复合减震工具制造技术

本申请公开了一种复合减震工具。该复合减震工具能与钻具相连接。复合减震工具包括：振动检测装置，振动检测装置能根据钻具产生的振动生成振动信号；轴向减震装置，轴向减震装置用于对钻具受到轴向的作用力进行补偿；周向减震装置，周向减震装置用于对钻具受到周向的作用力进行补偿；控制装置，控制装置分别与振动检测装置、轴向减震装置以及周向减震装置电性连接；控制装置用于根据振动信号选择控制轴向减震装置以及周向减震装置。控制装置能根据振动信号的振动类型和振动强度打开和关闭轴向减震装置和/或周向减震装置，从而能钻具进行的轴向的减震和/或周向的减震，避免了因为震动而对钻头的破坏，提高钻头破岩效率，又能有效提高工具寿命。

Composite damping tool

A composite damping tool is disclosed for this application. The composite damping tool can be connected with the drilling tool. The composite damping tool comprises a vibration detecting device, vibration detection device according to the vibration signal generated from axial vibration drilling; axial shock absorber, damping device for drilling by axial force compensation; circumferential damping device, circumferential damping device for drill string by force circumferential compensation control device, control device; with the vibration detecting device, axial damping device and circumferential damping device is electrically connected; the control device is used for signal selection according to the vibration control of axial and circumferential shock absorber damping device. Control device according to the type of vibration and strength of vibration signal on and off axial damping device and / or circumferential damping device, which can make the drilling axial vibration and / or circumferential vibration, avoid because of vibration of drill damage, improve rock breaking efficiency, and can effectively improve the tool life.

