複合減震工具的製作方法

2023-05-13 14:03:36

本發明涉及石油鑽井領域，尤其涉及一種複合減震工具。

背景技術：

在石油、天然氣和地質鑽井過程中經常會鑽遇一些硬巖層、礫石巖層和軟硬交錯地層。井底不平、鑽頭牙齒間歇壓入巖石及巖石間歇破碎、鑽柱繞井眼中心的渦動等情況都可能會使鑽柱發生周向震動或橫向震動。

對於軸向震動，當鑽頭的縱向振動頻率與鑽具縱向振動的固有頻率相匹配時，就會產生跳鑽現象即共振現象。鑽柱共振將引起工程事故，使鑽柱過早失效，甚至最終導致油井報廢。

對於周向震動，鑽頭正常鑽進過程中，PDC鑽頭在鑽壓的作用下不斷吃入巖石，依靠鑽柱提供的扭力不斷旋轉剪切破碎巖石。當地層巖石硬度高或鑽頭切入地層過深，鑽頭切削片處的扭矩不足以破巖時，鑽頭會暫時停止轉動，而此時地表鑽盤還在持續轉動，此時上、下部鑽杆出現不同轉速。由於鑽杆具有剛性，鑽杆開始積聚扭矩能量。當鑽杆積聚的扭矩能量大於鑽頭破巖能量時，鑽頭破碎巖石，此時鑽柱上的扭矩能量突然釋放，鑽頭會高速旋轉。當鑽柱的旋轉速度降到靜態摩阻起作用的臨界值以下時停止旋轉，上述這種持續周期約1～40s(秒)的「卡－滑」現象就是粘滑振動現象。由於上述粘滑振動過程也是一個能量積累和釋放的過程，粘滑振動過程中扭矩的波動很大，這不僅會嚴重影響鑽井效率，也威脅著鑽井安全。例如，當實際的扭矩過大，甚至超過設備所能承受的扭矩極限時，會致使鑽井無法進行。

有關文獻報告每年因井下鑽具震動導致的事故損失達3億美元。鑽柱的震動問題是造成井下工具和其他底部鑽具損害並導致各種井下事故發生的主要原因之一，嚴重地影響鑽具壽命，導致鑽頭提前失效，嚴重影響鑽頭壽命和鑽井效率。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的在於提供一種複合減震工具，其能對鑽具在鑽井過程中遇到的軸向振動或橫向振動進行減震。

為了實現上述目的，本發明提供了一種複合減震工具，該複合減震工具能與鑽具相連接，所述複合減震工具包括：

振動檢測裝置，所述振動檢測裝置能根據所述鑽具產生的振動生成振動信號；

軸向減震裝置，所述軸向減震裝置用於對所述鑽具受到軸向的作用力進行補償；

周向減震裝置，所述周向減震裝置用於對所述鑽具受到周向的作用力進行補償；

控制裝置，所述控制裝置分別與所述振動檢測裝置、所述軸向減震裝置以及所述周向減震裝置電性連接；

所述控制裝置用於根據所述振動信號控制所述軸向減震裝置以及所述周向減震裝置。

優選的，所述周向減震裝置包括：

第一外管；

設置在所述第一外管內的往復轉動機構，其中，所述往復轉動機構包括往返衝擊裝置和套設在所述往返衝擊裝置外的往返運動缸；

所述往返衝擊裝置與所述往返運動缸之間形成有至少兩個相互隔離的壓力腔室，各所述壓力腔室的體積隨所述壓力腔室內的液體的體積的改變而改變；

所述往返衝擊裝置上設置有進液通孔，所述進液通孔能分別與各所述壓力腔室相連通；

所述往返運動缸上設置有第一排液口，所述第一外管設置有能與所述第一排液口相連通的第二排液口，各所述壓力腔室能依次與所述第一排液口、第二排液口相連通形成出液流道，以使所述往返衝擊裝置能在所述往返運動缸內做周嚮往返轉動。

優選的，所述第一排液口的數量與所述壓力腔室的數量相適配，以使各所述壓力腔室能分別與所述第一排液口相連通。

優選的，所述第一外管為中空的圓柱體，其內壁上形成有連通所述第一排液口的環形排液槽。

優選的，所述周向減震裝置還包括：

用於控制所述往返衝擊裝置上設置有進液通孔啟閉的第一電磁閥；

用於控制所述第一排液口啟閉的第二電磁閥；

所述控制裝置與所述第一電磁閥以及所述第二電磁閥電連接，以使所述第一電磁閥控制部分所述進液通孔開啟以及所述第二電磁閥控制與處於開啟狀態的所述進液通孔相對應的所述第一排液口開啟。

優選的，所述往返運動缸包括：

往返運動缸本體，所述往返運動缸本體呈中空圓柱體狀；

所述第一排液口，所述第一排液口設置在所述往返運動缸本體上；

兩個第一扇形凸起，所述第一扇形凸起相對設置在所述往返運動缸本體內側壁上；

所述往返衝擊裝置包括：

往返衝擊裝置本體，所述往返衝擊裝置本體為中空的筒體；

所述進液通孔，設置在所述往返衝擊裝置本體上；

兩個第二扇形凸起，所述第二扇形凸起相背設置在所述往返衝擊裝置本體的外側壁上，所述第一扇形凸起和所述第二扇形凸起相適配，以使所述往返衝擊裝置與所述往返衝擊缸之間形成有至少兩個所述壓力腔室。

