钻井粘滑振动控制装置的制作方法

本发明涉及钻井工程领域，尤其涉及一种钻井粘滑振动控制装置。

背景技术：

1、粘滑振动普遍发生在石油天然气、地热、天然气水合物等领域钻井工程中，粘滑振动是pdc钻头(即：聚晶金刚石复合片钻头)剪切破岩过程产生的自激振荡现象，是制约深井超深井、水平井安全高效钻井的共性因素，是导致破岩效率低、井下钻具失效的关键因素之一。随着pdc钻头被规模推广应用，钻井过程粘滑振动问题及其危害日益突出。

2、低频高振幅粘滑振动会对钻井提速和钻井安全带来一系列负面影响(如：钻头切削齿损坏、定向工具面失稳、钻具接头过载损坏、钻具疲劳损坏，严重的甚至导致钻具断裂)，且破坏力极强，已成为深井和水平井钻井工程中重要风险因素之一。

3、目前，通过地面监测钻柱动态信息(包括钻柱地面转速、扭矩信息等)，分析粘滑振动现象，调节钻井参数(包括降低转速、钻压等)，可降低粘滑振动，但其缺点在于：获取粘滑振动滞后、降低钻井效率，使用效果并不理想。

4、针对相关技术中对钻头的粘滑振动现象控制效果不佳，导致钻井效率降低的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

5、由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钻井粘滑振动控制装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钻井粘滑振动控制装置，能够在不影响正常钻井作业的情况下，实时调整下部钻具组合受力状态和钻头工作状态，有效预防和自动控制钻进过程粘滑振动，降低井下钻具组合和钻头的失效风险，提高钻头使用寿命和钻井效率。

2、本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供了一种钻井粘滑振动控制装置，其设置于钻柱的底部并随所述钻柱伸入至井筒内，所述钻井粘滑振动控制装置包括芯轴、钻头切削深度调控机构和旋转短节，所述芯轴、所述钻头切削深度调控机构和所述旋转短节均为两端开口的筒状结构，所述钻头切削深度调控机构套设于所述芯轴的外侧，且所述钻头切削深度调控机构的内壁与所述芯轴的外壁之间形成有环形的第一调压腔，所述第一调压腔内填装有弹性结构件，所述旋转短节的顶端与所述芯轴的底端能转动地连接，所述旋转短节的底端与钻井工具连接；

4、当所述钻井工具进行钻井作业时，所述旋转短节和所述芯轴可沿所述芯轴的轴向移动，所述第一调压腔内的弹性结构件处于受挤压状态。

5、在本发明的一较佳实施方式中，所述芯轴的外壁上固定套设有第一定位环，所述芯轴的外壁上且位于所述第一定位环的上方滑动套设有第一调压滑环，以在所述芯轴的外壁、所述钻头切削深度调控机构的内壁、所述第一定位环与所述第一调压滑环之间合围形成所述第一调压腔，所述第一调压滑环与所述第一调压腔内的弹性结构件连接。

6、在本发明的一较佳实施方式中，所述钻井粘滑振动控制装置还包括限位接头，所述限位接头为两端开口的筒状结构，所述限位接头的顶端与所述钻柱的底部连接，所述限位接头的底端与所述钻头切削深度调控机构的顶端连接，所述第一调压滑环的顶部能与所述限位接头的底端相抵接；所述钻头切削深度调控机构的底端内壁上形成有第一限位凸台，所述第一定位环的底部能与所述第一限位凸台的顶部相抵接。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述钻井粘滑振动控制装置还包括限位短节和联动机构，所述限位短节和所述联动机构均为两端开口的筒状结构，所述限位短节和所述联动机构均套设于所述旋转短节的外侧，所述旋转短节的底端伸出至所述联动机构的下方，所述限位短节的顶端与所述钻头切削深度调控机构连接，所述限位短节的底端与所述联动机构的顶端连接，所述联动机构的底端与所述旋转短节能转动地连接。

8、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转短节的外壁上形成有第二限位凸台，所述限位短节的内壁上形成有对所述旋转短节上移限位的第一限位槽，所述联动机构的内壁上形成有对所述旋转短节下移限位的第二限位槽，所述旋转短节可上移至所述第二限位凸台的顶部与所述第一限位槽的顶部内壁相抵接的位置，且所述旋转短节可下移至所述第二限位凸台的底部与所述第二限位槽的底部内壁相抵接的位置。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述钻头切削深度调控机构与所述限位短节之间设置有至少一个钻压调控短节，所述钻压调控短节为两端开口的筒状结构，所述钻压调控短节套设于所述芯轴的外侧，所述钻压调控短节的顶端与所述钻头切削深度调控机构的底端连接，所述钻压调控短节的底端与所述限位短节的顶端连接，所述钻压调控短节的内壁与所述芯轴的外壁之间形成有环形的第二调压腔，所述第二调压腔内填装有弹性结构件，当所述旋转短节和所述芯轴沿所述芯轴的轴向移动时，所述第二调压腔内的弹性结构件处于受挤压状态。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述芯轴的外壁上固定套设有第二定位环，所述芯轴的外壁上且位于所述第二定位环的下方滑动套设有第二调压滑环，以在所述芯轴的外壁、所述钻压调控短节的内壁、所述第二定位环与所述第二调压滑环之间合围形成所述第二调压腔，所述第二调压滑环与所述第二调压腔内的弹性结构件连接。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述钻压调控短节的数量为多个，各所述钻压调控短节依次串接。

12、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转短节的顶端与所述芯轴的底端之间通过密封轴承连接。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述弹性结构件为弹簧和/或弹性介质。

