ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 2005 года по МПК E21B17/07 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для гашения радиальных и осевых вибраций, возникающих в бурильной колонне при нагрузках, возникающих при бурении скважины. Это устройство может быть использовано при бурении вертикальных, горизонтальных и наклонно-направленных скважин на нефть и газ любым известным способом.

Известен амортизатор (RU 2015294 С1, МПК 7 Е 21 В 17/17, 30.06.1994 г.), содержащий корпус, расположенный в нем ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость и замкнутую шлицевую полость. Меньшая ступень вала образует с корпусом полость для размещения упругого элемента, выполненного в виде рядов резиновых шаров, расположенных между металлическими дисками. Между шлицевой полостью и полостью для расположения упругого элемента расположена камера гидравлической разгрузки, сообщенная с затрубным пространством каналами.

Недостатком данной конструкции является наличие камеры гидравличеческой разгрузки, заполняющейся буровым раствором, негативно влияющего на резиновые элементы, и размывает внутреннюю полость амортизатора. Сложность конструкции, по сравнению с предлагаемым устройством, ограничивает возможности промыслового использования и обслуживания известного амортизатора.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является совершенствование работы амортизаторов.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается увеличении стойкости долот и забойного оборудования, снижении количества спуско-подъемных операций (СПО), сохранности стенок скважины от разрушения, а также улучшении качества проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханическом амортизаторе, содержащем корпус, в нижней части которого расположен вал, образующий с гайкой, которая взаимодействует с ним через шлицевое соединение, зазор, внутри нижней части корпуса расположены ряды амортизирующих резиновых элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами, особенностью является то, что вверху нижней части корпуса с амортизирующими элементами расположен поршень, образующий с валом и верхней частью корпуса герметичную гидравлическую камеру, предназначенную для создания дополнительной амортизирующей способности и заполненную дизельным маслом, которое подается через гидропротоки, расположенные в верхней части корпуса.

Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения следующая: наличие маслонаполненной, герметичной гидравлической камеры в данном устройстве позволяет постоянно при работе гидромеханического амортизатора гасить вибрации и сопротивляться действию диссипативных сил. Внутри нижняя часть корпуса, в которой расположены амортизирующие элементы, лишена свободного доступа бурового раствора, это продлевает срок их службы, при воздействии осевой нагрузки на изделие резиновые элементы, более сжимаемые воспринимают ее до определенной степени, далее для того, чтобы компенсировать силу, которая может привести к разрушению резиновых элементов, выполняет работу герметичная гидравлическая камера. Тот же принцип работы изделия происходит при знакопеременных нагрузках. Для отделения от абразивной среды резиновых амортизирующих элементов предлагается установить герметичную гидравлическую камеру, заполняемую дизельным маслом.

Отсутствие открытого доступа бурового раствора в полость, где расположены резиновые амортизирующие элементы, позволит повысить надежность и долговечность работы амортизирующих элементов.

Предложенная конструкция отличается от данного рода изделий простотой изготовления, универсальностью использования, надежностью и низкой себестоимостью. Сочетание работы двух амортизирующих систем (гидравлической и механической), увеличенная стойкость амортизирующих систем, простота изготовления и обслуживания увеличивает надежность работы изделия.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид гидромеханического амортизатора.

Гидромеханический амортизатор имеет корпус 1, в верхней части которого расположены гидропротоки 9 для подкачки масла в герметичную гидравлическую камеру 2, герметизации которой способствует расположение сальников 10 и 11, а ее нижняя часть ограничена поршнем 7. Верхняя часть корпуса 1 также является соединением гидромеханического амортизатора с валом шпинделя или утяжеленными бурильными трубами (УБТ) и нижней частью корпуса амортизатора 3, который соединен с гайкой 4 и верхней частью корпуса 1. Внутри нижней части корпуса 3 расположены поршень 7, заполненный амортизирующими элементами 5 в виде резиновых (каучуковых) шаров (в некоторых случаях могут быть заменены на стальные пружины). Ряды амортизирующих элементов 5 разделяются металлическими кольцами 8. Поршень 7 и амортизирующие элементы 5 расположены между валом 6 и нижней частью корпуса 3, снизу расположена пята вала 6, соединенная с гайкой 4 нижней частью корпуса 3 и передающая вращение от корпуса на вал 6 через шлицевое соединение 12, имеющее зазор. Снизу вал имеет резьбу для соединения с долотом или калибратором (не показаны).

В качестве амортизирующих элементов используются резиновые шары из тепломаслостойкой резины 54-24 (9Та-24-1). Резиновые шары обладают несколько большей амортизационной способностью, чем другие резиновые формы, к тому же они перекатываются в процессе работы амортизатора в направлении, перпендикулярном к действию осевой нагрузки, что снижает их усталостный и односторонний износ. Имеющийся зазор в шлицевом соединении позволяет гасить и радиальные вибрации. Рядное расположение резиновых шаров позволяет снизить негативное влияние знакопеременных нагрузок, то есть амортизатор не работает как отбойник. В отличие от металлических амортизирующих элементов резиновые (при одной длине хода амортизатора) характеризуются меньшей нагрузочной способностью, динамическая составляющая нагрузки на долота более плавная, что увеличивает срок службы долота.