優選的，所述軸向減震裝置包括：

第二外管；

壓力傳導孔，所述壓力傳導孔設置在所述第二外管的壁上；

減震平衡部，所述減震平衡部滑動套設在所述第二外管內，所述減震平衡部在所述第二外管內受到鑽井液作用於其上端面的內壓力，

其中，所述減震平衡部具有位於所述壓力傳導孔上方的凸起部，所述凸起部的外壁與所述第二外管的內壁貼緊，所述凸起部的下端面用於承受自所述壓力傳導孔輸入的外圧力；

變徑機構，設置在所述減震平衡部內，所述變徑機構設有沿所述第二外管長度方向將其貫穿的第一流道，所述控制裝置與所述變徑機構電連接，所述控制裝置能控制所述變徑機構改變所述第一流道的內徑大小，從而控制所述內壓力的大小。

優選的，所述控制裝置通過改變所述第一流道的內徑大小控制所述減震平衡部的移動。

優選的，所述變徑機構為設置於所述減震平衡部上的變徑電磁閥；所述變徑電磁閥包括多個沿圓周排布的電磁變徑閥塊；相鄰兩個所述電磁變徑閥塊之間設有壓簧；所述控制裝置通過控制相鄰兩個所述電磁變徑閥塊遠離或靠近，從而改變所述第一流道的內徑大小。

優選的，所述變徑電磁閥的數量為多個；多個所述變徑電磁閥沿所述第二外管的長度方向排布。

優選的，所述振動檢測裝置獲取所述鑽具產生的振動生成振動信號；

所述控制裝置對獲取的所述振動信號進行分析，從而由所述振動信號獲取當前的振動類型；

當所述振動類型為軸向振動時，所述控制裝置將獲取的所述振動信號與預設的第一閥值進行比較，當所述振動數據大於所述第一閥值時啟動軸向減震系統；

當所述振動類型為周向震動時，所述控制裝置將獲取的所述振動信號與預設的第二閥值進行比較，當所述振動數據大於所述第二閥值時啟動周向減震系統；

當所述振動類型為複合震動時，所述控制裝置將獲取的所述振動信號與預設的所述第一閥值進行比較，當振動信號大於第一閥值時啟動軸向減震系統，所述控制裝置將獲取的所述振動數據與預設的所述第二閥值進行比較，當所述振動數據大於所述第二閥值時啟動周向減震系統。

複合減震工具的控制裝置能根據振動信號的振動類型和振動強度打開和關閉軸向減震裝置和/或周向減震裝置，從而能對鑽具進行軸向的減震和/或周向的減震，避免了因為震動而對鑽頭的破壞，提高鑽頭破巖效率，又能有效提高工具壽命。

附圖說明

圖1是本申請實施方式中一種複合減震工具的結構示意圖；

圖2是本申請實施方式中一種複合減震工具的第三殼體截面示意圖；

圖3是本申請實施方式中一種複合減震工具的周向減震裝置的往返運動缸的截面示意圖；

圖4是本申請實施方式中一種複合減震工具的周向減震裝置的往返衝擊錘的截面示意圖；

圖5是本申請實施方式中一種複合減震工具的周向減震裝置的局部結構示意圖；

圖6是本申請實施方式中一種複合減震工具的周向減震裝置順時針衝擊運動狀態示意圖；

圖7是本申請實施方式中一種複合減震工具的周向減震裝置逆時針衝擊運動狀態示意圖；

圖8是圖1中減震平衡部與外管的配合示意圖；

圖9A是電磁變徑閥未縮徑狀態結構示意圖；

圖9B是電磁變徑閥縮徑狀態結構示意圖；

圖10A是電磁變徑閥未縮徑狀態下減震平衡部所受壓強示意圖；

圖10B是圖10A中減震平衡部的受力示意圖；

圖11A是電磁變徑閥縮徑狀態下減震平衡部所受壓強示意圖；

圖11B是圖11A中減震平衡部的受力示意圖；

圖12A是電磁變徑閥未縮徑狀態下軸向減震裝置工作狀態示意圖；

圖12B是電磁變徑閥縮徑狀態下軸向減震裝置工作狀態示意圖；

圖13是本申請的複合減震工具中各部件電連接的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。

本發明公開了一種複合減震工具。參照圖1以及圖13所示，該複合減震工具能與鑽具相連接，進而對鑽具進行減震。該複合減震工具包括：振動檢測裝置2，振動檢測裝置2能根據鑽具產生的振動生成振動信號；軸向減震裝置4，軸向減震裝置4用於對鑽具受到軸向的作用力進行補償；周向減震裝置3，周向減震裝置3用於對鑽具受到周向的作用力進行補償；控制裝置205，控制裝置205分別與振動檢測裝置2、軸向減震裝置4以及周向減震裝置3電性連接；控制裝置用於根據振動信號控制軸向減震裝置4以及周向減震裝置3。

振動檢測裝置2首先以預設的採樣頻率採集鑽具的振動數據，然後對振動數據進行處理，並以振動信號的方式發出。其中，振動信號包括振動類型和振動強度。控制裝置205能接收振動檢測裝置2發出的振動信號，並將振動信號進行分析和對比。控制裝置205首先判定該振動信號為軸向震動還是周向震動。當該振動為軸向震動時，控制裝置205將該振動信號與第一預設閥值進行對比。當大於第一閥值時，控制裝置205啟動軸向減震裝置4。當該振動為周向震動時，控制裝置205將該振動信號與第二閥值進行對比。當大於第二閥值時，控制裝置205啟動周向減震裝置3。當該振動同時為軸向震動和周向震動時，控制裝置205將該震動信號同時與第一閥值與第二閥值進行對比。當大於第一閥值和/或第二閥值時，控制裝置205同時啟動軸向減震裝置4和/或周向減震裝置3，從而既對鑽具進行的軸向的減震又能對鑽具進行周向的減震，避免了因為震動而對鑽頭的破壞，提高鑽頭破巖效率，又能有效提高工具壽命。

