專利名稱：鉆具雙向減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
鉆具雙向減振器屬于一種鉆探工具是石油、地質(zhì)最優(yōu)化鉆井工藝中不可缺少的井下工具之一，然而長期以來，石油、地質(zhì)鉆進(jìn)過程中，在鉆進(jìn)深部硬地層、礫石層及斷層破碎帶地層時，由于現(xiàn)有鉆具減振器均屬縱向(單向)減振，而對扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷不能起減緩和消除作用，因而常常造成鉆柱的磨損加劇和迅速疲勞破壞，甚至造成鉆頭、鉆具的嚴(yán)重事故，從而使鉆井效率降低、成本增加、給鉆井生產(chǎn)帶來危害。為解決此問題，國內(nèi)、外都曾研制過鉆具雙向減振器，例如美國、蘇聯(lián)曾經(jīng)研制了由橡膠硫化與心軸制成一體的鉆具雙向減振器(圖8)、(圖9)，美國吉斯特公司、我國四川石油鉆采工藝研究所曾經(jīng)研制過大螺紋彈簧鉆具雙向減振器(


圖10)，它們共同的缺點是承受載荷小，不耐高溫、壽命短，并且受材料、加工工藝和費用的影響，不利于推廣使用。美國1976年專利(專利號3998443)曾經(jīng)申請一種鉆具雙向減振器，但僅有原理圖并無實施例，無法了解其全部結(jié)構(gòu)與參數(shù)。
為滿足科學(xué)鉆井的需要和解決鉆進(jìn)中鉆具損壞這一技術(shù)關(guān)鍵，發(fā)明人在國內(nèi)現(xiàn)有僅能單向(縱向)減振的減振器(圖6)基礎(chǔ)上研制出本發(fā)明的鉆具雙向減振器，
以下結(jié)合附圖以適于與7英寸鉆鋌連接，用于81／2英寸至95／8英寸井眼中的SJ178型鉆具雙向減振器實施例對本發(fā)明加以說明。
圖1、本發(fā)明的鉆具雙向減振器全圖圖2、本發(fā)明鉆具雙向減振器的轉(zhuǎn)換扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷的換向機(jī)構(gòu)。
圖3、本發(fā)明中獨特的多級組合式密封結(jié)構(gòu)圖4、防松油塞圖5、壓緊帽和緊急保護(hù)彈簧卡圈圖6、國內(nèi)現(xiàn)有鉆具單向減振器圖7、美國1976年專利提供的鉆具雙向減振器原理圖圖8、美國研制的橡膠元件雙向減振器圖9、蘇聯(lián)研制的橡膠元件鉆具雙向減振器
圖10、美國吉斯特公司和我國研制過的大螺紋彈簧鉆具雙向減振器本發(fā)明的鉆具雙向減振器(
圖1)除與現(xiàn)有一般單向減振器一樣由心軸〔1〕、活塞總成〔5〕、扶正外筒〔3〕及液壓缸〔6〕及它們之間形成的阻尼機(jī)構(gòu)〔N〕和工作腔的液體彈簧〔M〕等部分組成外、為了消除或減緩鉆柱工作時的扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷，本發(fā)明設(shè)計了最佳參數(shù)的活塞換向機(jī)構(gòu)〔5〕，這個機(jī)構(gòu)(圖2)是由花鍵外筒〔20〕，通過強(qiáng)度和耐磨性都很好的矩形花鍵付〔21〕與活塞連接，活塞內(nèi)孔〔22〕通過強(qiáng)度和耐磨性都很好的梯形、短齒、九頭、左旋螺旋付〔23〕與心軸〔2〕聯(lián)接。當(dāng)鉆頭在鉆進(jìn)過程中遇到硬地層或礫石層時，由于巖石對鉆頭阻力的隨機(jī)變化，鉆頭受到一個反向扭轉(zhuǎn)沖擊載荷(
圖1)，原動力給心軸一附加扭力，此扭力通過心軸，心軸與活塞間的緩沖趨動螺旋體及活塞〔5〕的外花鍵與花鍵外筒的內(nèi)鍵(印花鍵付)，并通過液壓缸〔6〕和下扶正保護(hù)接頭〔7〕傳遞給鉆頭，成為鉆頭的縱向移動的力，從而使鉆頭保持較恒定的扭矩，免于損壞，延長使用時間。本發(fā)明中螺旋件采用了一組最佳結(jié)構(gòu)與參數(shù)，它們是九頭、梯形短齒、左旋螺紋，其參數(shù)是螺紋中徑D＝0.084m螺旋升角A＝28.62度螺紋工作高度H＝0.006m螺紋有效圈數(shù)N＝38本發(fā)明的另一特點是鉆具雙向減振器(
