一种井下双向减震器

技术领域

本发明涉及一种钻井工程中用于吸收钻柱振动，减小钻柱冲击负荷用的井下双向减震器。

背景技术

减震器是钻井作业中所需的井下工具之一。它利用工具内部的减震元件吸收或减小钻井过程中钻头的冲击负荷、钻柱的震动负荷以及旋转破岩时的扭转负荷，从而保护钻头和钻具，达到降低钻井成本，提高钻井工作效率的目的。常用的减震器包括机械式减震器和液压式减震器。钻柱所产生的的震动是纵向和扭转的复合震动，使用双向减震器可以减少或者消除钻头旋转引起的震动，可以在很大程度上消除震动源，因此，具有轴向和扭转双重减震作用的双向减震器往往具有更好的减震效果。

液压式减震器采用硅油作为液体弹簧，其刚度取决于硅油的容积和充满的程度，然而液压式减震器对密封要求极高，密封件磨损导致漏油和井温变化对硅油影响十分敏感，其可靠性不如机械式减震器。机械式的双向减震器核心为一对大螺旋螺纹副，其对螺纹副加工精度有极高要求，并且该结构普遍采用多头螺纹副，造价昂贵。

针对上述技术背景，本发明特提供一种井下双向减震器，其结构简单，工作可靠，克服现有双向减震器的缺点。

发明内容

本发明的目的是：为了解决井下钻柱承受轴向和旋转冲击载荷产生震动的问题，特提供一种井下双向减震器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种井下双向减震器，是由外筒体、支撑座、碟簧、内磁瓦、外磁瓦、输出轴和端盖构成，其结构特征是：外筒体上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴下端和下部钻柱丝扣连接；支撑座外圆下部设置一圈凸起台阶，碟簧安装在支撑座外圆，碟簧被支撑座外圆下部凸起台阶压紧；支撑座下端和输出轴上端丝扣连接；内磁瓦具有强磁性，若干个内磁瓦周向均匀布置在输出轴外圆中部，内磁瓦的N极和S极顺次连接在一起构成圆环，内磁瓦在轴向上布置有若干组，内磁瓦和输出轴用高温胶粘结；外磁瓦具有强磁性，若干个外磁瓦周向均匀布置在外筒体内腔中部，外磁瓦的N极和S极顺次连接在一起构成圆环，外磁瓦在轴向上布置有若干组，外磁瓦和外筒体用高温胶粘结；外磁瓦和内磁瓦的数量一一对应，外磁瓦和内磁瓦之间存在间隙；安装完成后，外磁瓦和正对位置处的内磁瓦极性相反，呈相互吸引的状态；外磁瓦和正对位置处相邻的内磁瓦极性相同，呈相互排斥的状态；端盖上端和外筒体下端丝扣连接。

所述外筒体上端内腔与所述支撑座外圆之间设置有密封装置；所述端盖下端内腔与所述输出轴外圆之间设置有密封装置。

本发明可吸收钻柱的轴向冲击载荷和旋转冲击载荷；外筒体的旋转扭矩利用外磁瓦和内磁瓦之间的磁力吸引和排斥作用，传递给输出轴；当下部钻柱受到旋转冲击时，输出轴和外筒体的周向相对位置可自适应产生偏转，克服旋转冲击载荷对上部钻柱的影响；当下部钻柱受到轴向冲击载荷时，外磁瓦和内磁瓦之间的磁力吸引和排斥作用，以及碟簧压力作用，允许输出轴和外筒体的轴向位置产生自适应偏移，克服轴向冲击载荷对上部钻柱的影响。

本发明的有益效果是：（1）采用磁力传递扭矩和钻压，在承受轴向和旋转冲击载荷时，不损伤钻柱，减震吸收效果好；（2）结构简单，适应井下复杂工况；（3）具备同时吸收轴向震动和周向震动的能力。本发明装在底部钻具组合中，可适用于含砾石、软硬交错等地层差异大的地层，能有效消除上部钻柱各向震动造成钻头井底工作失稳，有效保护和大大延长PDC钻头寿命。

附图说明

图1是本发明一种井下双向减震器的结构示意图。

图2是图1A-A截面的剖视图。

图中：1—外筒体、2—支撑座、3—碟簧、4—内磁瓦、5—外磁瓦、6—输出轴、7—端盖。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种井下双向减震器，是由外筒体1、支撑座2、碟簧3、内磁瓦4、外磁瓦5、输出轴6和端盖7构成，其结构特征是：外筒体1上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴6下端和下部钻柱丝扣连接；支撑座2外圆下部设置一圈凸起台阶，碟簧3安装在支撑座2外圆，碟簧3被支撑座2外圆下部凸起台阶压紧；支撑座2下端和输出轴6上端丝扣连接；内磁瓦4具有强磁性，若干个内磁瓦4周向均匀布置在输出轴6外圆中部，内磁瓦4的N极和S极顺次连接在一起构成圆环，内磁瓦4在轴向上布置有若干组，内磁瓦4和输出轴6用高温胶粘结，在本实施例当中，内磁瓦4沿周向均匀分布有十二个，内磁瓦4沿轴向布置有五组；外磁瓦5具有强磁性，若干个外磁瓦5周向均匀布置在外筒体1内腔中部，外磁瓦5的N极和S极顺次连接在一起构成圆环，外磁瓦5在轴向上布置有若干组，外磁瓦5和外筒体1用高温胶粘结，在本实施例当中，外磁瓦5沿周向均匀分布有十二个，外磁瓦5沿轴向布置有五组；外磁瓦5和内磁瓦4的数量一一对应，外磁瓦5和内磁瓦4之间存在间隙；安装完成后，外磁瓦5和正对位置处的内磁瓦4极性相反，呈相互吸引的状态；外磁瓦5和正对位置处相邻的内磁瓦4极性相同，呈相互排斥的状态；端盖7上端和外筒体1下端丝扣连接。外筒体1上端内腔与所述支撑座2外圆之间设置有密封装置；端盖7下端内腔与所述输出轴6外圆之间设置有密封装置。

本发明工作时可吸收钻柱的轴向冲击载荷和旋转冲击载荷；外筒体1的旋转扭矩利用外磁瓦5和内磁瓦4之间的磁力吸引和排斥作用，传递给输出轴6；当下部钻柱受到旋转冲击时，输出轴6和外筒体1的周向相对位置可自适应产生偏转，克服旋转冲击载荷对上部钻柱的影响；当下部钻柱受到轴向冲击载荷时，外磁瓦5和内磁瓦4之间的磁力吸引和排斥作用，以及碟簧3压力作用，允许输出轴6和外筒体1的轴向位置产生自适应偏移，克服轴向冲击载荷对上部钻柱的影响。因此，将本发明一种井下双向减震器安装在底部钻具组合中，可适用于含砾石、软硬交错等地层差异大的地层，能有效消除上部钻柱各向震动造成钻头井底工作失稳，有效保护和大大延长PDC钻头寿命。