ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК E21B17/07 F16F9/48 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к устройству, предназначенному для гашения продольных колебаний, возникающих в бурильном инструменте с процессе вращения его в скважине.

Известен гидравлический буфер, включающий корпус, разделяющую его полость перемычку с центральным отверстием, проходящий сквозь него конусный элемент, установленные в корпусе шток и упругий элемент для обратного хода [1]
Недостатком этой конструкции является наличие упругого элемента для обратного хода, снижающего надежность буфера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является гидравлический демпфер бурильного инструмента, содержащий корпус, связанный со стволом с возможностью передачи крутящего момента, расположенные между корпусом и стволом поршни, образующие полости, гидравлически связанные со скважинным пространством и внутренней полостью ствола.

Недостатками данного устройства являются:
низкая эффективность гашения колебаний бурильного инструмента;
сложность конструкции и обусловленная ею, невысокая надежность.

Цель изобретения повышение эффективности и надежности работы гидравлического демпфера, упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в гидравлическом демпфере бурильного инструмента, содержащем корпус, связанный со стволом с возможностью передачи крутящего момента, поршень, расположенный между корпусом и стволом и образующий надпоршневую и подпоршневую полости, гидравлически связанные с внутренней полостью ствола и скважинным пространством, и закрепленную на створе втулку, расположенную над поршнем, в надпоршневую полость введена гильза, соединенная с переводником и расположенная концентрично корпусу, втулка, закрепленная на стволе, выполнена в виде усеченного конуса и обращена конусной поверхностью в сторону гильзы, а со стороны основания втулки выполнен канал, связывающий внутреннюю полость ствола с надпоршневым пространством.

Анализ конструкций гидравлических демпферов показывает, что предложенное изобретение отличается от прототипа наличием гильзы и конусной втулки, жестко соединенной со стволом, выполненных таким образом, что в результате действия возмущающей силы, обусловленной вращением долота на забое скважины, система поршня (ствол с поршнем и конусной втулкой) перемещается по отношению к гильзе и конусная втулка, через образующийся кольцевой зазор, вытесняет из полости гильзы промывочную жидкость.

Вышеперечисленные отличительные признаки позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого демпфера критерию "новизна".

Такое конструктивное исполнение предлагаемого устройства придает ему новые свойства, заключающиеся в том, что после окончания действия возмущающей силы, возникающей при работе долота на забое возврат системы поршня в исходное положение происходит значительно быстрее, чем в известных технических решениях. А это способствует повышению эффективности и надежности работы демпфера, увеличению механической скорости бурения скважины.

Таким образом, можно сделать вывод о наличии в предлагаемом техническом решении изобретательского уровня.

На фиг. 1 представлен гидравлический демпфер бурильного инструмента общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, вид сверху.

Гидравлический демпфер бурильного инструмента состоит из (фиг. 1) корпуса 1, на верхний конец которого навинчивается переводник 2, предназначенный для жесткого соединения с колонной труб и, например, шлицевого соединения со стволом 3 с возможностью передачи крутящего момента. Расположенный между корпусом 1 и стволом 3 поршень 4 образует надпоршневую 5 и поршневую 6 полости, герметизированные уплотнениями 7, 8, 9. В надпоршневой полости 5 размещена гильза 10, расположенная концентрично корпусу 1. Гильза жестко закреплена, например, резьбовым соединением с переводником 2, соединенным с корпусом.

Над поршнем 4 расположена конусная втулка 11, жестко соединенная со стволом 3. Ствол с поршнем и конусная втулка образуют систему поршня. Втулка 11 выполнена в виде усеченного конуса и обращена конусной поверхностью в сторону гильзы 10 таким образом, что при движении ствола входит в гильзу с минимальным зазором, т. е. больший диаметр конусной втулки 11 соизмерим с внутренним диаметром гильзы 10. Для гидравлической связи надпоршневой полости 5 с внутренней полостью ствола 3 вдоль основания конусной втулки 11 выполнен канал 12 с фильтром 13.

Устройство работает следующим образом.

Подготовка гидравлического демпфера к работе и принцип его действия заключается в следующем:
Гидравлический демпфер устанавливается над долотом, в любом разъеме утяжеленных бурильных труб или над забойным двигателем с помощью переводника 2.

Не доводя бурильный инструмент до забоя, включаются буровые насосы и промывочная жидкость, подаваемая насосами в колонну труб через внутреннюю полость ствола 3, калиброванный канал 12 и фильтр 13, создает в полости 5 гидравлическое усилие, под действием которого ствол 3 с поршнем 4 и конусной втулкой 11 перемещается вниз по отношению к корпусу 1 и занимает положение, изображенное на фиг. 1 (исходное положение). Далее инструмент спускается до забоя до тех пор, пока не начнет воспринимать нагрузку. Демпфер заряжен.

