СПОСОБ ВИБРОГАШЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (ВАРИАНТЫ), ВИБРОГАСИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И ПРИВОД МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА ВИБРОГАШЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B17/10 

Группа изобретений относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для гашения колебаний бурового оборудования и инструмента.

Известен способ уменьшения колебаний буровой колонны, включающий выбор и измерение вибрационных параметров бурильной колонны, а также их регулирование посредством изменения параметров бурения (патент РФ №2609038, дата приоритета 24.01.2012, дата публикации 30.01.2017, автор Кюллингстад О., NO).

Недостатками данного способа, относящегося к активным методам гашения вибраций бурильной колонны, являются: малая надежность регистрирующих систем и их параметров измерения вибрации в тяжелых скважинных условиях, а также продолжительное время отклика подобных систем.

Наиболее близким из известных решений к заявленному способу виброгашения бурильной колонны является способ гашения крутильных колебаний бурильной колонны, включающий операцию установки виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор, а также операцию смещения долота в угловом направлении (авторское свидетельство СССР №1273493, дата приоритета 15.06.1983, дата публикации 30.11.1986, авторы: Янтурин А.Ш. и др., RU, прототип).

К недостаткам прототипа способа относится его ограниченная функциональная возможность виброгашения, обусловленная тем, что происходит гашение колебаний, которые вызваны ухабами забоя скважины, образование которых свойственно только для шарошечных долот.

Известен динамический виброгаситель крутильных колебаний, содержащий корпус с расположенным внутри него маховиком, в теле которого закреплены грузы, при этом маховик выполнен в виде системы двухзвенника, состоящей из шарнирно закрепленных двухтрубных амортизаторов, с одного конца входящих в массу-шарнир, с другого, посредством приваренного кронштейна и проушин, в грузы, выполненные в виде цилиндрических сегмент-планок, между которыми вставлены эластичные элементы, отстоящие совместно с грузами от шайб с маховой массой в виде полого цилиндра на зазор Д (патент РФ №2536302, дата приоритета 23.07.2013, дата публикации 20.12.2014, авторы: Башмур К.А., Петровский Э.А., RU).

Недостатком виброгасителя является его низкая надежность ввиду большого количества механических передаточных узлов, низкая эффективность, обусловленная недостаточным распределением осевой и вращательной вибронагрузок, а также высокие массогабаритные показатели в ограниченных условиях скважинной среды.

За прототип виброгасителя выбран адаптивный виброгаситель крутильных колебаний, содержащий центробежный регулятор, включающий двухзвенники с верхним и нижним амортизаторами, между которыми встроен масса-шарнир, образующие маховик, установленный на бурильной трубе, при этом масса-шарнир выполнен в виде сборочного узла, который содержит цилиндрический шарнир, установленное на нем сборочное кольцо, снабженное резцом, установленным с возможностью контакта со стенкой скважины (патент РФ №2702284, дата приоритета 25.02.2019, дата публикации 07.10.2019, авторы: Башмур К.А. и др., RU, прототип).

Недостатками прототипа виброгасителя являются: высокие массогабаритные параметры, низкая эффективность виброгашения ввиду недостаточной точности управления резцом, низкая надежность ввиду передачи перемещения резцу посредством большого количества механических частей, а также ограниченный функционал при наклонно-направленном и горизонтальном бурении скважин.

Известно пневматическое устройство для измерения линейных размеров, содержащее сообщенный с источником сжатого газа сильфон с неподвижными и подвижными торцами, а также сопло с подпружиненным к нему шариком, жестко связанное с подвижным торцом сильфона (авторское свидетельство СССР №697812, дата публикации 15.11.1979, авторы: Дышель М.Ш., Чекин О.Н. и др., RU).

Известен привод сильфонный прямоходный одностороннего действия, встроенный в термостатный конденсатоотводчик и содержащий сильфон, соосно соединенный с мембраной (Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л.: Машиностроение, 1987, с. 268, рисунок 3.45).

