БУРОВОЙ НАДДОЛОТНЫЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 1994 года по МПК E21B17/07 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для гашения вибраций, и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен амортизатор, содержащий корпус, расположенный в его полости ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость, а меньшей полость для размещения упругого элемента, камеру гидравлической разгрузки и выполненную на валу камеру с гибкой стенкой, гидравлически связанную с шлицевой полостью, причем гибкая стенка расположена в камере гидравлической разгрузки.

Недостатком этого амортизатора является невозможность работы последнего при знакопеременных осевых нагрузках - как сжатия, так и растяжения, возникающих при спускоподъемных операциях, во время движения инструмента вверх или, например, при возникновении перепада давления на элементах компоновки низа бурильной колонны - (КНБК) ниже амортизатора по ходу бурового раствора.

Известно, что при отсутствии в амортизаторе упругих элементов, воспринимающих растягивающие нагрузки в разъемном телескопическом соединении бурильной колонны (амортизаторе), возникают ударные нагрузки и амортизатор работает как ударный переводник. В результате снижается стойкость амортизатора. Для того, чтобы избежать это, в амортизаторах устанавливают дополнительные ряды упругих элементов, воспринимающих растягивающие нагрузки, что приводит к нежелательному увеличению длины амортизатора, способствующей искривлению ствола скважины при бурении.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности амортизатора за счет обеспечения возможности восприятия одними и теми же упругими элементами (шарами), работающими только на сжатие, знакопеременных осевых нагрузок - как сжимающих, так и растягивающих без увеличения длины амортизатора, а следовательно, и массы, что дает возможность установки амортизатора в составе КНБК над долотом в турбинном бурении.

Для этого в буровом наддолотном амортизаторе диски, закрепленные на валу и в корпусе, между которым расположены элементы (например, двойные ряды резиновых шаров), совмещены друг с другом по оси амортизатора. При этом диски, закрепленные на валу, размещены с зазором в дисках, закрепленных в корпусе, с возможностью телескопического перемещения один относительно другого, а пары каждого двойного ряда отделены от указанных дисков и друг от друга разделительными дисками.

При этом очевидно, что характеристика упругих элементов, воспринимающих нагрузки сжатия и растяжения, постоянна. Это важно для получения характеристики амортизатора заранее, так как она постоянна для нагрузок сжатия и растяжения и определяется при испытании только одного упругого элемента и только на один вид нагрузки - сжатие.

С целью регулирования действия диссипативных сил, связанных с движением промывочной жидкости в полости с упругим элементом, за счет выравнивания гидростатического давления этой полости с забойным на меньшей ступени вала выполнены отверстия, причем суммарная площадь сечения последних выбирается из соотношения S_отв ≥ S_з, где S_отв - суммарная площадь сечения отверстий; S_з - площадь сечения зазора между дисками, закрепленными в корпусе и на валу.

Наличие отличий предложенного устройства от прототипа свидетельствует о соответствии критерию "Новизна".

Анализ известных устройств из данной области техники не выявил наличия технического решения, в котором используются резиновые шары, работающие только на сжатие при восприятии знакопеременных осевых нагрузок. Поэтому можно говорить в соответствии предложенного устройства критерию "существенные отличия".

На фиг.1 и 2 изображен буровой наддолотный амортизатор, разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.1.

Буровой наддолотный амортизатор содержит корпус 1, составленный из соединенных резьбой нескольких частей, в нижней части которого установлен переводник 2 для присоединения долота (не показано). В корпусе 1 расположен ступенчатый вал, большая ступень 3 которого имеет шлицы, образующие с ответными шлицами на корпусе 1 шлицевое соединение 4 и замкнутую шлицевую полость 5. Меньшая ступень 6 вала образует с корпусом 1 полость 7 для размещения упругого элемента, выполненного, например, в виде двойных рядов резиновых шаров 8, расположенных между дисками 9, закрепленными на валу дисками 10, совмещенными с дисками 9 по оси амортизатора и размещенными внутри последних с зазором 11. Закрепление дисков 9 осуществляется путем зажатия их между втулками 12 с помощью переводника 2, а закрепление дисков 10 - путем зажатия их между втулками 13 с помощью гайки 14.