在本實施方式中，供電裝置1用於為複合減震工具提供電源，保證工具井下用電。對於井下工具用電，其電壓常用規格包括：12V、36V。供電裝置1可使用電池供電，也可採用渦輪發電機供電，當然還可以通過其他形式進行供電，本申請在此並不作具體的限定。

參照圖1所示，供電裝置1可以包括：第三外管101、電源腔密封蓋102、電源腔103、電源105、帶密封的電源出口106、供電電纜107，其中，供電裝置1還設置有用於流通鑽井液的過流孔104。其中，第三外管101可以呈中空的圓柱形，中空部分為貫通孔。具體的，第三外管101的上端內側可以設置有用於和上部鑽具連接的內螺紋，下端外側可以設置有用於和振動監控系統連接的外螺紋，其內部設置有用於對電源腔103限位的限位臺階。

過流孔104用於流通鑽井液。具體的，該過流孔104可以設置在電源腔103上，或者設置在第三外管101上，或者由電源腔103與第三外管101之間的間隙形成，或者還可以為其他設置方式，本申請在此並不作具體的限定。此外，過流孔104的個數可以為一個也可以為多個，本申請在此並不作具體的限定，當過流孔104的個數為多個時，其可以沿著第三外管101的周向均勻布置。

進一步的，電源腔103上、下兩端可以設有扶正、定位用的法蘭環。過流孔104設置在法蘭環上。法蘭環抵靠在限位臺階上，且法蘭環與第三外管101為間隙配合。當井內鑽井液在鑽具內流通時，流經該供電裝置1時，可以經過過流孔104和法蘭環與第三外管101之間的間隙進行流通。

電源腔103和電源腔密封蓋102相配合用於設置電源105，以將電源105與鑽井液相隔離。電源腔103的形狀和尺寸可以根據電源105的形狀、大小進行確定，本申請在此並不作具體的限定。此外，電源腔103與電源腔密封蓋102的配合方式可以為可拆卸連接，以便於電源105的拆裝。例如，電源腔密封蓋102可以為具有一定彈性的塞子，其通過過盈配合的方式設置在電源腔103的開口端。此外，在電源腔103的下部可以設置有帶密封的電源出口106，供電電纜107通過該帶密封的電源出口106將電輸送各裝置上。

在本實施方式中，振動檢測裝置2用於實時監測、處理井下鑽具振動。振動檢測裝置2能將檢測鑽具產生的振動並以振動信號發出，其中，振動信號包括振動類型和振動強度。控制裝置205能接收振動系統發出的振動信號，並根據振動信號的類型和強度發出第一執行信號或第二執行信號。軸向減震裝置4能接收判斷系統發出的第一執行信號並啟動。周向減震裝置3能接收判斷系統發出的第二執行信號並啟動。

在本實施方式中，振動檢測裝置2可以包括：第四外管201、設置在第四外管201上的振動檢測傳感器202。其中，振動檢測傳感器202可以為傳感器單元。該傳感器單元可以實時檢測鑽具的振動數據。振動檢測傳感器202由供電裝置1供電。

在本實施方式中，控制裝置205也可以設置在第四外管201內。控制裝置205與振動檢測裝置2電連接。振動檢測裝置2能將檢測鑽具產生的振動並以振動信號發出。控制裝置205能接收振動系統發出的振動信號，並根據振動信號的類型和強度發出第一執行信號或第二執行信號。其中，第一執行信號和第二執行信號可以分別開啟周向減震裝置3以及軸向減震裝置4。

其中，第四外管201可以中空的呈圓柱狀，中空部分為貫通孔，其上下兩端可以設置有接頭，分別為上接頭、下接頭。該上接頭的內側可以設置有內螺紋，用於和第三外管101相連接；該下接頭的外側可以設置有外螺紋，用於和軸向減震裝置4或者周向減震裝置3相連。當然，第三外管101與第四外管201可以為一個殼體；另外，當為兩個殼體時也可以通過其他連接方式進行連接，本申請在此並不作具體的限定。第四外管201中設置有振動檢測傳感器202、控制裝置205和供電電纜107。

具體的，第四外管201的外壁上可以設置有第一凹槽以及與第一凹槽相匹配的檢測裝置密封壓蓋203。第二凹槽和與第二凹槽相匹配的控制裝置密封壓蓋204。振動檢測傳感器202設置在第一凹槽內，並通過檢測裝置密封壓蓋203密封；控制裝置205設置在第二凹槽內，並通過控制裝置密封壓蓋204密封。

其中，振動檢測傳感器202用於獲取鑽具的振動信號，其具體形式以及安裝方式等本申請在此並不作具體的限定。例如，振動檢測傳感器202可以通過螺紋安裝在第四外管201上。進一步的，檢測裝置密封壓蓋203將振動檢測傳感器202密封，以防止井內鑽井液進入振動檢測傳感器202內，影響其正常工作。當然，如果振動檢測傳感器202具有防水功能，該檢測裝置密封壓蓋203可以省略。

控制裝置205可以與振動檢測傳感器202電性連接，其可以接收振動檢測傳感器202發出的振動信號，並將該振動信號進行處理後與其預設的振動閾值進行對比，當檢測到的值大於預設的閥值時，可以根據振動的類型啟動軸向減震裝置4或者周向減震裝置3。控制裝置205的形式以及安裝方式等本申請在此並不作具體的限定。例如，控制裝置205可以安裝在第四外管201上。進一步的，控制裝置密封壓蓋204將控制裝置205密封，以防止井內鑽井液進入控制裝置205。當然，如果控制裝置205具有防水功能，該控制裝置密封壓蓋204可以省略。