В процессе бурения возмущающая сила, обусловленная работой долота на забое, вызывает перемещение ствола 3 с поршнем 4 и конусной втулкой 11 вверх по отношению к корпусу 1, и конусная втулка 11 через образующийся кольцевой зазор вытесняет промывочную жидкость из гильзы 10. Уплотнители 7, 8, 9 препятствуют перетоку промывочной жидкости из области высокого давления в область низкого.

Повышение давления в надпоршневой рабочей полости 5, вызванное уменьшением кольцевого зазора между конусной втулкой 11 и гильзой 10 в сумме с давлением внутри ствола 3 создает гидравлическое усилие на поршень 4, адекватное значение возмущающей силы, исходящей от работающего на забое долота и обуславливающее вращение долота на забое под постоянной нагрузкой.

По окончании действия возмущающей силы давление циркулируемой в бурильной колонне промывочной жидкости, воздействуя сверху на систему поршня (ствол с поршнем 4 и конусная втулка 11), возвращает ее в исходное положение, т.е. полностью выдвинутое. При движении системы поршня в исходное положение увеличивается кольцевой зазор между конусной втулкой 11 и гильзой 10 и, следовательно, уменьшается гидравлическое сопротивление в нем. Это обстоятельство ускоряет заполнение гильзы 10 промывочной жидкостью и обусловливает мгновенный возврат системы поршня в исходное положение. А это, в свою очередь, способствует увеличению времени контакта долота с забоем и, следовательно, повышению эффективности работы демпфера, а также оказывает дополнительное динамическое воздействие долота на забой, вызывающее увеличение механической скорости бурения. Кроме того, перепад давления промывочной жидкости в предлагаемом демпфере формирует дополнительное гидравлическое усилие, которое в сумме с основной нагрузкой, приложенной к долоту, также способствует увеличению механической скорости бурения.

В прототипе же при возврате системы поршня в исходное положение заполнение надпоршневых и рабочих полостей промывочной жидкостью происходит по кольцевым зазорам, образованным цилиндрическими деталями с неизменными гидравлическими сопротивлениями между ними и, в этом случае, говорить о мгновенном возврате системы поршня в исходное положение и о высокой эффективности работы демпфера не приходится.

Далее, поскольку канал, связывающий надпоршневую полость с внутренней полостью ствола выполнен у основания конусной втулки, обеспечивается гашение колебаний бурильного инструмента с максимальными амплитудами, т.е. расширяется диапазон амплитуд колебаний бурильного инструмента, воспринимаемых демпфером и, следовательно, повышается эффективность работы демпфера.

Повышение достигается за счет эффективности мгновенного возврата системы поршня в исходное положение после прекращения действия возмущающей силы, в результате чего долото находится на забое большее время. Повышение надежности и упрощение конструкции достигается путем устранения из конструкции упругих элементов (пружин), быстро выходящих из строя.

Кроме того, поскольку возврат системы поршня осуществляется с динамическим воздействием, долото также дополнительно воздействует на забой, что дает повышение эффективности.

Использование: в устройствах для гашения продольных колебаний, возникающих в бурильном инструменте в процессе его вращения в скважине. Сущность изобретения: гидравлический демпфер бурильного инструмента, содержащий корпус, связанный со стволом с возможностью передачи крутящего момента, поршень, расположенный между корпусом и стволом и образующий надпоршневую и подпоршневую полости, гидравлически связанные с внутренней полостью ствола и скважинным пространством, и закрепленную на стволе втулку, расположенную над поршнем, в надпоршневую полость введена гильза, соединенная с переводником и расположенная концентрично корпусу. Втулка, закрепленная на стволе, выполнена в виде усеченного конуса и обращена конусной поверхностью с сторону гильзы. Со стороны основания втулки выполнен канал, связывающий внутреннюю полость ствола с надпоршневым пространством. 2 ил.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий корпус, связанный со стволом с возможностью передачи крутящего момента, расположенный между корпусом и стволом поршень, образующий надпоршневую и подпоршневую полости, гидравлически связанные с внутренней полостью ствола и скважинным пространством, и закрепленную на стволе втулку, расположенную над поршнем, отличающийся тем, что он снабжен установленной в надпоршневой полости гильзой, соединенной с переводником и расположенной концентрично корпусу, а втулка, закрепленная на стволе, выполнена в виде усеченного конуса и обращена конусной поверхностью к гильзе, причем в основании втулки выполнен канал для связи внутренней полости ствола с надпоршневым пространством.