Общий недостаток известных аналогов приводов микроперемещения заключается в том, что они ранее не были предназначены для функционирования в качестве привода рабочего органа внедрения в породу, используемого для гашения крутильных колебаний инструмента и оборудования в скважине.

За прототип привода микроперемещения выбран компенсатор для сглаживания пульсаций жидкости, содержащий, по крайней мере, два сильфонных элемента, расположенных соосно и предназначенных для сообщения их внутренних полостей с полостью камеры, при этом сильфонные элементы расположены последовательно друг за другом вдоль их продольной оси и соединены втулками с отверстиями (патент РФ №2249151, дата публикации 27.03.2005, авторы: Захватов Е.М., Осетров Ю.Н., RU, прототип).

Недостаток прототипа привода микроперемещений заключается в его функциональной ограниченности, не позволяющей выполнять линейное перемещение рабочего органа под действием внешней нагрузки среды без смещения всего привода.

Технической проблемой, решаемой изобретениями, объединенными единым изобретательским замыслом, является расширение функциональных возможностей способа виброгашения бурильной колонны, виброгасителя и привода микроперемещений для внедрения рабочего органа в породу, а также повышение эксплуатационных качеств и надежности виброгасителя.

Для решения технической проблемы предложен способ виброгашения бурильной колонны по первому варианту, включающий установку виброгасителя в бурильной колонне, через которую прокачивается буровой раствор. Новым является то, что установку виброгасителя производят на уровне поверхности гидростатического столба бурового раствора в бурильной колонне, осуществляют, зависящую от частоты вращения бурильной колонны передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод органа внедрения, изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины.

Для решения технической проблемы предложен способ виброгашения бурильной колонны по второму варианту, включающий установку виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор. Новым является то, что в виброгасителе производят закручивание потока бурового раствора, зависящее от частоты вращения буровой колонны, осуществляют передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод, изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины.

Для решения технической проблемы предложен виброгаситель для осуществления способа по первому варианту, содержащий полый цилиндрический корпус. В корпусе выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий, в каждом из которых установлен с помощью сварного или резьбового соединений патрубок с навинченой на него крышкой со сквозным центральным отверстием, а в полости патрубка и в отверстии его крышки расположен привод микроперемещений, на котором снаружи смонтирован рабочий орган внедрения в породу.

Для решения технической проблемы предложен виброгаситель для осуществления способа по второму варианту, содержащий полый цилиндрический корпус. В корпусе выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий, перед которыми внутри корпуса установлено закручивающее устройство, а в каждом из отверстий установлен с помощью сварного или резьбового соединений патрубок с навинченной на него крышкой со сквозным центральным отверстием, при этом в полости патрубка и в отверстии его крышки расположен привод микроперемещений, на котором снаружи смонтирован рабочий орган внедрения в породу.

Для обоих вариантов виброгасителя характерны общие частные случаи выполнения.

Согласно изобретению, со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка выполнен бурт.

Согласно изобретению, на стыке патрубка и корпуса, сверху последнего выполнен криволинейный скос.

Согласно изобретению, в полости корпуса перед криволинейным скосом выполнена канавка, в которую установлено пружинное кольцо.

Согласно изобретению, в крышке патрубка выполнены установочные глухие отверстия.

Согласно изобретению, рабочий орган внедрения в породу соединен с приводом микроперемещений с помощью сварного или резьбового соединений.

Согласно изобретению, в качестве цилиндрического корпуса использована бурильная колонна.

Согласно изобретению, в радиальное отверстие цилиндрического корпуса установлен фильтр.

Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по первому варианту сильфонный привод, заглушенный подвижными крышками и заполненный малосжимаемой средой, а также состоящий из сообщающихся соосных сильфонов, один из которых, установленный в полости патрубка, выполнен большим, а сообщающийся с ним сильфон выполнен малым, при этом сильфоны соединены с помощью полой перемычки, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки патрубка совместно с малым сильфоном.

