一種井下鑽具顆粒阻尼減振器的製作方法

2023-09-21 03:59:10

本發明涉及一種減振器；具體涉及一種井下鑽具顆粒阻尼減振器。

背景技術：

油氣井鑽井施工過程中，鑽具振動一直是很突出的一大問題。鑽具振動有時會給施工帶來較大影響和危害，主要表現在：影響鑽速、鑽頭和鑽具過早磨損或損壞、造成BHA（井下鑽具組合）功能失效或故障、幹擾井下儀器正常工作甚至對儀器造成損傷等。目前解決井下鑽具振動問題的措施主要有兩大類：一是通過調整施工工藝參數（如鑽井泥漿性能、鑽速等）降低鑽具振動，屬於主動減振；二是通過在井下安裝各種減振裝置來降低鑽具振動產生的影響，屬於被動減振。在鑽井施工中，工藝參數受到很多條件的制約，有時很難兼顧到減振問題，而且效果也不明顯。現有的井下減振裝置主要為機械式（依靠彈性元件）減振和液壓式減振，這類裝置在使用中受井下溫度、壓力等惡劣環境影響較大，壽命較短、可靠性不高、而且結構一般較複雜、效果也並不理想。

技術實現要素：

本發明的目的在於：提供一種結構簡單、可靠性高、安裝位置靈活、使用方便，壽命長，可有效降低油氣井鑽井施工中鑽具振動的危害，且減振效果不受井下惡劣條件影響的井下鑽具顆粒阻尼減振器。

本發明的技術方案是：

一種井下鑽具顆粒阻尼減振器，包括中心管、上接頭、鎖緊螺母、內管和下接頭，其特徵在於：中心管的一端螺紋安裝有上接頭，中心管的另一端螺紋安裝有下接頭，中心管內設置有內管，內管的一端延伸至下接頭內，內管的另一端延伸至上接頭內，延伸至上接頭的內管端頭通過鎖緊螺母與上接頭螺紋連接；內管與中心管之間的腔室內填裝有阻尼顆粒。

所述的上接頭與內管之間和下接頭與內管之間分別設置有石墨編制填料。

所述的阻尼顆粒為球形顆粒或橢球型顆粒，粒徑範圍為1mm-5mm，阻尼顆粒可以為單一粒徑，也可為多配級粒徑。

所述的阻尼顆粒為吸振性好的金屬材料、非金屬材料或複合材料。

所述的阻尼顆粒為球墨鑄鐵、高韌性陶瓷、鐵基複合材料中的一種。

本發明的有益效果在於：

該井下鑽具顆粒阻尼減振器在井下的安裝位置非常靈活，可以直接和鑽頭相連接；也可以連接在鑽鋌與鑽鋌之間；還可與井下鑽具組合配合使用，串聯在鑽具組合中；同時還有一種用途是在井下隨鑽儀器的上下端各連接一個井下鑽具顆粒阻尼減振器，對隨鑽儀器起到保護作用，工作過程中，井下鑽柱的振動傳遞到所述該阻尼減振器時，腔體內的阻尼顆粒之間以及阻尼顆粒與腔體壁面之間的相互碰撞和摩擦起到消耗能量的作用，達到減振效果；同時顆粒還受到離心力和重力的作用，能進一步發揮其碰撞和摩擦耗能的作用；從而大大減少了下部鑽具的振動能量傳遞到鑽杆上。