При ухудшении свойств резины возрастает амортизирующая способность в гидравлической камере, что продляет срок службы амортизатора.

При бурении глубоких и сверхглубоких скважин в условиях высоких температур и давлений, а также в среде сероводорода и нефтепродуктов целесообразно произвести замену комплекта резиновых шаров на комплект металлических пружин.

Гидромеханический амортизатор работает следующим образом.

Перед спуском в скважину гидромеханического амортизатора производят визуальный осмотр, надежность крепления гидроузла, отсутствие подтеков масла, отсутствие осевого и радиального перемещения при приложении усилия на амортизатор одного рабочего.

Гидромеханический амортизатор устанавливается над долотом или калибратором, при бурении наклонно направленной или горизонтальной скважины заранее пересчитывается длина нижнего плеча отклонителя и связанная с этим интенсивность набора угла. Может гидромеханический амортизатор устанавливаться и под секцией УБТ. Крепление гидромеханического амортизатора производится машинными ключами типа УМК или TSK. совместно с компоновкой низа бурильной колонны (КНБК). Требования безопасности и режима работы предъявляются такие же, как и ко всем элементам компоновок бурильных колонн. При нагрузке на долото амортизирующие элементы 5 передают силу от вышестоящей секции УБТ на долото, в то же время воспринимают обратную силу, которая изменяется от величины давления, которое необходимо создавать для эффективного разрушения горных пород. Амортизирующие элементы 5 постоянно по мере изменения нагрузки на долото испытывают различные знакопеременные нагрузки. В то же время они могут перекатываться, тем самым происходит их равномерный износ. Герметичная гидравлическая камера 2 компенсирует в определенный момент недостающую амортизирующую способность амортизирующих элементов 5.

После использования амортизатора проверяется его общее состояние. Замеряется осевой и радиальный люфт, состояние гидроузла. При необходимости производится замена резиновых элементов и сальников, замена масла в герметичной гидравлической камере.

Преимущества устройства в том, что отсутствует открытое проникновение бурового раствора вовнутрь части корпуса 3, где расположены амортизирующие элементы 5. Это позволяет повысить надежность и долговечность работы амортизирующей системы элементов. Сочетание работы двух амортизирующих систем (гидравлической и механической) увеличивает стойкость амортизирующих систем, обеспечивает простоту изготовления и обслуживания и повышает надежность работы устройства.

При использовании амортизаторов отечественного производства, конструкции которых были менее совершенны, проходка на долото возрастала на 26%, коэффициент кавернозности уменьшался с 3,28 до 2,16. Ожидаемая стойкость и эффективность данной конструкции в два раза превышает предыдущие разработки. При внедрении и использовании гидромеханического амортизатора экономия долот составит 50%, экономия материалов 30%.

За рубежом используются амортизаторы механические, гидравлические и пневмогидравлические, их выпускают фирмы “Секьюрити”, “Дрилко” и “Ракер Хэйкэлог”. Широкое применение получил демпферный инструмент Софт-Шок. Аналогичной конструкции гидромеханического амортизатора нет. Отечественные и зарубежные образцы более сложной конструкции и себестоимость их изготовлении значительно выше, а экономический эффект не превосходит предлагаемой конструкции.

Изобретение относится к горному делу, а именно бурение скважин на нефть и газ. Гидромеханический амортизатор предназначен для поглощений вибраций и толчков, как продольных так и поперечных. При бурении глубоких скважин позволит значительно повысить стойкость опор и вооружения долота. При бурении неглубоких скважин позволяет уменьшить перемещение долота по забою, что позволяет более точно проводить скважину в заданной траектории. Поможет обеспечить плавную передачу нагрузки на долото и повысит надежность работы забойного двигателя, УБТ или ЛБТ. Задачей изобретения является совершенствование работы амортизаторов путем увеличения стойкости долот и забойного оборудования, снижения количества спуско-подъемных операций (СПО), сохранности стенок скважины от разрушения, а также улучшение качества проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Гидромеханический амортизатор содержит корпус, в нижней части которого расположены ряды амортизирующих элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами. Вверху нижней части корпуса расположен поршень, образующий с валом и верхней частью корпуса герметичную гидравлическую камеру, предназначенную для создания дополнительной амортизирующей способности и заполненную дизельным маслом, которое подается через гидропротоки, расположенные в верхней части корпуса. Устанавливается в составе компоновки низа бурильной колонны (КНБК) как между долотом или калибратором (стабилизатором) и забойным двигателем, так между забойным двигателем и УБТ. Может использоваться при всех способах бурения, при нагрузках до 300 кН, при температуре до 150°С. 1 ил.

Гидромеханический амортизатор, содержащий корпус, в нижней части которого расположен вал, образующий с гайкой, взаимодействующей с ним через шлицевое соединение, зазор, внутри нижней части корпуса расположены ряды амортизирующих элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами, отличающийся тем, что вверху нижней части корпуса с амортизирующими элементами расположен поршень, образующий с валом и верхней частью корпуса герметичную гидравлическую камеру, предназначенную для создания дополнительной амортизирующей способности и заполненную дизельным маслом, которое подается через гидропротоки, расположенные в верхней части корпуса.