一种钻井用隔振工具
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井技术领域，特别涉及一种钻井用隔振工具。
背景技术
随着深井、超深井及大位移水平井的勘探开发，钻遇地层复杂性不断增加，地层软硬交变，钻井振动日益剧烈，上部钻杆轴向振动和下部钻头跳钻现象严重，极易引起上下振动耦合发生共振，造成钻柱疲劳破坏，缩短钻头寿命，降低机械钻速，引发钻井事故。
当前一些石油公司设计了钻井用减振工具，安装于底部钻具组合中，通过弹簧等减振装置，可以部分吸收钻头处的纵向振动，从而减轻对钻头的破坏。但这类工具只针对钻头处振动问题，无法解决上部钻杆振动及与底部钻头振动耦合而造成的共振问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种钻井用隔振工具，其能够通过伸长和收缩以抵消纵向振动，避免上部钻杆和下部钻具各自轴向振动对彼此的影响，以及上下部振动耦合引起的共振问题。
为了实现以上发明目的，本发明提出了一种钻井用隔振工具，包括：
筒形的外壳；
滑动套接在所述外壳内的芯轴，所述芯轴的中部设置有管孔，其下端连接钻具；
连接在所述外壳的上端的钻杆接头，所述钻杆接头的上端连接钻杆，并且其内部设置有腔体；
其中，所述芯轴与所述外壳之间通过扭矩传递结构配合，并且所述芯轴在沿所述外壳的轴向滑动时伸入到所述腔体的内部。
本发明的进一步改进在于，所述芯轴的上部设置有在所述腔体内滑动的挡块。
本发明的进一步改进在于，所述外壳的内径小于所述钻杆接头的内径；其中，所述挡块的外壁所在的圆的直径小于钻杆接头的内径并大于外壳的内径。
本发明的进一步改进在于，所述外壳的下端的内壁上设置有密封装置，所述密封装置与芯轴密封滑动相连。
本发明的进一步改进在于，所述外壳的内壁的下部的设置有滑动槽。
本发明的进一步改进在于，所述密封装置为V型组合密封圈，并且所述外壳的下端的内壁上设置有密封槽，所述密封圈设置在所述密封槽内。
本发明的进一步改进在于，所述扭矩传递结构包括相互配合的花键结构和花键槽；
其中，所述花键结构设置在所述芯轴的外壁上，并且所述花键槽设置在所述外壳的内壁上；
或者，所述花键结构设置在所述外壳的内壁上，并且所述花键槽设置在所述芯轴的外壁上。
本发明的进一步改进在于，所述扭矩传递结构包括设置在所述芯轴的外壁上的若干内花键槽，以及设置在所述外壳的内壁上的若干外花键槽；
其中，所述内花键槽和所述外花键槽相对设置，并且所述内花键槽和所述外花键槽围成的空间内设置有花键齿。
本发明的进一步改进在于，所述扭矩传递结构包括设置在所述外壳内的多边形的空心，所述芯轴上设置有与所述空心相匹配的多边形的外壁。
本发明的进一步改进在于，所述外壳和所述钻杆接头之间通过螺纹相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
在根据本发明的钻井用隔振工具中，通过设置能够滑动的芯轴和外壳可以相对伸缩，能够通过伸长和收缩以抵消纵向振动，避免上部的钻杆受到钻头振动影响而造成损害。
钻杆接头上设置有腔体，能够容纳芯轴的在其内部往复移动，从而在下部的钻杆振动时能够带动芯轴在外壳上移动。并且，芯轴上设置挡板，挡板设置在腔体内，保证芯轴不会在腔体内滑出。
在根据本发明的钻井用隔振工具中，外壳和芯轴之间设置花键结构或多边形结构，能够沿轴向相对移动，并且能够传递扭矩。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的钻井用隔振工具的结构示意图；
图2所示为本发明的一个实施例的钻井用隔振工具的横截面结构示意图，显示了花键结构和花键槽的连接方式；
