專利名稱：機(jī)械式多向減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣井工程與地質(zhì)勘探鉆井技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的液壓雙向減振器工作原理，主要是利用液壓缸內(nèi)注入的201-100 甲基硅油作為液體彈簧，吸收鉆進(jìn)過程中鉆柱軸向振動沖擊負(fù)荷。另外，還 通過活塞內(nèi)孔梯形螺旋與心軸連接，使鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動沖擊負(fù)荷轉(zhuǎn)換成活塞 的軸向分力，變換為液壓缸內(nèi)壓，從而保持穩(wěn)定的鉆頭工作扭矩。(詳見《鉆 井工程技術(shù)手冊》第5 3 0 5 3 2頁一中國石化出版社，2 0 0 5年2月 第一版，2 0 0 6年1月第二次印刷。)多年來，液壓雙向減振器在油氣田 鉆井工程中，尤其當(dāng)鉆進(jìn)硬地層、礫石層、軟硬夾層及其它復(fù)雜地層時，為 減緩鉆柱的軸向振動和扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷、提高鉆頭的工作效率、避 免并下事故，發(fā)揮了一定作用。
申請人認(rèn)為，從理論到國內(nèi)外的應(yīng)用實踐都充分證明使用鉆柱減振器 的真正意義在于消除或減緩鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的振動和沖擊動能、改 變鉆柱的固有頻率。也就是說，對鉆柱減振器的基本性能要求，是能夠把盡 可能多的具有破壞性的振動沖擊能量轉(zhuǎn)換為熱能而及時消散掉；使鉆柱的固 有頻率遠(yuǎn)離激振頻率，避免發(fā)生諧振。
但是，《鉆井工程技術(shù)手冊》中介紹的液壓雙向減振器卻都忽視了鉆柱 減振器的阻尼作用和正確改變鉆柱固有頻率的關(guān)鍵作用。因此，應(yīng)用現(xiàn)場的 生產(chǎn)和測試證明，他們生產(chǎn)的工具在消除或減緩鉆柱振動沖擊負(fù)荷峰值及避 免鉆柱諧振方面，效果并不明顯。
另外，申請人還認(rèn)為，有的液壓雙向減振器由于密封件設(shè)計不合理、橡膠件的耐溫性能差以及密封部位制造精度太低或高壓條件下液壓缸變形等 原因?qū)е聹p振器失效，不能滿足深井、超深井高溫高壓和復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆
進(jìn)的要求。201-100甲基硅油作為現(xiàn)有液壓雙向減振器的液體彈簧使用，由 于其粘度很低，在高溫(150。C以上)、高壓(30MPa 70MPa)條件下旋轉(zhuǎn) 鉆進(jìn)時很易泄漏，而硅油稍有泄漏就會導(dǎo)致工具失效。甚至有時因油塞或其 它密封部位滲漏，在長途運輸過程中硅油不斷漏失，待工具運到鉆井現(xiàn)場時 已無法使用。尤其是目前我國硅油市場對各生產(chǎn)廠家硅油的體積壓縮率尚無 技術(shù)指標(biāo)要求，各生產(chǎn)廠家均無進(jìn)行硅油體積壓縮率的測試手段，于是大多 生產(chǎn)廠家是購進(jìn)固體原料勾兌成不同粘度的硅油產(chǎn)品，均無產(chǎn)品體積壓縮率 的性能指標(biāo)介紹。減振器生產(chǎn)廠屬盲目購進(jìn)這種硅油當(dāng)液體彈簧使用，其減 振器在井下的剛度性能及減振效果也無人能說清楚。
另外，由于對液壓雙向減振器的制造精度的要求較高，鋼材的價格不斷 上漲，硅油的市場價格也比較昂貴，致使液壓雙向減振器的總體成本居高不 下。
再則，減振器組裝完畢進(jìn)行地面試驗時，在上述的壓力條件下，試驗人 員在高壓"容器"和高壓管路周圍操作，有造成人身傷害的不安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機(jī)械式多向減振 器，使其集阻尼、減振、隔振于一體，并且成本低、安全性好、使用壽命長。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的機(jī)械式多向減振器，包括上接頭，上接頭 的下端螺紋連接心軸，心軸包括由兩級臺階過渡的、從上至下的大外徑心軸、 中外徑心軸和小外徑心軸，大外徑心軸外套置刮泥環(huán)座，刮泥環(huán)座的下端與 扶正筒螺紋連接，扶正筒包括從上至下的大內(nèi)徑扶正筒和小內(nèi)徑扶正筒，小 內(nèi)徑扶正筒的下端外螺紋連接花鍵筒，花鍵筒的下端內(nèi)螺紋連接導(dǎo)筒；中外 徑心軸與大內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有環(huán)形上液壓腔，中外徑心軸與小內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有阻尼環(huán)隙；中外徑心軸與花鍵筒、導(dǎo)筒之間設(shè)有提升環(huán)、活塞、止