【技术实现步骤摘要】
复合减震工具
本技术涉及石油钻井领域，尤其涉及一种复合减震工具。
技术介绍
在石油、天然气和地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层、砾石岩层和软硬交错地层。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等情况都可能会使钻柱发生周向震动或横向震动。对于轴向震动，当钻头的纵向振动频率与钻具纵向振动的固有频率相匹配时，就会产生跳钻现象即共振现象。钻柱共振将引起工程事故，使钻柱过早失效，甚至最终导致油井报废。对于周向震动，钻头正常钻进过程中，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。有关文献报告每年因井下钻具震动导致的事故损失达3亿美元。钻柱的震动问题是造成井下工具和其他底部钻具损害并导致各种井下事故发生的主要原因之一，严重地影响钻具寿命，导致钻头提前失效，严重影响钻头寿命和钻井效率。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的在于提供一种复合减震工具，其能对钻具在钻井过程中遇到的轴向振动或横向振动进行减震。为了实现上述目的，本技术提供了一种复合减震工具，该复合减震工具能与钻具相连接，所述复合减震工具包括：振动检测装置，所述振动检测装置能根据所述钻具产生的振动生成振动信号；轴向减震装置，所述轴向减震装置用于对所述钻具受到轴向的作用力进行补偿；周向减震装置，所述周向减震装置用于对所述钻具受到周向的作用力进行补偿；控制装置，所述控制装置分别与所述振动检测装置、所述轴向减震装置以及所述周向减震装置电性连接；所述控制装置用于根据所述振动信号控制所述轴向减震装置以及所述周向减震装置。优选的，所述周向减震装置包括：第一外管；设置在所述第一外管内的往复转动机构，其中，所述往复转动机构包括往返冲击装置和套设在所述往返冲击装置外的往返运动缸；所述往返冲击装置与所述往返运动缸之间形成有至少两个相互隔离的压力腔室，各所述压力腔室的体积随所述压力腔室内的液体的体积的改变而改变；所述往返冲击装置上设置有进液通孔，所述进液通孔能分别与各所述压力腔室相连通；所述往返运动缸上设置有第一排液口，所述第一外管设置有能与所述第一排液口相连通的第二排液口，各所述压力腔室能依次与所述第一排液口、第二排液口相连通形成出液流道，以使所述往返冲击装置能在所述往返运动缸内做周向往返转动。优选的，所述第一排液口的数量与所述压力腔室的数量相适配，以使各所述压力腔室能分别与所述第一排液口相连通。优选的，所述第一外管为中空的圆柱体，其内壁上形成有连通所述第一排液口的环形排液槽。优选的，所述周向减震装置还包括：用于控制所述往返冲击装置上设置有进液通孔启闭的第一电磁阀；用于控制所述第一排液口启闭的第二电磁阀；所述控制装置与所述第一电磁阀以及所述第二电磁阀电连接，以使所述第一电磁阀控制部分所述进液通孔开启以及所述第二电磁阀控制与处于开启状态的所述进液通孔相对应的所述第一排液口开启。优选的，所述往返运动缸包括：往返运动缸本体，所述往返运动缸本体呈中空圆柱体状；所述第一排液口，所述第一排液口设置在所述往返运动缸本体上；两个第一扇形凸起，所述第一扇形凸起相对设置在所述往返运动缸本体内侧壁上；所述往返冲击装置包括：往返冲击装置本体，所述往返冲击装置本体为中空的筒体；所述进液通孔，设置在所述往返冲击装置本体上；两个第二扇形凸起，所述第二扇形凸起相背设置在所述往返冲击装置本体的外侧壁上，所述第一扇形凸起和所述第二扇形凸起相适配，以使所述往返冲击装置与所述往返冲击缸之间形成有至少两个所述压力腔室。优选的，所述轴向减震装置包括：第二外管；压力传导孔，所述压力传导孔设置在所述第二外管的壁上；减震平衡部，所述减震平衡部滑动套设在所述第二外管内，所述减震平衡部在所述第二外管内受到钻井液作用于其上端面的内压力，其中，所述减震平衡部具有位于所述压力传导孔上方的凸起部，所述凸起部的外壁与所述第二外管的内壁贴紧，所述凸起部的下端面用于承受自所述压力传导孔输入的外圧力；变径机构，设置在所述减震平衡部内，所述变径机构设有沿所述第二外管长度方向将其贯穿的第一流道，所述控制装置与所述变径机构电连接，所述控制装置能控制所述变径机构改变所述第一流道的内径大小，从而控制所述内压力的大小。优选的，所述控制装置通过改变所述第一流道的内径大小控制所述减震平衡部的移动。优选的，所述变径机构为设置于所述减震平衡部上的变径电磁阀；所述变径电磁阀包括多个沿圆周排布的电磁变径阀块；相邻两个所述电磁变径阀块之间设有压簧；所述控制装置通过控制相邻两个所述电磁变径阀块远离或靠近，从而改变所述第一流道的内径大小。优选的，所述变径电磁阀的数量为多个；多个所述变径电磁阀沿所述第二外管的长度方向排布。优选的，所述振动检测装置获取所述钻具产生的振动生成振动信号；所述控制装置对获取的所述振动信号进行分析，从而由所述振动信号获取当前的振动类型；当所述振动类型为轴向振动时，所述控制装置将获取的所述振动信号与预设的第一阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第一阀值时启动轴向减震系统；当所述振动类型为周向震动时，所述控制装置将获取的所述振动信号与预设的第二阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第二阀值时启动周向减震系统；当所述振动类型为复合震动时，所述控制装置将获取的所述振动信号与预设的所述第一阀值进行比较，当振动信号大于第一阀值时启动轴向减震系统，所述控制装置将获取的所述振动数据与预设的所述第二阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第二阀值时启动周向减震系统。复合减震工具的控制装置能根据振动信号的振动类型和振动强度打开和关闭轴向减震装置和/或周向减震装置，从而能对钻具进行轴向的减震和/或周向的减震，避免了因为震动而对钻头的破坏，提高钻头破岩效率，又能有效提高工具寿命。附图说明图1是本申请实施方式中一种复合减震工具的结构示意图；图2是本申请实施方式中一种复合减震工具的第三壳体截面示意图；图3是本申请实施方式中一种复合减震工具的周向减震装置的往返运动缸的截面示意图；图4是本申请实施方式中一种复合减震工具的周向减震装置的往返冲击锤的截面示意图；图5是本申请实施方式中一种复合减震工具的周向减震装置的局部结构示意图；图6是本申请实施方式中一种复合减震工具的周向减震装置顺时针冲击运动状态示意图；图7是本申请实施方式中一种复合减震工具的周向减震装置逆时针冲击运动状态示意图；图8是图1中减震平衡部与外管的配合示意图；图9A是电磁变径阀未缩径状态结构示意图；图9B是电磁变径阀缩径状态结构示意图；图10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合减震工具，其特征在于，复合减震工具能与钻具相连接，所述复合减震工具包括：振动检测装置，所述振动检测装置能根据所述钻具产生的振动生成振动信号；轴向减震装置，所述轴向减震装置用于对所述钻具受到轴向的作用力进行补偿；周向减震装置，所述周向减震装置用于对所述钻具受到周向的作用力进行补偿；控制装置，所述控制装置分别与所述振动检测装置、所述轴向减震装置以及所述周向减震装置电性连接；所述控制装置用于根据所述振动信号控制所述轴向减震装置以及所述周向减震装置。