图3所示为本发明的一个实施例的钻井用隔振工具的横截面结构示意图，显示了设置有花键齿的结构；
图4所示为本发明的一个实施例的钻井用隔振工具的横截面结构示意图，显示了芯轴和外壳之间通过多边形的结构连接的方式；
图5所示为本发明的一个实施例的钻井用隔振工具的安装位置示意图，显示了其处于收缩的状态；
图6所示为本发明的一个实施例的钻井用隔振工具的安装位置示意图，显示了其处于拉伸的状态。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：1、外壳，2、芯轴，3、钻杆接头，4、钻具，5、钻杆，11、滑动槽，12、密封装置，13、花键结构，14、外花键槽，21、管孔，22、挡块，23、花键槽，24、内花键槽，25、花键齿，26、台阶结构，31、腔体，41、钻铤，42、钻头。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的钻井用隔振工具。根据本发明的钻井用隔振工具，能够通过伸长和收缩以抵消纵向振动，避免上部钻杆5和下部钻头42各自轴向振动对彼此的影响，以及两者引起的共振问题。
如图1所示，本发明的一个实施例所述的钻井用隔振工具，其包括外壳1。外壳1为筒形的结构，优选为圆筒形的结构。本实施例所述的钻井用隔振工具还包括芯轴2，其中外壳1套接在芯轴2外的外部，并且芯轴2能够在所述外壳1内滑动。芯轴2同样为管状的结构，其中部设置有管孔。芯轴2的下端连接钻具4。本实施例所述的钻井用隔振工具还包括钻杆接头3，钻杆接头3连接在所述外壳1的上端，所述钻杆接头3的上端连接钻杆，下端连接外壳1。其中，钻杆接头3内设置有腔体31，所述腔体31的开口设置在下端。在本实施例中，所述芯轴2与所述外壳1之间通过扭矩传递结构配合，外壳1和芯轴2之间能够传递扭矩，并且芯轴2能够沿外壳1的轴向方向滑动。在芯轴2向上滑动时，其上端能够伸入到钻杆接头3的腔体31内。
在使用根据本实施例所述的钻井用隔振工具时，将本实施例所述工具设置在上部的钻杆5和下部的钻具4之间，起到隔振的效果。当下部的钻头42振动时，钻具4移动带动芯轴2移动，芯轴2能够在外壳1内滑动，并在钻杆接头3的腔体31内往复移动。同时，外壳1和钻杆接头3保持静止或较小的振动。这样，通过本实施例所述的工具能够有效隔振，避免下部的钻具4振动对上部钻杆5造成不良影响。
在一个实施例中，所述芯轴2的上部设置有挡块，挡块位于芯轴2的上部的外壁上。优选地，所述挡块可以是环形的结构，也可以是多个截面为扇形的块状结构，其沿芯轴2的外壁的周向均匀布置。其中，挡块能够在所述腔体31内滑动，并且不会滑出到腔体31外。
在根据本实施例所述的钻井用隔振工具中，通过设置挡块能够使芯轴2的上端限制在腔体31内。当芯轴2在外壳1内滑动时，挡块能够在腔体31内滑动，芯轴2的端部通过挡块能够在钻杆接头3内处于相对稳定的状态，避免晃动。同时，挡块能够限制在腔体31内能够避免芯轴2滑出。
在一个优选的实施例中，所述外壳1的内径小于所述钻杆接头3的内径。在外壳1和钻杆接头3连接后，由于外壳1的内径较小，外壳1的上端面会在钻杆接头3内形成一个台阶状结构。在本实施例中，所述挡块的外壁所在的圆的直径小于钻杆接头3的内径并大于外壳1的内径。
在根据本实施例所述的钻井用隔振工具中，由于挡块的外壁所在的圆的直径小于钻杆接头3的内径并大于外壳1的内径。挡块在向下移动到腔体31的底部时能够接触外壳1的上端面，会被台阶状结构阻挡从而避免挡块从腔体31内滑出。