圖1)的兩頭各裝有一個可拆卸的帶扶正棱〔8〕的扶正保護(hù)接頭〔7〕，此兩扶正保護(hù)接頭上、下頭分別要與鉆鋌和鉆頭連接，因而分別帶有錐度為14(或16)的內(nèi)螺紋與外螺紋。扶正保護(hù)接頭的作用之一是起支承作用，減少鉆柱在本減振器部位發(fā)生彎曲以保護(hù)減振器，另一用途是起保護(hù)減振器本體的作用，外徑稍大于減振器本體的扶正保護(hù)接頭的扶正棱〔8〕在減振器發(fā)生彎曲、變形的情況下首先受到磨損，當(dāng)扶正棱磨損到不能使用時，可以方便的換上一個價格比減振器便宜的多的扶正保護(hù)接頭，可拆卸的扶正保護(hù)接頭還可以防止鉆具雙向減振器的螺紋由于經(jīng)常拆卸鉆頭而磨損和由于泥漿的沖刷而刺壞由此造成整個鉆具雙向減振器的損壞。從而起到了保護(hù)鉆具減振器本體的作用，延長了鉆具雙向減振器的使用壽命。扶正保護(hù)接頭這一措施盡管在鉆具中已有使用，但在鉆具減振器上使用并且制成可拆卸的保護(hù)接頭這還是首創(chuàng)。
鉆具雙向減振器內(nèi)減振、阻尼油的密封是個很關(guān)鍵的問題，油的泄漏將會使減振器失去減振作用，并且鉆進(jìn)時鉆井井溫常高達(dá)180℃左右，減振器內(nèi)的油壓又有很廣的變化范圍(10MPa至100MMPa)，減振器又常接觸酸、堿，并要求長時間連續(xù)工作，因此油密封問題要很好的解決。本發(fā)明(
圖1)采用了多級組合式密封結(jié)構(gòu)〔10〕，來滿足高溫、高壓，耐酸堿、長時間連續(xù)工作的需要。這個結(jié)構(gòu)(圖3)是由氟橡膠；氟橡膠夾布；聚四氟乙烯加銅、石墨的混合料分別制成“V”形，“V“形和楔形的低壓〔31〕、中壓〔32〕、高壓密封件〔33〕組合而成。三種材料密封件的軟、硬度不同、它們幾何形狀不同、與軸配合的過盈量也不同，故可在不同壓力下實現(xiàn)密封。例如，在減振器壓力較低時，首先是低壓密封件〔31〕的“V”形口受壓環(huán)〔30〕頂壓而張開，壓緊油路兩壁，隨著油壓的增高，低壓密封件〔31〕的“V”形口越張越大，對兩壁也越壓越緊，到中壓下，中壓密封件的“V”形口也隨壓力的增加而張大，對密封壁的密封能力也隨之加大，直至高壓段，較硬材料制成的具有更強(qiáng)密封作用的楔形密封圈〔33〕也逐漸貼緊密封壁，側(cè)唇邊〔34〕也起到輔助密封作用，從而實現(xiàn)對高壓油的密封。實驗證明，本發(fā)明的多級組合密封結(jié)構(gòu)在高溫180℃和100MPa高壓下連續(xù)工作1000小時以上仍能保持很好的密封效果。
本發(fā)明(
圖1)在靜密封部位〔2〕均采用“O”型截面氟橡膠環(huán)密封。
本發(fā)明(
圖1)在油、氣進(jìn)、出口處〔4〕采用頂部裝有“O”型截面氟橡膠環(huán)〔42〕和矩型尼龍材料制成的墊片〔41〕帶尼龍摩擦銷〔44〕的錐度為116的螺釘〔43〕組成的防松油塞(圖4)。
本發(fā)明的鉆具雙向減振器(
圖1)還有防止下端多級組合密封結(jié)構(gòu)松動的保護(hù)結(jié)構(gòu)〔11〕即如圖5所示的多級組合密封結(jié)構(gòu)下端裝有防止密封結(jié)構(gòu)下滑的壓帽〔52〕和防止壓帽松動的雙螺母(又稱并帽〔51〕結(jié)構(gòu)。萬一雙螺母〔51〕和壓帽〔52〕都先后松動下滑，在下接頭內(nèi)孔還有一臺階〔54〕，可防止其下滑使密封失效本發(fā)明鉆具雙向減振器在沖管〔9〕的下端卡入二個彈簧卡圈〔53〕，它是為了防止有可能發(fā)生的鉆具沿液壓缸與下接頭(本發(fā)明中為扶正保護(hù)接頭)在接合螺紋中(
圖1、圖5中的“B”部位)斷裂，造成鉆頭掉入井內(nèi)的緊急保護(hù)結(jié)構(gòu)即當(dāng)鉆具沿液壓缸與下接頭(本發(fā)明中為扶正保護(hù)接頭〔7〕)的結(jié)合螺紋的公扣根部〔B〕發(fā)生斷裂時，在鉆井下部有限空間里彈簧卡圈可暫時掛住“B”以下的鉆具及鉆頭而使其不會立即落入井中，免得為打撈落入井中的鉆頭而造成很大的麻煩。
在本發(fā)明的鉆具雙向減振器中為了節(jié)約材料、降低成本、將以往的單根心軸改為二段即由心軸〔1〕和沖管〔9〕通過螺紋和“O”型截面密封圈〔2〕連接而成。
使用本發(fā)明的鉆具雙向減振器還必須注意要真空注油，這樣才能保證減振器中充滿油而正常工作。
經(jīng)實驗證明，本發(fā)明的鉆具雙向減振器不僅具有結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計合理、減振效果明顯；基本消除鉆具刺扣、粘扣、斷裂損壞等現(xiàn)象。而且，井下鉆具破壞減少事故率達(dá)98.2％；單只鉆頭的平均使用壽命提高15小時左右(過去一般單只壽命為40小時左右)，減少了起、下鉆次數(shù)；降低工人勞動強(qiáng)度；減少鉆具長途運輸修理的費用；鉆井成本降低，鉆井效率提高。四只本發(fā)明鉆具雙向減振器在五口探資井使用13個月獲得直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)114萬元，各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國際先進(jìn)水平。實驗還證明，本發(fā)明鉆具雙向減振器可開發(fā)系列產(chǎn)品，可在國內(nèi)各油田推廣使用。