Согласно изобретению, на внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек сильфонного привода установлены уплотнения.

Согласно изобретению, на внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек сильфонного привода размещено, по меньшей мере, одно направляющее кольцо.

Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по второму варианту сильфонный привод, заполненный малосжимаемой средой и состоящий из сообщающихся соосных сильфона и мембраны, а также их торцевых крышек, одна из которых, относящаяся к сильфону, подвижная, при этом сильфон установлен в полости патрубка, а неподвижная торцевая крышка сильфонного привода выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки патрубка, при этом на выходе из полости неподвижной торцевой крышки запрессована мембрана.

Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по третьему варианту сильфонный привод, состоящий из внешнего сильфона установленного в полости патрубка и заполненного малосжимаемой средой, а также размещенного во внешнем сильфоне внутреннего сильфона, заполненного сжимаемой средой, внешний и внутренний сильфоны установлены соосно на общей полой перемычке, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в ее полости, при этом в полости перемычки установлен щток, закрепленный одним концом на крышке внутреннего сильфона.

Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по четвертому варианту сильфонный привод, состоящий из установленного в патрубке сильфона, заполненного сжимаемой средой, в котором установлен шток, при этом сильфон снабжен двумя крышками, на одной из которых, являющихся подвижной, закреплен установленный внутри сильфона шток, а вторая полая неподвижная крышка выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в ее полости, при этом через полость неподвижной крышки направлен шток.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 - фиг. 4 представлен общий вид виброгасителя по 1 варианту исполнения, продольный разрез; на фиг. 5 представлен разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 6 представлен разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 7 представлен виброгаситель по 2 варианту исполнения, продольный разрез; на фиг. 8 представлен выносной элемент В на фиг. 1.

Кроме того, на фиг. 1 и фиг. 5 также представлен привод микроперемещений по 1-му варианту исполнения; на фиг. 2 - то же, по 2-му варианту исполнения; на фиг. 3 - то же, по 3-му варианту исполнения; на фиг. 4 - то же, по 4-му варианту исполнения.

Виброгаситель во всех вариантах исполнения посредством резьбового соединения соединяют со скважинным буровым оборудованием или инструментом (условно не показано).

Виброгаситель в первом варианте исполнения (фиг. 1 - фиг. 4) содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий 2. В каждом отверстии с помощью сварного или резьбового соединений установлен патрубок 3 с навинченным на него крышкой 4 со сквозным центральным отверстием 5. В полости патрубка 3 и в отверстии 5 его крышки расположен привод микроперемещений 6, на котором снаружи смонтирован рабочий орган 7 внедрения в породу. Рабочий орган может быть выполнен в виде индентора или резца, в частности ротационного резца 7 (фиг. 3), и установлен с помощью сварного или резьбового соединений. Крышка 4 имеет глухие монтажные отверстия 8 для ее установки в патрубке 3. Со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка 3 выполнен бурт 9. На стыке патрубка и корпуса, сверху последнего выполнен криволинейный скос 10. В полости корпуса перед криволинейным скосом выполнена канавка, в которую устанавливается пружинное кольцо 11 (фиг. 1, фиг. 6). В качестве корпуса 1 может быть использована бурильная колонна. В радиальное отверстие 2 цилиндрического корпуса с помощью шлицевого соединения может быть установлен фильтр 12 (фиг. 4).

Виброгаситель во втором варианте исполнения (фиг. 7) содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий 2, перед которыми внутри корпуса установлено закручивающее устройство 13. В каждом из отверстий 2 с помощью сварного или резьбового соединений установлен патрубок 3 с навинченной на него крышкой 4 со сквозным центральным отверстием 5. При этом в полости патрубка 3 и в отверстии 5 его крышки 4 расположен привод микроперемещений 6. На приводе 6 со стороны породы смонтирован рабочий орган внедрения в породу 7, который может быть выполнен в виде индентора или резца и установлен с помощью сварного или резьбового соединений. Крышка 4 имеет глухие монтажные отверстия 8. Со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка может быть выполнен бурт 9. На стыке патрубка 3 и корпуса 1, сверху последнего выполнен криволинейный скос 10. В качестве корпуса 1 может служить бурильная колонна.