Полость 7 сообщена с внутренним каналом 15 с нижнего торца, а также через отверстия 16, выполненные на меньшей ступени 6 вала с суммарной площадью, большей или равной площади зазора 11 между дисками 9 и 10.

Между шлицевой полостью 5 и полостью 7 расположена камера 17 гидравлической разгрузки, сообщенная с затрубным пространством каналами 18. Камера 17 гидравлической разгрузки отделена от полости 7 с упругим элементом уплотнения 10, а от шлицевой полости 5 - уплотнением 20. Шлицевая полость заполнена маслом. В торце большей ступени 3 вала, расположенном в камере 17 гидравлической разгрузки, установлена гибкая стенка в виде, например, плавающего поршня 21, образующего на валу камеру 22, гидравлически связанную каналом 23 со шлицевой полостью 5.

Каждый двойной, например, ряд резиновых шаров 8 содержит разъединительные диски 24, установленные на меньшей ступени 6 вала с зазорами для перетока бурового раствора в процессе работы.

Амортизатор работает следующим образом.

После спуска амортизатора в составе бурильных труб в скважину камера 17 гидравлической разгрузки и полость 7 с упругими элементами заполняется буровым раствором под гидростатическим давлением. Плавающий поршень 21 выравнивает давление в шлицевой полости 5, разгружая уплотнения 20.

Благодаря расположению уплотнения 19, нагруженного рабочим перепадом давления, на ступени 6, обеспечивается минимальная осевая гидравлическая сила, сдвигающая со ступени 3 корпус 1. При бурении вибрации от долота поглощаются упругими элементами. Влияние на характеристику амортизатора демпфирования жидкости, заполняющей полость 7 с упругим элементом, устраняется путем выполнения зазоров, обеспечивающих свободные перетоки жидкости между дисками 9, 10 и 24. Выбор зазоров производится для рабочего интервала частот колебаний корпуса амортизатора. Поэтому характеристика амортизатора определяется только характеристикой упругого элемента.

Возникающие при бурении вибрации долота и растягивающие нагрузки не оказывают вредного влияния на колонну труб, так как большей частью поглощаются в амортизаторе упругими элементами.

Использование: для гашения вибраций при бурении нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: амортизатор содержит корпус 1, расположенный в нем ступенчатый вал, образующий с корпусом меньшей ступенью 6 полость 7 для размещения упругого элемента в виде рядов резиновых шаров 8, расположенных между дисками. Последние совмещены по оси амортизатора и расположены с зазором. Шары каждого ряда отделены друг от друга и от дисков разделительными дисками 24. Над полостью с упругим элементом выполнены отверстия 16 с суммарной площадью, большей или равной площади указанного зазора. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. БУРОВОЙ НАДДОЛОТНЫЙ АМОРТИЗАТОР, включающий корпус, расположенный в его полости ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость и меньшей ступенью - полость для размещения упругого элемента, содержащего установленные друг над другом ряды резиновых шаров, чередующиеся с металлическими дисками, закрепленными на валу и в корпусе, камеру гидравлической разгрузки и камеру с гибкой стенкой, гидравлически связанную с шлицевой камерой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и долговечности, он снабжен разделительными дисками, установленными над и под рядами резиновых шаров, а диски, закрепленные на валу, совмещены по оси амортизатора с дисками, закрепленными в корпусе, и установлены относительно последних с зазором. 2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью регулирования действия диссипативных сил в полости с упругим элементом, на меньшей ступени вала выполнены отверстия, сообщающие полость для размещения упругого элемента с полостью осевого канала амортизатора, причем суммарная площадь сечения отверстий больше или равна площади сечения зазора между дисками, закрепленными на валу и в корпусе.