在一个实施例中，所述外壳1的下端设置有密封装置12，密封装置12固定在外壳1的下端的内壁上，并且密封装置12与芯轴2之间能够滑动密封相连。当芯轴2向上进入到外壳1的过程中，密封装置12始终与钻具4之间密封相连。通过密封装置12能够密封外壳1的下部，起到隔离外壳1内部和外部的钻井液的作用。
在一个实施例中，芯轴1的外壁上设置有台阶结构26，芯轴2在台阶结构上方的部分较细，下方的部分较粗。所述外壳1的内壁的下部的设置有滑动槽11。优选地，所述滑动槽11为外壳1的内壁上开设的环形的槽。滑动槽11的尺寸与芯轴2中台阶结构26下方的部分的外壁相匹配。通过设置滑动槽11，能够使芯轴2在滑动到上部时，台阶结构26通过与滑动槽11配合来起到限位的作用。
在一个优选的实施例中，所述密封装置12为V型组合密封圈，并且所述外壳1的下端的内壁上设置有密封槽，所述密封圈设置在所述密封槽内。
在一个实施例中，如图2所示，所述扭矩传递结构包括相互配合的花键结构13和花键槽23。扭矩传递结构可以有两种不同的设置方式。第一种方式为：花键结构13设置在所述芯轴2的外壁上，并且所述花键槽23设置在所述外壳1的内壁上。花键结构13位于花键槽23内，并能够在花键槽23内滑动。第二张方式为：所述花键结构13设置在所述外壳1的内壁上，并且所述花键槽23设置在所述芯轴2的外壁上。
在使用根据本实施例所述的钻井用隔振工具时，花键结构13能够在花键槽23内滑动。并且由于花键结构13卡接在花键槽23内，在周向方向上相对固定，能够传递扭矩，避免芯轴2在外壳1内转动。
在另一个实施例中，如图3所示，所述扭矩传递结构包括设置在所述芯轴2的外壁上的若干内花键槽24，以及设置在所述外壳1的内壁上的若干外花键槽14。其中，所述内花键槽24和所述外花键槽14相对设置，并且所述内花键槽24和所述外花键槽14围成的空间内设置有花键齿25。通过这种方式也同样能够传递扭矩。
在另一个实施例中，如图4所示，所述扭矩传递结构包括设置在所述外壳1内的多边形的空心，所述芯轴2上设置有与所述空心相匹配的多边形的外壁。在本实施例中，外壳1的内圈截面为多边形，比如正六边形；芯轴2的外圈的截面与外壳1的内圈形状相同，均为多边形。这样，外壳1和芯轴2之间同样可以沿轴向相对移动，并且能够传递扭矩。
在一个优选的实施例中，所述外壳1和所述钻杆接头3之间通过螺纹相连。通过螺纹连接的方式不但连接稳固，而且拆卸方便，便于更换钻杆接头3或其他组件。
在组装根据本实施例所述的工具时，首先将密封圈安装到外壳1上，然后将外壳1通过其内部的花键槽23与芯轴2上的花键相配合，将外壳1套到芯轴2大端根部，然后将挡块安装在芯轴2上，并将钻杆接头3套在芯轴2上，将钻杆接头3与外壳1通过螺纹连接，完成工具的组装。
本实施例所述钻井用隔振工具的安装位置和隔振原理如图5和图6所示，通常底部钻具4组合在设计过程中，中和点落在钻铤41上，钻井用隔振工具安装在钻铤41上部，因此所述隔振工具一直处于受拉状态，钻井用隔振工具中的伸缩机构一直处于拉伸状态，当钻头42跳钻或下部钻具4轴向振动时，钻井用隔振工具中的可伸缩机构自由收缩以吸收这些轴向位移，从而将下部钻具4的轴向振动危害隔离，使其无法传递到上部钻杆5，保护了上部钻杆5。
同时，钻杆在井眼中存在屈曲现象，当某一时刻突然释放时，相当于钻杆轴向突然伸长，此时钻井用隔振工具可以将其伸长位移吸收，从而避免上部钻杆轴向伸长对下部钻具4的破坏。本实施例所述钻井用隔振工具，能够将上部钻杆和下部钻具4的纵向振动隔离开，有效的保护上部钻柱，改善底部钻具4受力状况，增加钻具4的使用寿命，提高机械钻速，避免上下振动耦合而造成的共振问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。