Привод микроперемещений в первом варианте исполнения (фиг. 1, фиг. 5) содержит сильфонный привод 6, заглушенный подвижными крышками 14, 15 соответственно большого и малого сильфонов и заполненный через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, малосжимаемой средой, а также состоящий из сообщающихся соосных сильфонов 17, 18, один из которых, установленный в полости патрубка, выполнен большим 17, а сообщающийся с ним сильфон выполнен малым 18. При этом сильфоны соединены с помощью полой перемычки 19, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки 4 патрубка совместно с малым сильфоном 18. На внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек 14, 15 сильфонов 17, 18 могут быть запрессованы сальниковые уплотнения 20 (фиг. 8). Также на подвижных крышках сильфонов может быть установлено, как минимум, одно направляющее кольцо 21 (фиг. 8).

Привод микроперемещений во втором варианте исполнения (фиг. 2) содержит сильфонный привод 6, заполненный через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, малосжимаемой средой и состоящий из сообщающихся соосно расположенных сильфона 22 и мембраны 23, а также торцевых крышек 24, 25, одна из которых, относящаяся к сильфону 22, подвижная 24. При этом сильфон 22 установлен в полости патрубка 3. Неподвижная торцевая крышка 25 сильфонного привода 6 выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки 4 патрубка. При этом на выходе из полости неподвижной торцевой крышки 25 запрессована мембрана 23.

Привод микроперемещений в третьем варианте исполнения (фиг. 3) содержит сильфонный привод 6, состоящий из внешнего сильфона 26, установленного в полости патрубка 3 и заполненного через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, малосжимаемой средой, а также размещенного во внешнем сильфоне 26 внутреннего сильфона 27, заполненного через обратный клапан 28, установленный с помощью резьбового соединения, сжимаемой средой, Внешний 26 и внутренний 27 сильфоны установлены соосно на общей полой перемычке 19, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в ее полости. При этом в полости перемычки 19 установлен закрепленный на крышке 29 внутреннего сильфона 27 с помощью разъемного соединения шток 30.

Привод микроперемещений в четвертом варианте исполнения (фиг. 4) содержит сильфонный привод 6, состоящий из сильфона 22, заполненного через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, сжимаемой средой, в котором установлен шток 30. При этом сильфон 22 снабжен двумя крышками 24, 31. На крышке 24, которая является подвижной, закреплен с помощью разъемного соединения установленный внутри сильфона 22 шток 30. Вторая полая неподвижная крышка 31 выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного поперечного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в ее полости. При этом через полость неподвижной крышки 31 направлен шток 30.

Виброгаситель в первом варианте исполнения, представленный на фиг. 1 - фиг. 4, используется для реализации способа виброгашения бурильной колонны по первому варианту следующим образом.

Установку виброгасителя производят на уровне поверхности гидростатического столба бурового раствора в бурильной колонне, Буровой раствор подают по бурильной колонне. Осуществляют зависящую от частоты вращения бурильной колонны передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений 6 для внедрения рабочего органа 7 в породу. Изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны, повышая и понижая давление на привод микроперемещений 6 рабочего органа 7 посредством его взаимодействия с породой стенки скважины. При этом объем бурового раствора может быть сформирован пружинным кольцом 11 и очищаться посредством фильтра 12.

