[发明专利]一种钻头谐振隔离屏蔽工具及工作方法和应用

说明书

本发明公开了一种钻头谐振隔离屏蔽工具及工作方法和应用，该工具由上本体、径向减震总成、扭矩传动总成、球面铰支减震总成、稳定器本体和下接头等组成。主要用于石油钻井过程中旋转导向定向钻井或者M(L)WD+螺杆定向钻井过程中，隔离屏蔽钻头的有害谐振。本工具可以实现上下钻具的弹性柔性连接，从而实现轴向、横向及涡动谐振的隔离作用。当上本体和下接头发生倾斜或者不规则震动的时候，扭矩传动总成的轴向花键可以直接传递旋转扭矩，保持钻头与井眼的居中，提高钻头破岩效率。

技术领域

本发明涉及石油钻采井下工具技术领域，特别是涉及一种钻头谐振隔离屏蔽工具，主要用于陆地或海洋石油钻井提速，提高钻井时效，降低钻井周期。

背景技术

钻头及钻具组合在旋转破岩过程中是一个旋转扭摆模型，易受到转速、钻压、岩石特性、井眼尺寸、钻具组合、泥浆性能及钻头布齿等综合因素的影响，钻头及钻具易发生谐振。这种谐振会导致钻头有规律的横向振动、涡动、弹跳等，钻头处的轴向和扭转振动存在耦合作用，轴向振动会对扭转振动产生较大的影响。

横向振动、扭振及涡振导致钻具的稳定器作用降低，居中效果变差，并频繁的与井壁发生正向或反向弹跳式碰撞。当钻具的稳定器快速磨损、破损后，更加剧了上述振动的负面作用。

尤其是在研磨性硬地层、岩性变化大、地层软硬交错，钻井过程中更易诱发井下钻具振动，钻头工作不稳定。这些有害振动会与钻具扭摆耦合，导致上部的仪器也随之发生谐振，这一谐振的加速度经常会达到30-60g，并且震动相量也不完全是轴向的，也包括径向及扭向的，这对仪器电路元件、焊点、接头产生非常有害的冲击，导致电路开焊、元件损坏、接头脱落等，也会导致钻具应力集中点发生应力疲劳断裂等问题，对钻头寿命影响也比较大。而频繁的起、下钻维修、更换仪器，一方面造成多趟起、下钻，影响钻井速度；另一方面维修和更换昂贵的仪器及钻头，也造成了高昂的维护成本。

而且，钻头振动及钻具谐振会导致产生螺旋井眼、井眼不规则、井眼内壁粗糙等问题，这进一步造成了岩屑床沉积加剧，影响到泥浆携带岩屑的能力。这也会导致井筒内岩屑床的形成，增加卡钻风险。

目前，国内外普遍使用的减震器包括轴向减震器和扭力减震器，由于工具长度较长，因此，只能将安放位置设定在定向仪器的后端，虽然在一定程度上降低了跳钻情况的发生，保护了上部钻具，提高了上部钻具的使用寿命，但是并没有完全解决钻头谐振对定向仪器及周边钻具的伤害，经常因仪器无信号或进尺慢而不得不起钻检查。即便将国内外普遍使用的减震器置于定向仪器之下，也不能很好的解决钻具的横向涡动震动。

目前，采用的另一种方法是利用仪器测量涡振及扭振，通过井口改变钻井工艺，如调整转速或钻压等方式，来消除降低这种谐振。例如：钻井现场也会采用“低钻压、髙转速”的方法来抑制扭转振动及横向振动，但该方法会使得机械钻速有较大的降低。

这样一方面大大降低了钻井速度，钻井工艺参数潜能不能充分发挥出来，钻头稳定性变差，切削效率降低，机械钻速急剧下降。钻头的稳定性和攻击性是难以兼顾的，属于保守工艺钻井参数。另一方面，井下谐振测量价格昂贵、数据分析复杂，可操作难度大，并且很难实现实施数据传输，大大增加了现场操作难度，技术推广受到限制。

因此，如何更有效的对钻头谐振进行隔离、屏蔽成为了本领域亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻头谐振隔离屏蔽工具及工作方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

一种钻头谐振隔离屏蔽工具，包括上本体，所述上本体中部的外侧装有稳定器本体，所述上本体下部的外侧由上至下依次设有导向环、中橡胶垫、缓冲垫和锁母，所述缓冲垫和锁母的外侧由上至下依次设有支撑环和下接头，所述下接头的上部和所述支撑环均位于稳定器本体下部的内侧；

所述稳定器本体的上端与所述上本体的连接处设有径向减震总成，所述径向减震总成由上橡胶垫、压套、顶丝、压环组成；