一种石油钻柱减振器制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种石油钻柱减振器
本专利技术涉及钻井工程
，特别是指一种石油钻柱减振器。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。吸振组合梁和驱动单元替换为电磁涡流阻尼器，电磁涡流阻尼器包括永磁体和电涡流板，永磁体固定在螺旋导轨中部，前后分别有一段导轨，电涡流板置于两块永磁体中间，两块永磁体中间设置能让电涡流板运动的间隙，电涡流板内径与螺旋导轨上的螺旋槽配合，使电涡流板与螺旋导轨相对运动。永磁体由铁芯和磁铁交错排列组合而成，永磁体与螺旋导轨间为楔键连接，实现永磁体轴向和径向定位；电涡流板径向周期阵列不少于三个空洞，形成稳定的电涡流回路；电涡流板截面为工字形，增大切割磁感线的面积，增大洛伦兹力，从而增强电磁涡流阻尼器的隔振效率。吸振组合梁和驱动单元组成的吸振结构替换为由多层钢板组成的钢板转子摩擦阻尼器，钢板转子摩擦阻尼器由多层波纹钢板和多层平滑钢板组成，螺旋导轨与多层平滑钢板过盈配合，多层波纹钢板和多层平滑钢板间为过盈配合，多层平滑钢板下部设置限位圆环。多层波纹钢板层数一般为2～70层。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：1、本专利技术使用编织金属圆环吸收轴向振动，相比普通弹簧和橡胶垫力学性能更加稳定，体积更小，既可以隔离振动又能有效的减小振幅。2、本专利技术使用通过吸振组合梁的扭转变形吸收扭转振动，相比于其他形式，吸振组合梁能提供较高刚度和阻尼，不易疲劳，适合用于钻采设备中。3、本专利技术隔振稳定、结构简单、安装方便，不需要额外提供能源，受钻压环境影响较小，可以替代传统的橡胶垫、弹簧隔振器和液压式隔振器。4、本专利技术可根据不同型号钻探设备抑制振动频带和幅值的要求，选用不同的参数，实现有效吸振频带和衰减性能的可调性。5、本专利技术使用钢板转子摩擦阻尼器能很方便地安装于机械系统中，工作可靠、结构简单、制造工艺性好、具有较长工作寿命，在转子一定的振动幅值范围内具有很高的缓冲性能，同时还可承受一定的静载荷。阻尼器在高温、辐射及腐蚀介质条件下都能很好地工作，在整个工作寿命期内其缓冲性能和刚性都很稳定。6、本专利技术多种方案叠加使用可以实现轴向、径向、扭转三个方向的振动抑制。附图说明图1为本专利技术的石油钻柱减振器外观结构示意图；图2为本专利技术的石油钻柱减振器内部结构示意图；图3为本专利技术的石油钻柱减振器吸振组合梁结构示意图；图4为本专利技术的石油钻柱减振器剖面图；图5为不加外壳体的电磁涡流复合钻杆减振器结构示意图；图6为不加外壳体的钢板转子摩擦阻尼钻杆减振器结构示意图。其中：1-钻头座；2-外壳体；3-金属密封圈；4-钻铤短节；5-吸振组合梁；6-编织金属圆环；7-驱动单元；8-螺旋导轨；9-永磁体；10-电涡流板；11-多层平滑钢板；12-多层波纹钢板；13-限位圆环。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种石油钻柱减振器。如图1、图2、图3和图4所示，该减振器包括钻铤短节4、驱动单元7、外壳体2、螺旋导轨8、钻头座1、编织金属圆环6和吸振组合梁5，吸振组合梁5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4与螺旋导轨8相连；螺旋导轨8与钻头座1相连；驱动单元7能在螺旋导轨8上旋转；外壳体2与钻头座1相连；外壳体2与钻铤短节4间用金属密封圈3密封，钻铤短节4、外壳体2、钻头座1之间形成密封空间；编织金属圆环6放置在螺旋导轨8和钻头座1之间，用于吸收轴向冲击振动；吸振组合梁5与驱动单元7和螺旋导轨8之间利用螺钉固连。吸振组合梁通过螺栓对称安装到螺旋导轨和驱动单元上，编织金属圆环置于钻头座和螺旋导轨之间，施加预紧。当产生扭转振动时，驱动单元与螺旋导轨间产生相位差，发生相对运动，驱动单元带动吸振组合梁发生扭转变形，吸收扭转振动；并且当吸振组合梁扭转变形时会产生与振动方向相反的力，此力会作用在螺旋导轨上并且分解出径向反力，带动钻头座向上提起，使得钻压减小从而降低钻头部位的振动强度；当扭转方向振动消失时，吸振组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石油钻柱减振器，其特征在于：包括钻铤短节(4)、驱动单元(7)、外壳体(2)、螺旋导轨(8)、钻头座(1)、编织金属圆环(6)和吸振组合梁(5)，吸振组合梁(5)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(4)与螺旋导轨(8)相连；螺旋导轨(8)与钻头座(1)相连；驱动单元(7)能在螺旋导轨(8)上旋转；外壳体(2)与钻头座(1)相连；外壳体(2)与钻铤短节(4)间用金属密封圈(3)密封，钻铤短节(4)、外壳体(2)、钻头座(1)之间形成密封空间；编织金属圆环(6)放置在螺旋导轨(8)和钻头座(1)之间，用于吸收轴向冲击振动；吸振组合梁(5)与驱动单元(7)和螺旋导轨(8)之间利用螺钉固连。/n

【技术特征摘要】
1.一种石油钻柱减振器，其特征在于：包括钻铤短节(4)、驱动单元(7)、外壳体(2)、螺旋导轨(8)、钻头座(1)、编织金属圆环(6)和吸振组合梁(5)，吸振组合梁(5)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(4)与螺旋导轨(8)相连；螺旋导轨(8)与钻头座(1)相连；驱动单元(7)能在螺旋导轨(8)上旋转；外壳体(2)与钻头座(1)相连；外壳体(2)与钻铤短节(4)间用金属密封圈(3)密封，钻铤短节(4)、外壳体(2)、钻头座(1)之间形成密封空间；编织金属圆环(6)放置在螺旋导轨(8)和钻头座(1)之间，用于吸收轴向冲击振动；吸振组合梁(5)与驱动单元(7)和螺旋导轨(8)之间利用螺钉固连。


2.根据权利要求1所述的石油钻柱减振器，其特征在于：所述金属薄片和柔性材料垫片宽度相同，柔性材料为高阻尼隔振材料，金属薄片为不锈钢。


3.根据权利要求1所述的石油钻柱减振器，其特征在于：所述编织金属圆环(6)设置多节圆环梯度变化，实现轴向不同振幅的隔振。


4.根据权利要求1所述的石油钻柱减振器，其特征在于：所述吸振组合梁(5)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。


5.根据权利要求1所述的石油钻柱减振器，其特征在于：所述钻铤短节(4)、螺旋导轨(8)和钻头座(1)三者之间为螺纹连接，钻头座(1)与外壳体(2)之间为螺纹连接，外壳体(2)与驱动单元(7)间为间隙配合。


6.根据权利要求1所述的石油钻柱减振器，其特征在于：所述钻铤短...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海平，吕琦，申大山，韩东航，朱冬梅，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11