[发明专利]复合减震工具

说明书

本申请公开了一种复合减震工具。该复合减震工具能与钻具相连接。复合减震工具包括：振动检测装置，振动检测装置能根据钻具产生的振动生成振动信号；轴向减震装置，轴向减震装置用于对钻具受到轴向的作用力进行补偿；周向减震装置，周向减震装置用于对钻具受到周向的作用力进行补偿；控制装置，控制装置分别与振动检测装置、轴向减震装置以及周向减震装置电性连接；控制装置用于根据振动信号选择控制轴向减震装置以及周向减震装置。控制装置能根据振动信号的振动类型和振动强度打开和关闭轴向减震装置和/或周向减震装置，从而能钻具进行的轴向的减震和/或周向的减震，避免了因为震动而对钻头的破坏，提高钻头破岩效率，又能有效提高工具寿命。

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，尤其涉及一种复合减震工具。

背景技术

在石油、天然气和地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层、砾石岩层和软硬交错地层。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等情况都可能会使钻柱发生周向震动或横向震动。

对于轴向震动，当钻头的纵向振动频率与钻具纵向振动的固有频率相匹配时，就会产生跳钻现象即共振现象。钻柱共振将引起工程事故，使钻柱过早失效，甚至最终导致油井报废。

对于周向震动，钻头正常钻进过程中，PDC钻头在钻压的作用下不断吃入岩石，依靠钻柱提供的扭力不断旋转剪切破碎岩石。当地层岩石硬度高或钻头切入地层过深，钻头切削片处的扭矩不足以破岩时，钻头会暂时停止转动，而此时地表钻盘还在持续转动，此时上、下部钻杆出现不同转速。由于钻杆具有刚性，钻杆开始积聚扭矩能量。当钻杆积聚的扭矩能量大于钻头破岩能量时，钻头破碎岩石，此时钻柱上的扭矩能量突然释放，钻头会高速旋转。当钻柱的旋转速度降到静态摩阻起作用的临界值以下时停止旋转，上述这种持续周期约1～40s(秒)的“卡－滑”现象就是粘滑振动现象。由于上述粘滑振动过程也是一个能量积累和释放的过程，粘滑振动过程中扭矩的波动很大，这不仅会严重影响钻井效率，也威胁着钻井安全。例如，当实际的扭矩过大，甚至超过设备所能承受的扭矩极限时，会致使钻井无法进行。

有关文献报告每年因井下钻具震动导致的事故损失达3亿美元。钻柱的震动问题是造成井下工具和其他底部钻具损害并导致各种井下事故发生的主要原因之一，严重地影响钻具寿命，导致钻头提前失效，严重影响钻头寿命和钻井效率。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种复合减震工具，其能对钻具在钻井过程中遇到的轴向振动或横向振动进行减震。

为了实现上述目的，本发明提供了一种复合减震工具，该复合减震工具能与钻具相连接，所述复合减震工具包括：

振动检测装置，所述振动检测装置能根据所述钻具产生的振动生成振动信号；

轴向减震装置，所述轴向减震装置用于对所述钻具受到轴向的作用力进行补偿；

周向减震装置，所述周向减震装置用于对所述钻具受到周向的作用力进行补偿；

控制装置，所述控制装置分别与所述振动检测装置、所述轴向减震装置以及所述周向减震装置电性连接；

所述控制装置用于根据所述振动信号控制所述轴向减震装置以及所述周向减震装置。

优选的，所述周向减震装置包括：

第一外管；

设置在所述第一外管内的往复转动机构，其中，所述往复转动机构包括往返冲击装置和套设在所述往返冲击装置外的往返运动缸；

所述往返冲击装置与所述往返运动缸之间形成有至少两个相互隔离的压力腔室，各所述压力腔室的体积随所述压力腔室内的液体的体积的改变而改变；

所述往返冲击装置上设置有进液通孔，所述进液通孔能分别与各所述压力腔室相连通；