附圖說明

圖1 為本發明的剖視結構示意圖；

圖2 為本發明的安裝方式1的示意圖；

圖3為本發明的安裝方式2的示意圖；

圖4 為本發明的安裝方式3的示意圖。

圖中：1、上接頭，2、鎖緊螺母，3、，4、內管，5、中心管，6、阻尼顆粒，7、下接頭。

具體實施方式

該井下鑽具顆粒阻尼減振器包括中心管5、上接頭1、鎖緊螺母2、內管4和下接頭7。中心管5的一端螺紋安裝有上接頭1，中心管5的另一端螺紋安裝有下接頭7，中心管5內設置有內管4，內管4的一端延伸至下接頭7內，內管4的另一端延伸至上接頭1內，延伸至上接頭1的內管4端頭通過鎖緊螺母2與上接頭1螺紋連接；由此在內管4與中心管5之間構成一個密閉的腔室，內管4與中心管5之間形成的腔室內填裝有阻尼顆粒6；阻尼顆粒6在腔室內的填充率範圍為70%—90%。腔室內阻尼顆粒6的顆粒之間以及顆粒與腔室壁面之間的相互碰撞和摩擦起到消耗能量的作用，達到減振效果；同時顆粒還受到離心力和重力的作用，能進一步發揮其碰撞和摩擦耗能的作用。

阻尼顆粒6在腔室內的填充率通過稱重法來控制，即通過幾何尺寸計算出由內管4、中心管5、上接頭1以及下接頭7構成的有效密閉腔體的體積，然後按填充率計算需填充體積，該填充體積乘上阻尼顆粒6的密度即為需填充的阻尼顆粒6總質量。

阻尼顆粒6為球形顆粒或橢球型顆粒，粒徑範圍為1mm-5mm，阻尼顆粒可以為單一粒徑，也可為多配級粒徑。阻尼顆粒6材質為吸振性好的金屬材料、非金屬材料或複合材料，金屬材料如球墨鑄鐵、非金屬材料如高韌性陶瓷、複合材料如鐵基複合材料等。

該阻尼減振器的上接頭與內管4之間和下接頭7與內管4之間分別設置有石墨編制填料3，以對腔室進行密封。

該阻尼減振器使用時，通過上接頭1和下接頭7分別與井下鑽柱連接，以傳遞作用力和扭矩。

該阻尼減振器可以直接和鑽頭相連接；也可以連接在鑽鋌與鑽鋌之間；還可與井下鑽具組合配合使用，串聯在鑽具組合中；同時還有一種用途是在井下隨鑽儀器的上下端各連接一個井下鑽具顆粒阻尼減振器，對隨鑽儀器起到保護作用。

具體安裝方式1：

如圖2所示，至上而下分別為鑽鋌1A、井下鑽具顆粒阻尼減振器2A、轉換接頭3A和鑽頭4A。井下鑽具顆粒阻尼減振器2A通過轉換接頭3A直接與下部鑽頭4A相連，鑽頭4A破巖產生的振動能量通過井下鑽具顆粒阻尼減振器2A向上傳遞是被部分吸收而消耗，從而有效減小來至鑽頭4A的振動向上傳遞。

具體安裝方式2：

如圖3所示，至上而下分別為鑽鋌1B、井下鑽具顆粒阻尼減振器2B、隨鑽儀器3B、井下鑽具顆粒阻尼減振器4B和鑽挺5B。井下安裝有隨鑽儀器3B時，有害的振動會干擾隨鑽儀器3B正常工作甚至產生破壞作用，因此可在隨鑽儀器3B的上、下端各安裝井下鑽具顆粒阻尼減振器2B和4B，從而有效降低上、下鑽具的振動傳遞到隨鑽儀器3B，從而對隨鑽儀器3B起到保護作用。

具體安裝方式3：

如圖4所示，至上而下分別為鑽杆/鑽鋌與井下鑽具顆粒阻尼減振器交替安裝。鑽杆1C與井下鑽具顆粒阻尼減振2C相連，井下鑽具顆粒阻尼減振6C與鑽鋌7C相連，與井下鑽具顆粒阻尼減振4C相連的鑽柱3C、5C可以是鑽杆、也可以是鑽鋌。來至下部鑽具的振動，經過圖4所示的安裝示例後，振動被交替安裝的井下鑽具顆粒阻尼減振器6C、4C、2C吸收，從而大大減少了下部鑽具的振動能量傳遞到鑽杆上。