權(quán)利要求1.一種能夠吸收或減緩鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的縱向和扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷的鉆具雙向減振器其特征在于它采用最佳參數(shù)的轉(zhuǎn)換扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷的活塞換向機(jī)構(gòu)在高溫、高壓下連續(xù)運轉(zhuǎn)的多級組合式密封結(jié)構(gòu)和減振器上、下扶正保護(hù)接頭等結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的鉆具雙向減振器其特征在于轉(zhuǎn)換扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷的活塞換向機(jī)構(gòu)中活塞內(nèi)孔與心軸聯(lián)接的一組九頭、梯形、短齒、左旋螺旋付的參數(shù)是螺紋中徑 D＝0.084m螺旋升角 A＝28.62度螺紋工作高度 H＝0.006m螺紋有效圈數(shù) N＝38
3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的鉆具雙向減振器其特征在于在有相對運動 儲有高壓油部位，為防止高壓油的泄漏，采用了由氟橡膠夾布、聚四氟乙稀和銅、石墨混合料分別按照“V”形、“V”形和楔形制成的低壓、中壓、高壓密封件組成的多級組合式密封結(jié)構(gòu)。在其它靜密封部位采用了“O”形截面氟橡膠密封圈密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的鉆具雙向減振器其特征在于為防止鉆柱在減振器部位發(fā)生彎曲，避免減振器本體磨損和連接螺紋磨損或被泥漿沖刷、刺壞、在本減振器上、下端頭分別裝有可拆卸、帶內(nèi)錐或外錐(錐度為14或16)螺紋，直徑大于減振器體的耐磨扶正棱和通過“O”形截面密封圈分別與心軸和液壓缸連接的上、下扶正保護(hù)接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的鉆具雙向減振器其特征在于減振器沖管與液壓缸多級組合密封結(jié)構(gòu)的下端裝有壓緊帽和防止壓緊帽松動的雙螺母(又稱并帽)沖管下端裝有防止鉆具頭部斷裂的緊急保護(hù)彈簧卡圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的鉆具雙向減振器其特征還在于在阻尼油和減振器的進(jìn)、出口處采用了由矩形尼龍墊片，“O”形截面氟橡膠密封圈及帶尼龍磨擦銷的螺釘組合而成的防松油塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的鉆具雙向減振器，其特征還在于其心軸由兩段即心軸與沖管通過錐螺紋加“O”形截面氟橡膠密封圈連接而成。
專利摘要鉆具雙向減振器是一種能同時減緩或消除鉆具縱向及扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷的新型井下工具，可實現(xiàn)維持正常鉆壓和穩(wěn)定扭矩、減少鉆具及地面設(shè)備振動損壞、提高鉆進(jìn)速度、降低鉆進(jìn)成本。鉆具雙向減振器的特征是它采用了減緩或消除縱向和扭轉(zhuǎn)振動沖擊載荷的最佳參數(shù)的活塞換向機(jī)構(gòu)、實現(xiàn)動密封的多級組合密封及其防松結(jié)構(gòu)，防止鉆頭掉落井內(nèi)緊急保護(hù)的沖管卡圈，防松油塞、減振器扶正保護(hù)接頭等結(jié)構(gòu)。
文檔編號E21B17/02GK2035792SQ8821309
公開日1989年4月12日 申請日期1988年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月12日
發(fā)明者王述德 申請人:大慶石油管理局鉆井研究所