При увеличении частоты вращения бурильной колонны увеличивается давление на привод микроперемещений 6, при этом привод 6 перемещается к периферии цилиндрической выработки на глубину, зависящую от давления на привод 6, а, следовательно, от количества оборотов бурильной колонны, и происходит внедрение рабочего органа 7 в выработку. При этом увеличивается момент сопротивления вращению бурильной колонны. При уменьшении частоты вращения бурильной колонны уменьшается давление на привод микроперемещений 6, при этом привод 6 перемещается к центру бурильной колонны, тем самым, уменьшая углубление рабочего органа 7 в породе и снижая момент сопротивления вращению бурильной колонны. Таким способом рабочий орган 7 внедрения в породу образует и изменяет силы сопротивления, которые влияют на момент вращения, тем самым контролируют вибрационные нагрузки, то есть амплитуду и частоту вынужденных крутильных колебаний, передаваемых на элементы бурильной колонны.

Виброгаситель во втором варианте исполнения, представленный на фиг. 7, используется для реализации способа виброгашения бурильной колонны по второму варианту следующим образом.

Установку виброгасителя с закручивающим устройством 13 производят в компоновке низа бурильной колонны, либо на любом необходимом расчетном расстоянии от долота, зависящим от условий бурения. Буровой раствор подают по бурильной колонне. В установленном виброгасителе производят закручивание потока бурового раствора, зависящее от частоты вращения буровой колонны. Осуществляют передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений 6 рабочего органа 7 внедрения в породу. Изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны, повышая и понижая давление на привод микроперемещений 6 рабочего органа 7 посредством его взаимодействия с породой стенки скважины.

Попадание потока на вращающиеся части с рельефом приводит к перераспределению осевой скорости бурового раствора потока в сторону увеличения его угловой скорости, следствием чего является более глубокое и последовательное вовлечение слоев текучей среды, начиная с граничного слоя, приводящее к более высокому градиенту давлений в периферийной (пристенной) области в полости цилиндрического корпуса 1. Таким образом, при увеличении частоты вращения бурильной колонны увеличивается давление на привод микроперемещений 6. При этом привод 6 перемещается к периферии цилиндрической выработки на глубину, зависящую от давления на привод 6, а, следовательно, от количества оборотов бурильной колонны, и происходит внедрение рабочего органа 7 в породу. При этом увеличивается момент сопротивления вращению бурильной колонны. При уменьшении частоты вращения бурильной колонны уменьшается давление на привод микроперемещений 6, при этом привод 6 перемещается к центру бурильной колонны, тем самым, уменьшая углубление рабочего органа 7 в породе и уменьшая момент сопротивления вращению бурильной колонны. Таким способом рабочий орган 7 образует и изменяет силы сопротивления, которые влияют на момент вращения, тем самым контролируют вибрационные нагрузки, то есть амплитуду и частоту вынужденных крутильных колебаний, передаваемых на элементы бурильной колонны.

Принцип работы приводов микроперемещений 6 для работы виброгасителей, заявленных в двух вариантах исполнения, одинаков.

Привод микроперемещений 6 в первом варианте исполнения (фиг. 1, фиг. 8) работает следующим образом.

При возрастании давления в бурильной колонне буровой раствор с внешней стороны воздействует на крышку 14 большого сильфона 17, заполненного малосжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение большого сильфона 17 в осевом направлении ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается полая перемычка 19, соединяющая сильфоны 17 и 18. При этом сила давления малосжимаемой среды воздействует с внутренней стороны на крышку 15 малого сильфона 18, перемещая ее совместно с рабочим органом 7, внедряемым в породу. После уменьшения давления на привод 6 происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфонов 17 и 18, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 17, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.

Привод микроперемещений 6 во втором варианте исполнения (фиг. 2) работает следующим образом.

При возрастании давления в бурильной колонне, буровой раствор с внешней стороны воздействует на подвижную крышку 24 сильфона 22, заполненного малосжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение сильфона 22 в осевом направлении ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается неподвижная торцевая крышка 25. При этом сила давления малосжимаемой среды воздействует с внутренней стороны на мембрану 23, перемещая ее совместно с рабочим органом 7, внедряемым в породу. После уменьшения давления происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфона 22 и мембраны 23, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 22, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.

Привод микроперемещений 6 в третьем варианте исполнения (фиг. 3) работает следующим образом.

