电磁密封块交替控制一半所述进液通孔开启，另一半关闭；所述第二电磁密封块交替控制一半所述第一排液口开启，另一半关闭。5.如权利要求4所述的周向减震工具，其特征在于，所述往返运动缸为变直径的中空圆柱体，其上部直径尺寸大于下部；其上部内孔截面由四段圆弧和四个直线段形成两个对称的扇形空间，所述往返运动缸下部内径小于或等于所述四段圆弧中直径较小的圆弧的直径；所述往返冲击锤为中空的筒体，其下...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔龙连，孙梦慈，汪海阁，冯雪龙，王世永，张富成，查永进，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11