在第四外管201上，還可以設置有供電密封孔，與電源105連接的供電電纜107通過該第四外管201上的供電密封孔將電分別輸送到振動傳感器202和控制裝置205。

在本實施方式中，周向減震裝置3包括：第一外管301；設置在第一外管301內的往復轉動機構，其中，往復轉動機構包括往返衝擊裝置3011和套設在往返衝擊裝置外3011的往返運動缸305。往返衝擊裝置305與往返運動缸3011之間形成有至少兩個相互隔離的壓力腔室30502。其中，各壓力腔室30502的體積隨壓力腔室30502內的液體的體積改變。通過一壓力腔室30502增大，另一壓力腔室30502的體積減小，進而實現往返衝擊裝置305能在往返運動缸305內運動。

往返衝擊裝置3011上可以設置有進液通孔307。進液通孔307能分別與各壓力腔室30502相連通。往返運動缸3011上設置有至少兩個第一排液口309。第一外管301設置有能與任意一第一排液口309相連通的第二排液口3010。各壓力腔室30502能依次與第一排液口309、第二排液口3010相連通形成出液流道，以使往返衝擊裝置3011能在往返運動缸305內做周嚮往返轉動。進一步的，周向減震裝置3還可以包括護套302、縱向壓簧303、密封壓蓋304、第一電磁閥306、第二電磁閥308。

第一外管301具有相對的上端和下端，其下端可以通過傳力機構連接有鑽頭接頭3012。鑽頭接頭3012用於連接鑽頭，以將周嚮往返轉動產生的扭矩傳遞給鑽頭。當然，第一外管301的下端還可以連接軸向減震裝置4或者供電裝置1。例如，第一外管301可以與第二外管401相連接。操作人員可以根據實際的作業需求調整各裝置的安裝順序。整體上，第一外管301可以呈中空的圓柱形，其中空部分為貫通孔。進一步的，第一外管301的貫通孔為變內徑的臺階通孔。

當第一外管301的下端可以通過傳力機構連接有鑽頭接頭3012時，第一外管301的上部可以設置有內螺紋，用於和第四外管201的下端相連接；其下部可以設置有用於傳遞扭矩的傳力件，具體的，該傳力件可以為花鍵。相應的，鑽頭接頭3012上可以設置有與花鍵配合的鍵槽，花鍵和鍵槽配合形成傳力機構。當然，傳力機構的形式並不限於上述花鍵和鍵槽的形式，還可以為其他能夠傳遞扭矩的形式，所屬領域技術人員在本申請的技術精髓啟示下，還可能做出其他的變更，但只要其實現的功能和效果與本申請相同或相似，均應涵蓋於本申請保護範圍內。

在第一外管301的側壁上可設置有第二排液口3010，用於排出往返運動缸305中的鑽井液。具體的，第二排液口3010的個數可以為偶數，例如，可以為兩個，四個，六個等，本申請在此並不作具體的限定。第二排液口3010可以沿著軸向對稱布置。進一步的，第一外管301上還設置有用於連通第二排液口3010的環形排液槽30101。當往返運動缸305在往返衝擊運動過程中，多個第一排液口309可以在同一個圓周上轉動，在本實施方式中，通過採用環形排液槽30101的方式將它們連接在一起後，能用於傳遞高、低壓力。

往返運動缸305可以為中空的圓柱體。往返運動缸305可以包括往返運動缸本體，往返運動缸本體呈中空圓柱體狀；第一排液口309，第一排液口設置在往返運動缸本體上；兩個第一扇形凸起，第一扇形凸起相對設置在往返運動缸本體內側壁上。具體的，往返運動缸305可以呈「T」形圓柱體，整體上，上端直徑大、下端直徑小。具體的，往返運動缸305上端內孔為四段圓弧和四個直線段組成的形狀，四段圓弧是兩個直徑大小不等的圓弧，兩個大直徑圓弧段與四個直線段形成兩個對稱的第一扇形凸起。往返運動缸305下部內孔為通孔，且通孔直徑等於或小於上部小直徑圓弧的直徑。往返運動缸305上部大直徑段設置有第一排液口309，用於排出往返運動缸305中的鑽井液。第一排液口309的個數可以為偶數個。

往返衝擊裝置3011內部為圓筒形。往返衝擊裝置3011包括：往返衝擊裝置本體，往返衝擊裝置本體為中空的筒體；進液通孔307，設置在往返衝擊裝置本體上；兩個第二扇形凸起，第二扇形凸起相背設置在往返衝擊裝置本體的外側壁上，第一扇形凸起和第二扇形凸起相適配，以使往返衝擊裝置與往返衝擊缸之間形成有至少兩個壓力腔室。第二扇形凸起為四段圓弧和四個直線段組成。兩個大直徑段圓弧和四段直線形成兩個對稱的第二扇形凸起。往返衝擊裝置3011安裝在往返運動缸305內，往返衝擊裝置3011的扇形凸起與往返運動缸305的扇形空間中。往返衝擊裝置3011扇形凸起對應的圓弧角度小於往返運動缸305的扇形空間對應的圓弧角度。以使往返衝擊裝置305與往返運動缸3011之間可以形成有至少兩個相互隔離的壓力腔室30502。往返衝擊裝置3011下部大直徑段圓弧直徑與往返衝擊缸305上部內孔大直徑圓弧直徑相同，往返衝擊裝置3011下部小直徑段圓弧直徑與往返衝擊缸305上部內孔小直徑圓弧直徑相同。