推軸承和上彈性體，提升環(huán)設(shè)置在扶正筒的下方，活塞設(shè)置在提升環(huán)的下方， 活塞包括活塞體和活塞接頭，活塞體包括從上至下的大內(nèi)徑活塞體和小內(nèi)徑 活塞體，大內(nèi)徑活塞體上設(shè)有扭矩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述小外徑心軸與大內(nèi)徑活塞 體之間設(shè)有環(huán)形下液壓腔，小內(nèi)徑活塞體的下端螺紋連接活塞接頭，所述止 推軸承設(shè)置在活塞接頭的下方，所述上彈性體設(shè)置在止推軸承的下方，在上 彈性體的下方、于導(dǎo)筒內(nèi)設(shè)置導(dǎo)桿，導(dǎo)桿包括從上至下的大外徑導(dǎo)桿和小外 徑導(dǎo)桿，大外徑導(dǎo)桿與小外徑心軸的下端螺紋連接，小外徑導(dǎo)桿與導(dǎo)筒之間 從上至下設(shè)有下彈性體和下接頭，下接頭與導(dǎo)筒的下端螺紋連接。
本發(fā)明通過以上設(shè)計，當(dāng)鉆柱軸向振動力向下時，軸向力迫使心軸向下 運動，壓迫上液壓腔的液壓油經(jīng)阻尼環(huán)隙向下流動。因阻尼環(huán)隙的流阻非常 大，使沖擊動能部分轉(zhuǎn)換為摩擦熱能，經(jīng)心軸和扶正筒、花鍵筒傳遞給水眼
和環(huán)空的鉆井液消散掉。此時，由于上液壓腔的容積Vi大于下液壓腔的總 容積V2，于是高壓油液推動活塞體、活塞密封總成、活塞接頭和止推軸承向 下運動，使上彈性體壓縮變形，以擠出一個與軸向力對應(yīng)的V;。反之，上 彈性體上彈，推動止推軸承和活塞向上運動。此時下液壓腔里的液壓油在上 彈性體的壓力下經(jīng)阻尼環(huán)隙流向上液壓腔，阻尼力同樣消散掉向上的沖擊動 能，使心軸處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
目前國內(nèi)外對鉆柱扭轉(zhuǎn)振動沖擊的減緩方法多用橡膠或硅油作減振元 件。本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)振動沖擊減振是采用環(huán)隙阻尼與復(fù)合組合碟簧的互補(bǔ)結(jié) 構(gòu)。這種阻尼減振結(jié)構(gòu)與橡膠和硅油結(jié)構(gòu)相比較，既不存在老化問題，也不 可能因密封泄漏而失效。
本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明集阻尼、減振、隔振于一體。與現(xiàn)有的各類鉆柱減振器相比， 它的功能更多，更能有效地消除或減緩鉆柱的軸向振動、橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動所產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷；改變鉆柱的固有頻率，使其遠(yuǎn)離常規(guī)鉆進(jìn)參數(shù)的諧振 區(qū)。在油氣井工程與地質(zhì)勘探鉆井過程中，尤其在鉆進(jìn)硬地層、礫石層或其 他復(fù)雜地層時，該工具可使鉆頭、鉆具及地面設(shè)備避免振動破壞，減緩鉆柱 疲勞失效。為保證人身與設(shè)備安全，延長鉆頭使用壽命、提高鉆井效率發(fā)揮
重要作用。
2、 本發(fā)明是國內(nèi)外現(xiàn)有鉆柱減振器中唯一能將扭轉(zhuǎn)振動沖擊負(fù)荷的減 振、隔振與軸向減振、隔振機(jī)構(gòu)設(shè)計為兩個獨立的部分，既相互協(xié)調(diào)又互不 干擾。其減振、隔振元件不受壓力、溫度和密封質(zhì)量的限制，極大地延長了 減振器的使用壽命，且使減振效果更好。
3、 自行研制的止推軸承能在井下小空間里承受巨大的周向和軸向交變 負(fù)荷，并填補(bǔ)了國內(nèi)外市場的空白。
