[实用新型]钻具减震工具及其钻井管柱

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油生产现场钻井领域，特别是保护钻具提高钻头破岩效率的钻具减震工具及其钻井管柱。

背景技术

在石油、天然气和地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层、砾石岩层和软硬交错地层。井底不平、钻头牙齿间歇压入岩石及岩石间歇破碎、钻柱绕井眼中心的涡动等情况都会使钻柱发生周向震动、横向震动和轴向震动。当钻头的纵向震动频率与钻具纵向震动的固有频率相匹配时，就会产生跳钻现象即共振现象。钻柱共振将引起工程事故，使钻柱过早失效，甚至最终导致油井报废。有关文献报告每年因井下钻具震动导致的事故损失达3亿美元。钻柱的震动问题是造成井下工具和其他底部钻具损害并导致各种井下事故发生的主要原因之一，严重地影响钻具寿命，导致钻头提前失效，严重影响钻头寿命和钻井效率。

钻井减震工具是用来减轻钻具震动，消除或减轻钻井事故，提高钻井效率的一种工具。常用的轴向减震工具有机械碟簧式减震工具，液压式减震工具。将减震工具安装在钻具中，钻遇复杂地层导致的钻头钻具震动时，轴向减震工具能有效地降低钻具、钻头震动，避免钻具提前失效，提高钻头破岩效率。

传统钻井轴向减震工具的刚度为出厂时已设定，针对不同的钻具震动频率和幅值不能做出针对性的调整，因此传统轴向减震工具使用效果参差不齐。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种钻具减震工具及其钻井管柱，能根据井下震动情况实时减轻钻具震动，提高钻头破岩效率，保护钻具。

本实用新型采用以下方案解决上述问题：

一种钻具减震工具，包括：

减震执行机构，其包括：外管、位于所述外管内的减震平衡活塞；所述减震平衡活塞设有沿所述外管延伸方向将其贯穿的第一流道；所述减震平衡活塞的外壁上设有变径台阶；所述外管的壁上设有压力传导孔；所述压力传导孔能将所述钻具减震工具外的外压力传导至所述变径台阶；所述减震平衡活塞在所述外管内受到钻井液作用于其端面上且与所述外压力方向相反的内压力；所述减震平衡活塞在所述外压力及所述内压力的作用下能沿所述外管的延伸方向移动；

与所述减震执行机构连接的控制机构，其能够根据钻具的震动信息按照预定规则控制所述减震平衡活塞的移动。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构包括连接所述外管一端的外壳体、以及设置于所述外壳体上的检测装置及处理装置；所述检测装置与所述处理装置相连接；所述处理装置连接所述减震平衡活塞；

所述外壳体沿所述外管延伸方向将其贯穿的第二流道；所述检测装置能够检测钻具的震动信息；所述处理装置能够根据钻具的震动信息按照预定规则控制所述减震平衡活塞的移动。

作为一种优选的实施方式，所述外壳体的壁上设有第一容纳凹槽、及第二容纳凹槽；所述检测装置包括位于第一容纳凹槽的震动测量传感器、及盖合在所述第一容纳凹槽上的传感器密封压盖；所述处理装置包括位于所述第二容纳凹槽的减震处理器、及盖合在所述第二容纳凹槽上的处理器密封压盖；所述震动测量传感器通过数据传输线连接所述减震处理器。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构在所述震动信息超过预定值时控制所述减震平衡活塞移动；所述控制机构在所述震动信息小于预定值时停止所述减震平衡活塞移动。

作为一种优选的实施方式，在所述震动信息超过预定值时，所述控制机构根据所述震动信息的强度控制所述减震平衡活塞移动。

作为一种优选的实施方式，所述控制机构通过改变所述第一流道的内径大小控制所述减震平衡活塞的移动。

作为一种优选的实施方式，所述减震平衡活塞设有变径机构；所述控制机构连接所述变径机构；所述控制机构能够控制所述变径机构改变所述第一流道的内径大小。

作为一种优选的实施方式，所述变径机构为设置于所述第一流道的壁上的变径电磁阀；所述变径电磁阀包括多个沿圆周排布的电磁变径阀块；相邻两个所述电磁变径阀块之间设有压簧；所述控制机构通过控制相邻两个所述电磁变径阀块远离或靠近，从而改变多个所述电磁变径阀块所围成圆周的大小。

作为一种优选的实施方式，所述变径电磁阀的数量为多个；多个所述变径电磁阀沿所述外管的延伸方向排布。

作为一种优选的实施方式，所述第一流道的壁上设有容纳所述变径电磁阀的圆周凹槽；所述变径电磁阀未变径时所述第一流道的内径沿长度方向不变。

作为一种优选的实施方式，所述减震平衡活塞的上端面面积大于其下端面面积；所述减震平衡活塞的外壁沿由上至下方向经所述变径台阶外径缩小。