往返衝擊裝置3011還可以包括縱向壓簧303，其可以用於為與其抵接的第一電磁閥306、第二電磁閥308提供回復力。具體的，縱向壓簧303可以包括第一縱向壓簧和第二縱向壓簧。其中第一縱向壓簧用於與第一電磁閥306相配合；第二縱向壓簧用於與第二電磁閥308相配合的第二縱向壓簧。

往返衝擊裝置3011上設置有進液通孔307，用於流通鑽井液。當進液通孔307與環形空間相連通時，形成進液通道。具體的，進液通孔307的個數可以為偶數個。

第一電磁閥306可以為圓弧條形，與縱向壓簧303配合使用，通電時第一電磁閥306向上推動，打開進液通孔307。護套302可為圓筒狀，安裝在往返衝擊裝置3011內孔上端，用於縱向壓簧303和第一電磁閥306定位。

密封壓蓋304用於與往返運動缸305、往返衝擊裝置3011形成密封腔，在鑽井液壓力的作用下驅動往返衝擊裝置3011做周向衝擊運動。具體的，密封壓蓋304可為圓環形，外徑與往返運動缸305上部外徑相同，內徑與往返衝擊裝置3011上端圓柱段外徑相同。往返衝擊缸305安裝在第一外管301的內孔臺階處，第一外管301內孔臺階為往返衝運動缸305提供支撐。

在往返運動缸305與第一外管301間設置有第二縱向壓簧和第二電磁閥308。第二電磁閥308通電後，第二電磁閥308向下運動，打開連通第二排液口3010和第一排液口309，排出往返運動缸305內的鑽井液。往返衝擊缸305下部通過螺紋與鑽頭接頭3012相連，兩種連接後周向減震系統外殼體301下部花鍵與鑽頭接頭3012上部大直徑段花鍵相配合，用於傳遞鑽柱扭矩和往返運動缸305產生的額外往返衝擊扭矩。

周向減震裝置3未啟動時，第一外管301通過下部花鍵與鑽頭接頭312配合，將上部鑽具扭矩傳遞到鑽頭破巖。周向減震裝置3啟動後，配合花鍵一方面要傳遞上部鑽具的扭矩用於鑽頭破巖，同時還傳遞往返運動缸305的周期性衝擊扭矩，用於減輕鑽具的周向黏滑振動，提高鑽頭破巖效率，保護鑽頭。

周向減震裝置3啟動工作時，進液通孔307對應的第一電磁閥306向上運動，打開進液通孔307，鑽具內的高壓鑽井液可以通過該進液通孔307進入往返運動缸305與往返衝擊裝置3011之間形成的壓力腔室30502中。具體的，當壓力腔室30502的數量為兩個時，高壓鑽井液可以進入某一壓力腔室30502內。當壓力腔室30502為四個時，高壓鑽井液可以進入相對的兩個腔室內。同時，往返運動缸305的第二電磁閥308向下運動，打開第一排液口309，使得第一排液口309與第二排液口3010相連通。

當高壓鑽井液進入往返運動缸305與往返衝擊裝置3011和密封壓蓋形成扇形密封空間(壓力腔室30502)時，高壓鑽井液推動往返衝擊裝置3011運動，當往返衝擊裝置3011運動到一個方向死點時，往返衝擊裝置3011衝擊往返運動缸305，在衝擊力的作用下，往返運動缸305運動，並通過下部鑽頭接頭3012傳遞到鑽頭，此時通過第一電磁閥306和第二電磁閥308關閉現已打開的進液通孔307和第一排液口309，打開另外的進液通孔307和第一排液口309。高壓鑽井液進入未進入的壓力腔室30502內且不進入已經進入的壓力腔室30502內。高壓鑽井液進而反向推動往返衝擊裝置3011運動，當往返衝擊裝置3011運動到反向死點時，關閉已打開的進液通孔307和第一排液口309，打開另外進液通孔307和第一排液口309。往返衝擊裝置3011做往返衝擊運動，往返運動液缸305在往返衝擊裝置3011的衝擊作用下作往返運動，並通過下部花鍵傳遞到鑽頭。鑽頭的往返運動能有效地減輕鑽具鑽頭周向黏滑振動，提高鑽頭破巖效率，保護鑽頭。

在一具體的實施方式中，周向減震裝置3包括：第一外管301、護套302、縱向壓簧303、密封壓蓋304、往返運動缸305、第一電磁閥306、第二電磁閥308、往返衝擊裝置3011、鑽頭接頭3012。其中，第一外管301為中空的圓柱形，中空部分為臺階通孔，其上部設置有連接螺紋，用於與第四外管201下部螺紋相連，下部設置有花鍵，用於傳遞扭矩。如圖2所示，第一外管301上有2個對稱的第二排液口3010，用於將返運動缸305中鑽井液排至環空。兩個排液口間通過環形排液槽30101相連通。

往返運動缸305為中空的「T」形狀圓柱體，上端直徑大、下端直徑小。如圖3所示，往返運動缸305上端內孔為四段圓弧和四個直線段組成的形狀。四段圓弧包括兩個大直徑的圓弧和兩個小直徑的圓弧。兩個大直徑圓弧段與四個直線段形成兩個對稱的扇形空間，扇形空間對應圓弧角度為30°-175°。往返運動缸305下部內孔為通孔，且通孔直徑等於或小於上部小直徑圓弧的直徑，用於形成鑽井液流通通道。往返運動缸305上部大直徑段有四個第一排液口309，用於排出往返運動缸中鑽井液。圖3中分別標記為309A和309B，相同標記的第一排液口在周向減震裝置3工作時具有一樣的開關步驟。在往返運動缸305的側壁上形成有第二電磁閥卡槽30501，其用於定位安裝第二電磁閥308和縱向壓簧303。具體的，第二電磁閥卡槽30501在周向上的位置可以與第一排液口309相對。具體的，第二電磁閥卡槽30501的個數可以與第二電磁閥308以及第一排液口309相同，位置相匹配。當第一排液口309為共軛的四個時，如圖3所示，第二電磁閥卡槽30501為組內相軸向對稱的30501A和30501B。通電時，第二電磁閥308向下運動，以打開第一排液口309。

