一种磁流变智能钻井减振器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102140893A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102140893A(43)申请公布日2011.08.03(21)申请号201110088663.X(22)申请日2011.04.11(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人祝效华赖春林刘少胡童华(51)Int.Cl.E21B17/07(2006.01)F16F15/03(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种磁流变智能钻井减振器(57)摘要本发明涉及用于石油、天然气和地质钻井的特殊井下工具，一种磁流变智能钻井减振器。它由涡轮发电机模块、传感控制器模块、磁流变阀门、弹簧组和扭转轴承构成，所述涡轮发电机模块、传感控制器模块、磁流变阀门、弹簧组和扭转轴承依次相连接；传感控制器模块内部安置传感控制器；磁流变阀门内部安装有线圈心轴，线圈心轴上环形凹槽内缠绕励磁线圈，线圈心轴与补偿活塞、线圈心轴衬套、阀门套筒共同形成上下腔室；磁流变液密封在上下腔室里，通过阻尼通道在上下腔室之间流动；扭转轴承内部有轴承球滚道，轴承球安置在轴承球滚道中。本发明可进行实时控制，减振效果好，能延长钻头寿命，提高钻井速度。CN1024893ACCNN110214089302140900A权利要求书1/1页1.一种磁流变智能钻井减振器，主要由涡轮发电机模块(1)、传感控制器模块(2)、磁流变阀门(3)、弹簧组(4)和扭转轴承(5)构成，其特征在于：所述涡轮发电机模块(1)、传感控制器模块(2)、磁流变阀门(3)、弹簧组(4)和扭转轴承(5)依次相连接；所述传感控制器模块(6)的内部安装传感控制器(12)，传感控制器模块外壳(9)上端和下端分别攻有母扣，上端母扣连接涡轮发电机保护外壳(8),下端母扣连接阀门外壳(13)。2.根据权利要求1所述的磁流变智能钻井减振器，其特征在于：磁流变阀门(3)的阀门外壳（13）上端连接传感控制器模块外壳（9），下端连接弹簧组外壳（25），内部安装有线圈心轴(14)，线圈心轴(14)内部加工有贯通孔，线圈心轴(14)外表面中部安装有补偿活塞(15)，线圈心轴(14)外表面下部绕有励磁线圈(18)。3.根据权利要求1所述的磁流变智能钻井减振器，其特征在于：扭转轴承(5)的内部有轴承球滚道(39)，轴承球滚道(39)由扭转轴承外壳(30)内表面半圆形螺旋滚道和扭转轴承心轴(35)外表面半圆形螺旋滚道配合形成，轴承球滚道(39)内安置轴承球(31)，扭转轴承外壳(30)两端攻有母扣，扭转轴承心轴(35)两端攻有公扣，内部加工有贯通孔。2CCNN110214089302140900A说明书1/3页一种磁流变智能钻井减振器技术领域[0001]本发明涉及用于石油、天然气和地质钻井的特殊井下工具，一种磁流变智能钻井减振器。背景技术[0002]石油、天然气、地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层，由于井底不平、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，钻柱会发生纵向振动、横向振动和扭转振动。当钻头的纵向振动频率与钻具固有频率重合时，就产生跳钻现象。跳钻时钻头离开井底岩石并带动钻具一起向上运动，然后再一起从最高点坠落井底，产生破坏较大的运动惯性。另外，钻井马达，泵送钻井液，钻柱的不平衡等因素也会产生振动，这些振动将导致钻柱过早失效，如钻头损坏（牙齿、轴承损坏）、钻具损坏（断裂、丝扣松脱），并引发工程事故，甚至使油井报废；剧烈振动和冲击也会降低钻速，甚至极大地减少钻头和井底岩石之间的接触。[0003]钻井工人通过改变转速、钻压来控制钻柱振动，但这些措施并不能有效地减小振动，反而会降低钻井效率。特别地，钻头是针对一个预定的转速范围和钻压而设计的，偏离钻头的设计点钻井将降低钻头使用性能，缩短钻头寿命。[0004]减小钻井振动、防止跳钻的有效措施是在钻头和钻具之间安装减振器。现在钻井工程中广泛使用的液压减振器，其主要结构是一个环形油缸和一个环形活塞，油缸中充满液压油，当钻头纵向振动时，液压减振器轴向载荷发生变化，环形液缸中的液压油被压缩或体积膨胀，从而吸收或释放钻头振动的能量，减轻或消除钻井振动及跳钻。[0005]通常，减振器也是针对某一种特定的钻井工况而设计。在这些工况之外使用，减振器的效率将降低，在某些情况下甚至会增加钻柱的振动。磁流变智能钻井减振器可以根据具体工况实时地调节阻尼特性，这对于保障深井硬地层的高效、快速、安全钻进具有重要意义。磁流变液由悬浮于非磁性载液中的软磁性微粒和表面活性分散剂构成，在外加磁场作用下，其粘度可以连续、快速、可逆地变化。由于这种可控的流动特性，磁流变液能够以不同形式构成控制器和执行器之间良好的耦合介质。利用可控的磁流变减振器，先进的传