14、由上所述，本发明的钻井粘滑振动控制装置的特点及优点是：在芯轴的外侧套设有钻头切削深度调控机构，且在钻头切削深度调控机构与芯轴之间形成有内部填装弹性结构件的第一调压腔，在芯轴的底端能转动地连接有旋转短节，旋转短节用于与井下钻井工具连接；当钻井工具进行钻井作业时，旋转短节可随钻井工具旋转，不会影响正常钻井作业；另外，在钻井作业状态下，芯轴由于受到钻井工具的压力可沿芯轴的轴向移动并对弹性结构件进行挤压，达到实时在轴向上小范围内调整钻井工具位置的目的，有效降低钻头破岩摩阻波动幅度，由于旋转短节的旋转不会对芯轴的轴向移动造成影响，可减少钻柱的扭矩累积，达到主动释放钻柱扭矩的效果，从而改善钻井工具的受力状态，有效预防和自动控制钻进过程粘滑振动，降低钻井工具井下失效的风险，提高钻头的使用寿命和钻井效率。

技术特征：

1.一种钻井粘滑振动控制装置，其设置于钻柱的底部并随所述钻柱伸入至井筒内，其特征在于，所述钻井粘滑振动控制装置包括芯轴、钻头切削深度调控机构和旋转短节，所述芯轴、所述钻头切削深度调控机构和所述旋转短节均为两端开口的筒状结构，所述钻头切削深度调控机构套设于所述芯轴的外侧，且所述钻头切削深度调控机构的内壁与所述芯轴的外壁之间形成有环形的第一调压腔，所述第一调压腔内填装有弹性结构件，所述旋转短节的顶端与所述芯轴的底端能转动地连接，所述旋转短节的底端与钻井工具连接；

2.如权利要求1所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述芯轴的外壁上固定套设有第一定位环，所述芯轴的外壁上且位于所述第一定位环的上方滑动套设有第一调压滑环，以在所述芯轴的外壁、所述钻头切削深度调控机构的内壁、所述第一定位环与所述第一调压滑环之间合围形成所述第一调压腔，所述第一调压滑环与所述第一调压腔内的弹性结构件连接。

3.如权利要求2所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述钻井粘滑振动控制装置还包括限位接头，所述限位接头为两端开口的筒状结构，所述限位接头的顶端与所述钻柱的底部连接，所述限位接头的底端与所述钻头切削深度调控机构的顶端连接，所述第一调压滑环的顶部能与所述限位接头的底端相抵接；所述钻头切削深度调控机构的底端内壁上形成有第一限位凸台，所述第一定位环的底部能与所述第一限位凸台的顶部相抵接。

4.如权利要求1所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述钻井粘滑振动控制装置还包括限位短节和联动机构，所述限位短节和所述联动机构均为两端开口的筒状结构，所述限位短节和所述联动机构均套设于所述旋转短节的外侧，所述旋转短节的底端伸出至所述联动机构的下方，所述限位短节的顶端与所述钻头切削深度调控机构连接，所述限位短节的底端与所述联动机构的顶端连接，所述联动机构的底端与所述旋转短节能转动地连接。

5.如权利要求4所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述旋转短节的外壁上形成有第二限位凸台，所述限位短节的内壁上形成有对所述旋转短节上移限位的第一限位槽，所述联动机构的内壁上形成有对所述旋转短节下移限位的第二限位槽，所述旋转短节可上移至所述第二限位凸台的顶部与所述第一限位槽的顶部内壁相抵接的位置，且所述旋转短节可下移至所述第二限位凸台的底部与所述第二限位槽的底部内壁相抵接的位置。

6.如权利要求4所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述钻头切削深度调控机构与所述限位短节之间设置有至少一个钻压调控短节，所述钻压调控短节为两端开口的筒状结构，所述钻压调控短节套设于所述芯轴的外侧，所述钻压调控短节的顶端与所述钻头切削深度调控机构的底端连接，所述钻压调控短节的底端与所述限位短节的顶端连接，所述钻压调控短节的内壁与所述芯轴的外壁之间形成有环形的第二调压腔，所述第二调压腔内填装有弹性结构件，当所述旋转短节和所述芯轴沿所述芯轴的轴向移动时，所述第二调压腔内的弹性结构件处于受挤压状态。

7.如权利要求6所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述芯轴的外壁上固定套设有第二定位环，所述芯轴的外壁上且位于所述第二定位环的下方滑动套设有第二调压滑环，以在所述芯轴的外壁、所述钻压调控短节的内壁、所述第二定位环与所述第二调压滑环之间合围形成所述第二调压腔，所述第二调压滑环与所述第二调压腔内的弹性结构件连接。

8.如权利要求6所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述钻压调控短节的数量为多个，各所述钻压调控短节依次串接。

9.如权利要求1所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述旋转短节的顶端与所述芯轴的底端之间通过密封轴承连接。

10.如权利要求1所述的钻井粘滑振动控制装置，其特征在于，所述弹性结构件为弹簧和/或弹性介质。

技术总结
本发明为一种钻井粘滑振动控制装置，该钻井粘滑振动控制装置包括芯轴、钻头切削深度调控机构和旋转短节，钻头切削深度调控机构套设于芯轴的外侧，且钻头切削深度调控机构的内壁与芯轴的外壁之间形成有环形的第一调压腔，第一调压腔内填装有弹性结构件，旋转短节的顶端与芯轴的底端能转动地连接，旋转短节的底端与钻井工具连接；当钻井工具进行钻井作业时，旋转短节和芯轴可沿芯轴的轴向移动，第一调压腔内的弹性结构件处于受挤压状态。本发明解决了对钻头的粘滑振动现象控制效果不佳，导致钻井效率降低的技术问题。

技术研发人员：周波,汪海阁,张富成,黄洪春,李冰,邹灵战,何柳,常龙,周翠平
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13