一种用于减弱井底钻具粘滑振动的装置及其控制方法

摘要

本发明涉及石油天然气钻井作业中一种用于减弱井底钻具粘滑振动的装置及其控制方法。其技术方案是：本装置安装在钻头和井底钻具之间，本装置有一个外套筒，套筒内装活塞、弹簧、花键，通过控制套筒缸的体积带动外套筒相对空心轴轴向移动，从而使钻头脱离井底。本装置在钻头处扭矩达不到破岩所需值的时候将钻头向上提升一定高度以减小破岩所需的扭矩，防止钻头短暂的停止转动和瞬时释放能量即粘滑振动的发生，使钻头能保持在正常工况下实施钻进，以减小粘滑振动对钻头齿的损坏，提高钻头的使用寿命。本发明不仅能减弱粘滑振动对钻头的损坏、提高机械钻速、减少能量的损失、提高破岩效率，而且还具有不增加额外工艺、实施方便，安全可靠等优点。

主权项

一种用于减弱井底钻具粘滑振动的装置的控制方法，其特征是：本装置主要包括外套筒（1）、弹簧（2）、活塞（3）、空心轴导流孔（4）、套筒缸（5）、空心轴（6）、空心轴上端接头（7）、应变传感器（8）、套筒导流孔（9）、阀门（10）、自动阀门开关（11）、挡环（12）、空心轴通孔（13）、套筒孔眼（14）和花键（15）；外套筒（1）和空心轴（6）通过花键（15）连接，空心轴（6）上端安装有应变传感器（8），套筒缸（5）内装有弹簧（2）、活塞（3）、阀门（10）和自动阀门开关（11），弹簧（2）下端与套筒缸（5）接触上端与活塞（3）接触，空心轴（6）上开有空心轴导流孔（4），外套筒（1）上开有套筒导流孔（9）和套筒孔眼（14）；正常工况下，驱动装置通过钻柱带动空心轴（6）转动，空心轴（6）再通过花键（15）带动外套筒（1）和钻头（17）转动破岩；与此同时，钻压通过钻柱传递到空心轴（6）上，再通过外套筒（1）内的活塞（3）和弹簧（2）将钻压传递到外套筒（6）和钻头（17）上，实现正常钻进；当井底发生粘滑振动时，钻头（17）旋转减缓甚至停止转动，但是井底钻具仍然会带动心轴（6）扭转，因而会在空心轴上端接头（7）处产生较大的变形，当变形超过自动阀门开关（11）设定的值后，安装在空心轴（6）上端的应变传感器（8）会将监测到的信号传递给自动阀门开关（11）来打开阀门（10）；阀门（10）打开后，钻井液通过空心轴导流孔（4）进入套筒缸（5），再通过套筒导流孔（9）流入环空中；由于空心轴导流孔（4）的直径比套筒导流孔（9）的直径大，通过进出口流体压差将使套筒缸（5）的体积变大，从而推动外套筒（1）沿轴线向上移动，同时将钻头（17）提升脱离井底；当钻头（17）的提升可以实现破岩时，钻头（17）和外套筒（1）将会重新同空心轴（6）一起旋转，此时空心轴（6）的应变将减小，自动阀门开关（11）会根据应变传感器（8）反馈的信息自动关闭阀门（10），再继续进行正常钻进。