При возрастании давления в бурильной колонне, буровой раствор с внешней стороны воздействует на крышку внешнего сильфона 26, заполненного малосжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение внешнего сильфона 26 в осевом направлении ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается полая перемычка 19. Сила давления малосжимаемой среды воздействует с внутренней стороны на крышку 29 внутреннего сильфона 27, перемещая заполненный сжимаемой средой внутренний сильфон 27 совместно с закрепленным внутри него на крышке 29 штоком 30 и рабочим органом 7 внедрения в породу. После уменьшения давления происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфонов 26 и 27 и газа в сильфоне 27, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 26, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.

Привод микроперемещений 6 в четвертом варианте исполнения (фиг. 4) работает следующим образом.

При возрастании давления в бурильной колонне буровой раствор с внешней стороны воздействует на подвижную крышку 24 сильфона 22, заполненного сжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение сильфона 22 в осевом направление ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается полая неподвижная крышка 31. Сильфон 22 перемещается совместно с закрепленным внутри него на подвижной крышке 24 штоком 30 и рабочим органом 7 внедрения в породу. После уменьшения давления происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфона 22 и газа в нем, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 22, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.

Таким образом, результатом использования предлагаемых изобретений является расширение функциональных возможностей способа виброгашения бурильной колонны, виброгасителя и привода микроперемещений внедрения рабочего органа в породу, в частности за счет: гашения любых видов крутильных колебаний при независимости системы от источника колебаний и автономности при отсутствии дополнительной измерительной аппаратуры, снижения массогабаритных показателей виброгасителя в условиях скважинной среды и его меньшей зависимости от угла наклона скважины, наложения гидромеханических связей движения привода микроперемещений и ограничения его линейных перемещений, обеспечивающих его функционал в качестве привода рабочего органа внедрения в породу; а также повышение эксплуатационных качеств и надежности виброгасителя за счет уменьшения механических связей в устройстве, снижения его массогабаритных показателей в условиях скважинной среды, его более эффективным управлением при использовании в виброгасителе точного привода микроперемещений.

Группа изобретений относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для гашения колебаний бурового оборудования и инструмента. Способ виброгашения бурильной колонны включает установку виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор. Установку виброгасителя производят на уровне поверхности гидростатического столба бурового раствора в буровой колонне. Осуществляют зависящую от частоты вращения буровой колонны передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод, изменяют силу сопротивления вращению буровой колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины. Технический результат состоит в обеспечении расширения функциональных возможностей, повышении эксплуатационных качеств и надежности виброгасителя. 8 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ виброгашения бурильной колонны, включающий установку виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор, отличающийся тем, что установку виброгасителя производят на уровне поверхности гидростатического столба бурового раствора в буровой колонне, осуществляют зависящую от частоты вращения буровой колонны передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод, изменяют силу сопротивления вращению буровой колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины.

2. Способ виброгашения бурильной колонны, включающий установку виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор, отличающийся тем, что в виброгасителе производят закручивание потока бурового раствора, зависящее от частоты вращения буровой колонны, осуществляют передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод, изменяют силу сопротивления вращению буровой колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины.

3. Виброгаситель для осуществления способа по п. 1, содержащий полый цилиндрический корпус, в котором выполнены по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий, в каждом из которых установлен с помощью сварного или резьбового соединений патрубок с навинченной на него крышкой со сквозным центральным отверстием, а в полости патрубка и в отверстии его крышки расположен привод микроперемещений, на котором снаружи смонтирован рабочий орган внедрения в породу.

4. Виброгаситель по п. 3, отличающийся тем, что со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка выполнен бурт.

5. Виброгаситель по п. 3, отличающийся тем, что на стыке патрубка и корпуса, сверху последнего выполнен криволинейный скос.

6. Виброгаситель по п. 5, отличающийся тем, что в полости корпуса перед криволинейным скосом выполнена канавка, в которую установлено пружинное кольцо.