【技术特征摘要】
1.一种复合减震工具，其特征在于，复合减震工具能与钻具相连接，所述复合减震工具包括：振动检测装置，所述振动检测装置能根据所述钻具产生的振动生成振动信号；轴向减震装置，所述轴向减震装置用于对所述钻具受到轴向的作用力进行补偿；周向减震装置，所述周向减震装置用于对所述钻具受到周向的作用力进行补偿；控制装置，所述控制装置分别与所述振动检测装置、所述轴向减震装置以及所述周向减震装置电性连接；所述控制装置用于根据所述振动信号控制所述轴向减震装置以及所述周向减震装置。2.根据权利要求1所述的复合减震工具，其特征在于，所述周向减震装置包括：第一外管；设置在所述第一外管内的往复转动机构，其中，所述往复转动机构包括往返冲击装置和套设在所述往返冲击装置外的往返运动缸；所述往返冲击装置与所述往返运动缸之间形成有至少两个相互隔离的压力腔室，各所述压力腔室的体积随所述压力腔室内的液体的体积的改变而改变；所述往返冲击装置上设置有进液通孔，所述进液通孔能分别与各所述压力腔室相连通；所述往返运动缸上设置有第一排液口，所述第一外管设置有能与所述第一排液口相连通的第二排液口，各所述压力腔室能依次与所述第一排液口、第二排液口相连通形成出液流道，以使所述往返冲击装置能在所述往返运动缸内做周向往返转动。3.如权利要求2所述的复合减震工具，其特征在于，所述第一排液口的数量与所述压力腔室的数量相适配，以使各所述压力腔室能分别与所述第一排液口相连通。4.如权利要求3所述的复合减震工具，其特征在于，所述第一外管为中空的圆柱体，其内壁上形成有连通所述第一排液口的环形排液槽。5.如权利要求3所述的复合减震工具，其特征在于，所述周向减震装置还包括：用于控制所述往返冲击装置上设置有进液通孔启闭的第一电磁阀；用于控制所述第一排液口启闭的第二电磁阀；所述控制装置与所述第一电磁阀以及所述第二电磁阀电连接，以使所述第一电磁阀控制部分所述进液通孔开启以及所述第二电磁阀控制与处于开启状态的所述进液通孔相对应的所述第一排液口开启。6.如权利要求5所述的复合减震工具，其特征在于，所述往返运动缸包括：往返运动缸本体，所述往返运动缸本体呈中空圆柱体状；所述第一排液口，所述第一排液口设置在所述往返运动缸本体上；两个第一扇形凸起，所述第一扇形凸起相对设置在所述往返运动缸本体内侧壁上；所述往返冲击装置包括：往返冲击装置本体，所述往返冲击装置本体为中空的筒体；所述进液通孔，设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔龙连，汪海阁，滕学清，杨成新，李宁，周波，张富成，刘力，卓鲁斌，陈志学，崔柳，
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