請結合參閱圖4，往返衝擊裝置3011內部可呈圓筒形，外部可由四段圓弧和四個直線段組成。往返衝擊裝置3011與往返運動缸305之間可以形成有至少兩個壓力腔室30502。當往返衝擊裝置3011相對往返運動缸305運動時，壓力腔室30502可以為兩個或者四個。

其中，兩個大直徑段圓弧和四段直線形成兩個對稱的扇形凸出塊，扇形對應圓弧角度可為30°～150°，且往返衝擊裝置3011扇形凸起對應的圓弧角度小於往返運動缸305的扇形空間對應的圓弧角度。

往返衝擊裝置3011上有四個進液通孔307為鑽井液提供流進通道，如圖4所示，分別標記為307A和307B，相同標記的往返衝擊裝置進液通孔307在周向減震裝置3工作時具有一樣的開關步驟。

第一電磁閥306可以為圓弧條形，與縱向壓簧303配合使用，安裝在第一電磁閥卡槽301101內，該第一電磁閥卡槽301101的個數與第一電磁閥306以及進液通孔307的個數相同，位置相匹配。當進液通孔307為共軛的四個時，如圖4所示，第一電磁閥卡槽301101為組內軸向對稱的301101A和301101B。通電時，第一電磁閥306向上推動，打開進液通孔307。

護套302可以為圓筒狀，安裝在往返衝擊裝置3011內孔上端，用於為縱向壓簧303和第一電磁閥306定位。

密封壓蓋304可為圓環形，外徑與往返運動缸305上部外徑相同，內徑與往返衝擊裝置3011上端圓柱段外徑相同。

往返衝擊缸305下部通過螺紋與鑽頭接頭312相連，兩者連接後周向減震系統外殼體301下部花鍵與鑽頭接頭312上部大直徑段花鍵相配合，用於傳遞鑽柱扭矩和往返運動缸305產生的額外往返衝擊扭矩。

往返運動缸305安裝在第一外管301內孔臺階處，第一外管301內孔臺階為往返衝運動缸305提供支撐(圖1所示)。如圖5所示，往返衝擊裝置3011安裝在往返運動缸305內，往返衝擊裝置3011的扇形凸起位於往返運動缸305的扇形空間中，往返衝擊裝置3011下部大直徑段圓弧直徑與往返衝擊缸305上部內孔大直徑圓弧直徑相同，往返衝擊裝置3011下部小直徑段圓弧直徑與往返衝擊缸305上部內孔小直徑圓弧直徑相同。

密封壓蓋304的作用是使得往返運動缸305與往返衝擊裝置3011形成壓力腔室30502。具體的，密封壓蓋304可以設置在往返衝擊缸305上端並套設在往返衝擊裝置3011外。

如圖6所示，周向減震裝置3順時針轉動衝擊時，周向減震裝置3啟動工作時，2個進液通孔307B對應第一電磁閥卡槽301101B中的第一電磁閥306向上運動，打開2個進液通孔307B，同時2個往返運動缸的低壓排液口309B對應的第二電磁閥卡槽30501B中的第二電磁閥308向下運動，打開2個往返運動缸的低壓排液口309B。鑽具內高壓鑽井液通過2個進液通孔307B進入往返運動缸305與往返衝擊裝置3011和密封壓蓋304形成扇形密封空間，此時壓力腔室30502已通過環形排液槽30101和第二排液口3010與低壓環空鑽井液相連。由於鑽具內鑽井液壓力高於環空鑽井液壓力，往返衝擊裝置3011兩面存在壓差，因此在高壓鑽井液推動下，往返衝擊裝置3011順時針轉動運動。當往返衝擊裝置3011運動到一個方向死點時，往返衝擊裝置3011衝擊往返運動缸305，在衝擊力的作用下，使往返運動缸305運動，並通過下部鑽頭接頭3012螺紋傳遞到鑽頭。另外，當返衝擊錘311運動到一個方向死點時，通過第一電磁閥306、第二電磁閥308運動關閉現已打開的2個進液通孔307B和2個第一排液口309B。如圖7以及圖8所示，打開另外2個進液通孔307A和2個第一排液口309A。高壓鑽井液反向推動往返衝擊裝置3011做逆時針運動，當往返衝擊裝置3011運動到反向死點時，關閉已打開的2個進液通孔307A和2個第一排液口309A，打開另外2個進液通孔307B和2個第一排液口309B。往返衝擊裝置3011在往返運動缸305做著往返衝擊運動(圖6、圖7所示)。往返運動液缸305在往返衝擊裝置3011的衝擊作用下作往返運動，並通過下部花鍵傳遞到鑽頭。鑽頭的往返運動能有效地減輕鑽具鑽頭周向黏滑振動，提高鑽頭破巖效率，保護鑽頭。