4、 目前國內(nèi)外對鉆柱扭轉(zhuǎn)振動沖擊的減緩方法多用橡膠或硅油作減振 元件。本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)振動沖擊減振是采用環(huán)隙阻尼與復(fù)合組合碟簧的互補(bǔ)結(jié) 構(gòu)。這種阻尼減振結(jié)構(gòu)與橡膠和硅油結(jié)構(gòu)相比較，既不存在老化問題，也不 可能因密封泄漏而失效。由于上、下彈性體采用的材質(zhì)的改變，使減振器的 制造成本大幅度降低，而整體使用壽命比現(xiàn)有的鉆柱減振器提高3-5倍。
5、 本發(fā)明的另一有益效果，即無論扭轉(zhuǎn)剛度與固有頻率，還是軸向剛 度與固有頻率，都可以分別根據(jù)各自的阻尼系統(tǒng)和碟簧的厚度及組合方式進(jìn)
行調(diào)整，滿足每口井工程設(shè)計的需要。
所述扭矩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括直花鍵副和左向螺旋花鍵副，直花鍵副設(shè)置在大 內(nèi)徑活塞體與花鍵筒之間，左向螺旋花鍵副設(shè)置在中外徑心軸與大內(nèi)徑活塞 體之間。本發(fā)明研制成功的新型力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，左向螺旋花鍵與直花鍵分別置 于活塞體的內(nèi)孔和外圓，設(shè)計使其自動實現(xiàn)扭矩與軸向力的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，且與 鉆壓的軸向力分離。轉(zhuǎn)盤的工作扭矩通過方鉆桿、鉆桿、鉆鋌傳遞給機(jī)械式 多向減振器的上接頭一心軸一左向螺旋花鍵副一活塞體一直花鍵副一花鍵筒一導(dǎo)筒一下接頭一底部鉆柱和鉆頭。鉆頭在破碎巖石過程和遇到卡阻時都 會給鉆柱和減振器一個反扭矩或突然增大的扭轉(zhuǎn)沖擊負(fù)荷，有時會造成鉆頭 或鉆柱的嚴(yán)重破壞或鉆具斷裂等井下事故。這一重大技術(shù)難題，由本發(fā)明的 扭轉(zhuǎn)振動沖擊減振機(jī)構(gòu)給予有效解決。
由于鉆柱正常工作旋轉(zhuǎn)方向是順時針。當(dāng)工作扭矩在一個平穩(wěn)的給定值 時，活塞沿著左向螺旋花鍵副的軸向分力，向下旋轉(zhuǎn)滑動到一個力平衡位置。 此時，上彈性體受壓縮，壓縮力最終作用在心軸下端與導(dǎo)筒連接的螺紋上， 對鉆壓不構(gòu)成影響。當(dāng)突然增大的扭轉(zhuǎn)沖擊負(fù)荷傳遞給減振器時，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 立即將巨大的扭矩峰值轉(zhuǎn)換為推動活塞向下的軸向力。這個力作用給上彈性 體(復(fù)合組合碟簧)，使其壓縮變形，在壓縮變形同時，將沖擊動能轉(zhuǎn)換為 碟簧的摩擦熱能消散掉，保護(hù)鉆頭、鉆柱不受扭轉(zhuǎn)沖擊的破壞或加劇疲勞。
所述止推軸承包括分別呈筒形且同心布置的轉(zhuǎn)子、定子，轉(zhuǎn)子與定子相 對面之間分別設(shè)有相互匹配的凸凹臺階，在轉(zhuǎn)子與定子相對面之間設(shè)置滾 子。在組裝完成后止推軸承已經(jīng)承受上彈性體的預(yù)壓縮力。當(dāng)扭矩增大推動 活塞向左旋轉(zhuǎn)下移運動時，活塞接頭推動轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，并將軸向力傳遞 給滾子和定子。此時軸向力施加在上彈性體上。反之，當(dāng)扭矩減小時，上彈 性體向上回彈，將推力向上施加給止推軸承。止推軸承的定子帶動活塞順時 針旋轉(zhuǎn)上移，直至恢復(fù)到鉆壓與扭矩的合理匹配位置，即優(yōu)選參數(shù)鉆井技術(shù) 中所要求的最佳鉆進(jìn)狀態(tài)。
為了加強(qiáng)密封性，所述大外徑心軸與大內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有密封總成。
同理，所述活塞體與心軸之間、活塞接頭與導(dǎo)筒之間分別設(shè)有活塞密封 總成。
所述小外徑導(dǎo)桿與與導(dǎo)筒之間設(shè)有調(diào)節(jié)環(huán)，調(diào)節(jié)環(huán)設(shè)置在下彈性體的上 方。調(diào)節(jié)環(huán)對下彈性體的壓力腔的油壓起調(diào)節(jié)作用，使之不受井下溫度的影 響。同理，所述小外徑導(dǎo)桿與與導(dǎo)筒之間設(shè)有浮動活塞，浮動活塞設(shè)置在下 彈性體的下方。


圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的局部示意圖。 圖3止推軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1上接頭，2心軸，2-1大外徑心軸，2-2中外徑心軸，2-3小外 徑心軸，3刮泥環(huán)座，4扶正筒，4-l大內(nèi)徑扶正筒，4-2小內(nèi)徑扶正筒，5 花鍵筒，6導(dǎo)筒，7下接頭，8密封總成，9阻尼機(jī)構(gòu)，9a上液壓腔，9b阻 尼環(huán)隙，9c下液壓腔，10提升環(huán)，11扭矩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，lla直花鍵副，lib 左向螺旋花鍵副，12活塞，12-1活塞體，12-1-1大內(nèi)徑活塞體，12-1-2小 內(nèi)徑活塞體，12-2活塞密封總成，12-3活塞接頭，13止推軸承，13a轉(zhuǎn)子， 13b滾子，13c定子，14上彈性體，15調(diào)節(jié)環(huán)，16下彈性體，17浮動活塞， 18導(dǎo)桿，18-1大外徑導(dǎo)桿，18-2小外徑導(dǎo)桿。
具體實施例方式
如圖1、 2所示，機(jī)械式多向減振器，包括上接頭1，上接頭2的下端 螺紋連接心軸2，心軸2包括由兩級臺階過渡的、從上至下的大外徑心軸2-1、 中外徑心軸2-2和小外徑心軸2-3，大外徑心軸2-1外套置刮泥環(huán)座3，刮泥 環(huán)座3的下端與扶正筒4螺紋連接，扶正筒4包括從上至下的大內(nèi)徑扶正筒 4-l和小內(nèi)徑扶正筒4-2，小內(nèi)徑扶正筒4-2的下端外螺紋連接花鍵筒5，花 鍵筒5的下端內(nèi)螺紋連接導(dǎo)筒6，導(dǎo)筒6的下端內(nèi)螺紋連接下接頭7。
大外徑心軸2-1與大內(nèi)徑扶正筒4-1之間設(shè)有密封總成8。
中外徑心軸2-2與大內(nèi)徑扶正筒4-1之間設(shè)有環(huán)形上液壓腔9a，中外徑 心軸2-2與小內(nèi)徑扶正筒4-2之間設(shè)有阻尼環(huán)隙9b。
中外徑心軸2-2與花鍵筒5、導(dǎo)筒6之間從上至下依次設(shè)有提升環(huán)10、活塞12、止推軸承13和上彈性體14。活塞12包括活塞體12-1和活塞接頭 12-3，活塞體12-1包括從上至下的大內(nèi)徑活塞體12-1-1和小內(nèi)徑活塞體 12-1-2，直花鍵副lla設(shè)置在大內(nèi)徑活塞體12-1-1與花鍵筒5之間，左向螺 旋花鍵副lib設(shè)置在中外徑心軸2-2與大內(nèi)徑活塞體12-1-1之間?；钊w 12-1與心軸2之間、活塞接頭12-3與導(dǎo)筒6之間分別設(shè)有活塞密封總成12-2。
小外徑心軸2-3與大內(nèi)徑活塞體12-1-1之間設(shè)有環(huán)形下液壓腔9c，小 內(nèi)徑活塞體12-1-2的下端螺紋連接活塞接頭12-3。
在上彈性體14的下方、于導(dǎo)筒6內(nèi)設(shè)置導(dǎo)桿18，導(dǎo)桿18包括從上至 下的大外徑導(dǎo)桿18-1和小外徑導(dǎo)桿18-2。大外徑導(dǎo)桿18-1與小外徑心軸2-3 的下端螺紋連接，小外徑導(dǎo)桿18-2與導(dǎo)筒6之間從上至下設(shè)有調(diào)節(jié)環(huán)15、 下彈性體16、浮動活塞17和下接頭7。
如圖3所示，止推軸承13包括分別呈筒形且同心布置的轉(zhuǎn)子13a、定 子13c，轉(zhuǎn)子13a與定子13c相對面之間分別設(shè)有相互匹配的凸凹臺階，在 轉(zhuǎn)子13a與定子13c相對面之間設(shè)置滾子13b。
權(quán)利要求
1、機(jī)械式多向減振器，其特征在于包括上接頭，上接頭的下端螺紋連接心軸，心軸包括由兩級臺階過渡的、從上至下的大外徑心軸、中外徑心軸和小外徑心軸，大外徑心軸外套置刮泥環(huán)座，刮泥環(huán)座的下端與扶正筒螺紋連接，扶正筒包括從上至下的大內(nèi)徑扶正筒和小內(nèi)徑扶正筒，小內(nèi)徑扶正筒的下端外螺紋連接花鍵筒，花鍵筒的下端內(nèi)螺紋連接導(dǎo)筒；中外徑心軸與大內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有環(huán)形上液壓腔，中外徑心軸與小內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有阻尼環(huán)隙；中外徑心軸與花鍵筒、導(