7. Виброгаситель по п. 3, отличающийся тем, что в крышке патрубка выполнены установочные глухие отверстия.

8. Виброгаситель по п. 3, отличающийся тем, что рабочий орган внедрения в породу соединен с приводом микроперемещений с помощью сварного или резьбового соединения.

9. Виброгаситель по п. 3, отличающийся тем, что в качестве его цилиндрического корпуса использована бурильная колонна.

10. Виброгаситель по п. 3, отличающийся тем, что в радиальное отверстие цилиндрического корпуса установлен фильтр.

11. Виброгаситель для осуществления способа по п. 2, содержащий полый цилиндрический корпус, в котором выполнены по меньшей мере пара симметричных радиальных отверстий, перед которыми внутри корпуса установлено закручивающее устройство, а в каждом из отверстий установлен с помощью сварного или резьбового соединений патрубок с навинченной на него крышкой со сквозным центральным отверстием, при этом в полости патрубка и в отверстии его крышки расположен привод микроперемещений, на котором снаружи смонтирован рабочий орган внедрения в породу.

12. Виброгаситель по п. 11, отличающийся тем, что со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка выполнен бурт.

13. Виброгаситель по п. 11, отличающийся тем, что на стыке патрубка и корпуса сверху последнего выполнен криволинейный скос.

14. Виброгаситель по п. 13, отличающийся тем, что в полости корпуса перед криволинейным скосом выполнена канавка, в которую установлено пружинное кольцо.

15. Виброгаситель по п. 11, отличающийся тем, что в крышке патрубка выполнены установочные глухие отверстия.

16. Виброгаситель по п. 11, отличающийся тем, что рабочий орган внедрения в породу соединен с приводом микроперемещений с помощью сварного или резьбового соединения.

17. Виброгаситель по п. 11, отличающийся тем, что в качестве его цилиндрического корпуса использована бурильная колонна.

18. Виброгаситель по п. 11, отличающийся тем, что в радиальное отверстие цилиндрического корпуса установлен фильтр.

19. Привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа виброгашения бурильной колонны, содержащий сильфонный привод, заглушенный подвижными крышками и заполненный малосжимаемой средой, а также состоящий из сообщающихся соосных сильфонов, один из которых, установленный в полости патрубка, выполнен большим, а сообщающийся с ним сильфон выполнен малым, при этом сильфоны соединены с помощью полой перемычки, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки патрубка совместно с малым сильфоном.

20. Привод по п. 19, отличающийся тем, что на внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек сильфонного привода установлены уплотнения.

21. Привод по п. 19, отличающийся тем, что на внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек сильфонного привода размещено по меньшей мере одно направляющее кольцо.

22. Привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа виброгашения бурильной колонны, содержащий сильфонный привод, заполненный малосжимаемой средой и состоящий из сообщающихся соосных сильфона и мембраны, а также их торцевых крышек, одна из которых, относящаяся к сильфону, подвижная, при этом сильфон установлен в полости патрубка, а неподвижная торцевая крышка сильфонного привода выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки патрубка, при этом на выходе из полости неподвижной торцевой крышки запрессована мембрана.

23. Привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа виброгашения бурильной колонны, содержащий сильфонный привод, состоящий из внешнего сильфона, установленного в полости патрубка и заполненного малосжимаемой средой, а также размещенного во внешнем сильфоне внутреннего сильфона, заполненного сжимаемой средой, внешний и внутренний сильфоны установлены соосно на общей полой перемычке, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в ее полости, при этом в полости перемычки установлен шток, закрепленный одним концом на крышке внутреннего сильфона.

24. Привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа виброгашения бурильной колонны, содержащий сильфонный привод, состоящий из установленного в патрубке сильфона, заполненного сжимаемой средой, в котором установлен шток, при этом сильфон снабжен двумя крышками, на одной из которых, являющейся подвижной, закреплен установленный внутри сильфона шток, а вторая полая неподвижная крышка выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в ее полости, при этом через полость неподвижной крышки направлен шток.