在本實施方式中，供電裝置1為複合減震工具提供電源，保證工具井下用電。供電裝置1包括：第三外管101、電源腔密封蓋102、電源腔103、過流孔104、電源105、帶密封的電源出口106、供電電纜107。其中，第三外管101為中空圓柱形，中空部分為臺階通孔。第三外管101上部與鑽具通過螺紋連接的方式相連接，其下部也可以與第四外管201通過螺紋連接的方式相連接。電源腔103上、下兩端帶有具有扶正、定位的法蘭環，法蘭環上設置有過流孔104。電源腔103對應的下法蘭端面安放在第三外管101內臺階孔上，法蘭環外徑與第三外管101內孔間隙配合。電源105安放在電源腔103內，上部有電源腔密封蓋102密封。電源腔103下部有帶密封的電源出口106，供電電纜107通過下部帶密封的電源出口106將電輸送到控制裝置205、振動檢測裝置2、軸向減震裝置4以及周向減震裝置3上。

振動監控系統包括：第四外管201、振動檢測傳感器202、檢測裝置密封壓蓋203、控制裝置密封壓蓋204、控制裝置205、信號傳輸電纜206。

第四外管201呈中空的圓柱狀，上下兩端設置有螺紋，帶螺紋的上端與第三外管101相連，帶螺紋的下端能與第一外管301相連。振動檢測傳感器202通過螺紋安裝在振動監控外殼體201上，檢測裝置密封壓蓋203將振動檢測傳感器202密封。控制裝置205安裝在第四外管201上，控制裝置密封壓蓋204將控制裝置205密封。供電電纜107通過振動監控外殼體201內孔上的供電密封孔將電分別輸送到振動傳感器202和控制裝置205。振動檢測傳感器202通過信號傳輸電纜206將測量的數據信號傳輸至控制裝置205。

控制裝置205可以包括振動數據採集器和分析處理振動數據模塊，首先振動數據採集器根據程序設定的採樣頻率採集振動測量傳感器數據，然後利用分析處理振動數據模塊對振動數據進行處理分析，並與程序中設定的數據進行對比，判斷周向振動強度是否大於設定值。若井下振動數據大於設定閾值，啟動周向減震裝置3，以減輕鑽具振動。當井下振動數據小於設定閾值，控制裝置205將控制周向減震裝置3停止工作，從而達到能消除井下鑽具周向振動對鑽具、鑽頭的破壞，提高鑽頭破巖效率，又能有效提高工具壽命的目的。

在本實施方式中，軸向減震裝置4通過接收控制裝置205的信號(第二執行信號)啟動或停止減震的工作。軸向減震裝置4包括第二外管401；壓力傳導孔406，壓力傳導孔406設置在第二外管401的壁上；減震平衡部402，減震平衡部402滑動套設在第二外管401內，減震平衡部402在第二外管401內受到鑽井液作用於其上端面的內壓力，其中，減震平衡部402具有位於壓力傳導孔406上方的凸起部，凸起部的外壁與第二外管401的內壁貼緊，凸起部的下端面用於承受自壓力傳導孔406輸入的外圧力；變徑機構，設置在減震平衡部402內，變徑機構設有沿第二外管長度方向將其貫穿的第一流道，控制裝置205與變徑機構電連接，控制裝置205能控制變徑機構改變第一流道的內徑大小，從而控制內壓力的大小。

減震平衡部402為有一內通孔(即第一流道)的T形圓柱體。減震平衡部402包括凸起部，凸起部設置在減震平衡部402的外壁上且凸起部的外壁與第二外管的內壁貼緊上部圓柱與第二外管401內圓孔配合。下部底端設有螺紋與下接頭408相連。如圖1所示，中間段為花鍵段與第二外管401的下端花鍵相連。減震平衡部通過與第一流道的壁花鍵配合，可以在傳遞扭矩同時又能上下運動。

如圖1所示，減震平衡部402的下端伸出第二外管401並連接有下接頭408。該下接頭408可以連接位於鑽具減震工具下方的工具，在減震平衡部402移動過程中，第二外管401及其上部的工具與下接頭408及下方的工具的距離也會發生相對變化。

減震平衡部402上端圓柱外圓設有密封組合403(比如密封圈、密封副)，密封組合403用於密封減震平衡部402的上部圓柱段與軸向減震裝置4的第二外管401的內壁之間。

在本實施方式中，內壓力與外壓力之一向下，另一向上。為便於實施，減震平衡部402的上端面面積大於其下端面面積，從而使得內壓力的方向向下。進一步的，減震平衡部402的外壁沿由上至下方向經變徑臺階外徑縮小。壓力傳導孔406所通入的鑽井液(位於複合減震工具與井壁之間)作用於變徑臺階上。

壓力傳導孔406設於第二外管401下部且位於凸起部的下方，其上可以設置有過濾器407。通常，過濾器407可以設置於壓力傳導孔406的內部。在本實施方式中，壓力傳導孔406用於傳遞環空鑽井液壓力，過濾器407對流入的液體進行過濾，從而避免巖屑將軸向減震裝置4壓力傳導孔406封堵。

減震平衡部402可以設有變徑機構；控制裝置205連接變徑機構；控制裝置205能夠控制變徑機構改變第一流道的內徑大小。其中，控制裝置205可以控制向變徑機構輸入的電流大小、或電壓大小、抑或磁場的大小，從而控制變徑機構的大小，當然，控制裝置也可以通過傳輸信息指令來控制變徑機構的內徑大小。考慮到變徑機構實現變徑的方式無論從結構抑或結構結合軟體的形式均存在多種，本實施方式在此不作任何限制。

具體的，變徑機構可以為設置於第一流道的壁上的變徑電磁閥404。供電電纜107和信號傳輸電纜206連接電磁變徑閥404。

其中，變徑電磁閥404包括多個沿圓周排布的電磁變徑閥塊4041，比如電磁變徑閥塊4041可為2-10塊。相鄰兩個電磁變徑閥塊之間設有壓簧405。控制裝置205通過控制相鄰兩個電磁變徑閥塊4041遠離或靠近，從而改變多個電磁變徑閥塊4041所圍成圓周的大小。