dǎo)筒之間設(shè)有提升環(huán)、活塞、止推軸承和上彈性體，提升環(huán)設(shè)置在扶正筒的下方，活塞設(shè)置在提升環(huán)的下方，活塞包括活塞體和活塞接頭，活塞體包括從上至下的大內(nèi)徑活塞體和小內(nèi)徑活塞體，大內(nèi)徑活塞體上設(shè)有扭矩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述小外徑心軸與大內(nèi)徑活塞體之間設(shè)有環(huán)形下液壓腔，小內(nèi)徑活塞體的下端螺紋連接活塞接頭，所述止推軸承設(shè)置在活塞接頭的下方，所述上彈性體設(shè)置在止推軸承的下方，在上彈性體的下方、于導(dǎo)筒內(nèi)設(shè)置導(dǎo)桿，導(dǎo)桿包括從上至下的大外徑導(dǎo)桿和小外徑導(dǎo)桿，大外徑導(dǎo)桿與小外徑心軸的下端螺紋連接，小外徑導(dǎo)桿與導(dǎo)筒之間從上至下設(shè)有下彈性體和下接頭，下接頭與導(dǎo)筒的下端螺紋連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式多向減振器，其特征在于所述扭矩 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括直花鍵副和左向螺旋花鍵副，直花鍵副設(shè)置在大內(nèi)徑活塞體與 花鍵筒之間，左向螺旋花鍵副設(shè)置在中外徑心軸與大內(nèi)徑活塞體之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式多向減振器，其特征在于所述止推 軸承包括分別呈筒形且同心布置的轉(zhuǎn)子、定子，轉(zhuǎn)子與定子相對面之間分別 設(shè)有相互匹配的凸凹臺階，在轉(zhuǎn)子與定子相對面之間設(shè)置滾子。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)械式多向減振器，其特征在于所述大外 徑心軸與大內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有密封總成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式多向減振器，其特征在于所述活塞 體與心軸之間、活塞接頭與導(dǎo)筒之間分別設(shè)有活塞密封總成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)械式多向減振器，其特征在于所述小外 徑導(dǎo)桿與與導(dǎo)筒之間設(shè)有調(diào)節(jié)環(huán)，調(diào)節(jié)環(huán)設(shè)置在下彈性體的上方。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式多向減振器，其特征在于所述小外 徑導(dǎo)桿與與導(dǎo)筒之間設(shè)有浮動活塞，浮動活塞設(shè)置在下彈性體的下方。
全文摘要
機(jī)械式多向減振器，涉及油氣井工程與地質(zhì)勘探鉆井領(lǐng)域，包括上接頭，上接頭的下端連接心軸，心軸包括大外徑心軸、中外徑心軸和小外徑心軸，心軸外設(shè)有刮泥環(huán)座、扶正筒、花鍵筒、導(dǎo)筒，扶正筒包括大內(nèi)徑扶正筒和小內(nèi)徑扶正筒；中外徑心軸與大內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有上液壓腔，中外徑心軸與小內(nèi)徑扶正筒之間設(shè)有阻尼環(huán)隙；心軸與花鍵筒、導(dǎo)筒之間設(shè)有活塞、止推軸承和上彈性體，活塞包括活塞體和活塞接頭，活塞體包括大內(nèi)徑活塞體和小內(nèi)徑活塞體，活塞上設(shè)有扭矩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，小外徑心軸與大內(nèi)徑活塞體之間設(shè)有下液壓腔，導(dǎo)桿與心軸的下端連接，導(dǎo)桿與導(dǎo)筒之間設(shè)有下彈性體和下接頭，下接頭與導(dǎo)筒的下端連接。本發(fā)明集阻尼、減振、隔振于一體，安全性好。
文檔編號E21B17/02GK101608535SQ20091018146
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者健 張, 楊文俊, 祝慶國, 祝慶玉 申請人:揚州天業(yè)石油機(jī)械有限公司