具體的，相鄰兩個電磁變徑閥塊4041可以通過電磁感應所產生的磁場進行吸引或排斥，相應的，控制裝置205可以控制向電磁變徑閥塊4041輸入的電流大小，從而控制各個電磁變徑閥塊4041所產生磁場的大小。

在本實施方式中，電磁變徑閥404的結構如圖9A、圖9B所示，電磁變徑閥404包括壓簧405和電磁變徑閥塊4041。圖9A是電磁變徑閥404初始狀態(也可以理解為未縮徑狀態，在此狀態下電磁變徑閥404可以未通電，即，控制裝置205將電力供應機構與電磁變徑閥404之間截斷)，電磁變徑閥塊4041在壓簧405的作用力下處於張開狀態，此時，電磁變徑閥快4041組成一個圓孔的過流孔，此過流孔可以與減震平衡部402的內通孔直徑一致或相同。

具體地如圖10A至圖11B，第一流道的壁上設有容納變徑電磁閥404的圓周凹槽；變徑電磁閥404未變徑時第一流道的內徑沿長度方向不變。在本實施方式中，變徑電磁閥404的數量可以為多個(兩個及以上)。多個變徑電磁閥404沿外管的延伸方向排布。其中，圓周凹槽的數量與變徑電磁閥404的數量相同且一一對應。相鄰兩個變徑電磁閥404之間可以間隔一定的距離，從而起到較佳地減震效果。

在本實施方式中，圖9B是電磁變徑閥404啟動後的狀態，電磁變徑閥塊4041圍構成一個圓形閉合通道，閉合通道直徑小於減震平衡部402的第一流道內徑。由於第一流道的內徑變小，因此，減震平衡部402的上端面積增大，為此鑽井液作用在減震平衡部402產生一個更大的向下作用力。

在本實施方式中，圖10A及圖10B所示是減震平衡部402的電磁變徑閥404未啟動受力圖。如圖10A所示，減震平衡部402上端面受鑽具內壓力為Pp，上端面面積為Auo，變徑臺階面受環空壓力Pa，變徑臺階面面積為Ado。

圖10B是減震平衡部402受力情況，受向下的作用力Fo，向上作用力Fa，為實現精確控制，一併考慮軸向減震裝置4內的鑽井液對減震平衡部402下端面的作用力WOB。從而，這些力之間關係如下：

此時，減震平衡部402所受合力向上，因此，如圖12A所示，減震平衡部402處於上死點位置(在上死點位置外管的內壁設有起限位作用的變徑處)。

圖11A及圖11B所示是減震平衡部電磁變徑閥啟動後受力圖。圖11A所示，減震平衡部402上端面受鑽具內壓力為Pp，上端面面積為Aso，變徑臺階面受環空壓力Pa，下端面面積為Ado。

對比圖10A和圖11A，減震平衡部402上端面由於電磁變徑閥404啟動而面積變大。圖11B是減震平衡部402受力情況，受上下的作用Fs，向上作用力Fa，一併考慮軸向減震裝置4內的鑽井液對減震平衡部402下端面的作用力WOB。這些力之間關係如下：

此時，減震平衡部402所受合力向下，因此，如圖12B所示，減震平衡部402處於下死點位置。通常情況下，此時減震平衡部402向下的合力大於向上的合力20-40KN。

在這種情況下，當鑽頭出現跳動時，鑽頭通過下接頭408帶動減震平活塞402向上運動，隨後在液力推力作用下，減震平衡部402再次向下運動到下死點(圖12B)。在液力推動下，鑽具、鑽頭的軸向震動被這種液力平衡作用大大減輕，從而保護了鑽具、鑽頭，提高了鑽頭破巖效率，延長了鑽具壽命。

不同的電磁變徑閥404啟動後減震平衡部402的上端面不同，因此提供減震強度範圍也不相同，通常情況下，減震執行系統中電磁變徑閥404數量為1-10個。

振動檢測裝置2首先以預設的採樣頻率採集鑽具的振動數據，然後對振動數據進行處理，並以振動信號的方式發出。其中，振動信號包括振動類型和振動強度。控制裝置205能接收振動檢測裝置2發出的振動信號，並將振動信號進行分析和對比。控制裝置205首先判定該振動信號為軸向震動還是周向震動。當該振動為軸向震動時，控制裝置205將該振動信號與第一閥值進行對比。當大於第一閥值時，控制裝置205啟動軸向減震裝置4。當該振動為周向震動時，控制裝置205將該振動信號與第二閥值進行對比。當大於第二閥值時，控制裝置205啟動周向減震裝置3。當該振動同時為軸向震動和周向震動時，控制裝置205將該震動信號同時與第一閥值與第二閥值進行對比。當大於第一閥值和/或第二閥值時，控制裝置205啟動軸向減震裝置4和/或周向減震裝置，從而既對鑽具進行的軸向的減震又能對鑽具進行周向的減震，避免了因為震動而對鑽頭的破壞，提高鑽頭破巖效率，又能有效提高工具壽命。

應該理解，以上描述是為了進行圖示說明而不是為了進行限制。通過閱讀上述描述，在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應用對本領域技術人員來說都將是顯而易見的。因此，本教導的範圍不應該參照上述描述來確定，而是應該參照所附權利要求以及這些權利要求所擁有的等價物的全部範圍來確定。出於全面之目的，所有文章和參考包括專利申請和公告的公開都通過參考結合在本文中。在前述權利要求中省略這裡公開的主題的任何方面並不是為了放棄該主體內容，也不應該認為發明人沒有將該主題考慮為所公開的發明主題的一部分。