Гидравлический демпфер бурильного инструмента Советский патент 1984 года по МПК E21B17/07 F16F5/00 

оо

4

О9 Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предн начено для гашения продольных коле баний, возникающих в процессе рабо ты бурильного инструмента. Известна конструкция гидромехани ческого виброизолятора с гидравлическим наполнителем, в котором имею ся крышки, установленные с обоих ст рон цилиндра, поршень, расположенный в цилиндре и подпружиненный с обоих сторон, корпус со спиральной дроссельной канавкой, выполненный на внешней поверхности, и соединяющие полости цилиндра 1. Недостатками данной конструкции является низкая эффективность гашения продольных колебаний как при сжимающих, так и при растягивакицих нагрузках. Так как гашение колебани происходит только за счет дросселирования специальной рабочей жидкости, рабочий объем которой в процессе эксплуатации уменьшается из-за утечек, эта конструкция не может быть использована для гашения колебаний бурильного инструмента. . Наиболее близким техническим реш нием к изобретению является гидравл ческий демпфер бурильного инструмен та, содержащий корпус, связанный со стволом с возможностью передачи кру тящего момента, расположенные между корпусом и стволом поршни, образующие полости, гидравлически связанные со скважинным пространством и внутренней полостью ствола, распо ные втулки, установленные на стволе и корпусе между поршнями C2J. Недостаток указанного устройства заключается в том, что оно может работать эффективно только в сжато части бурильной колонны или непосредственно над долотом. В этом случ эффективная гидравлическая нагрузка создаваемая демпфером, всегда направлена сверху вниз и препятствует развитию осевой динамической состав ляющей нагрузки на долото. При уста новке демпфера в растянутой части совершенно пропадает эффект разгруз ки эластичных элементов. Цель изобретения - расширение технологических возможностей демпфе ра путем обеспечения его работы и в растянутой части бурильной колонны. Указанная цель достигается тем что в гидравлическом демпфере бурильного инструмента, содержащем 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, распорные втулки, ус тановленные на стволе и корпусе меж ду поршнями, поршни выполнены в ниде полых цилиндров с расположенными в их внутренних полостях кольцевыми подпружиненными относительно друг друга плунжерами, а корпус имеет толкатели, установленные с возможностью взаимодействия с плунжерами, причем полость ствола гидравлически связана с полостью поршня, а скважинное пространство - с гидравлически связанными между собой надпоршневой и подпоршневой полостями. На чертеже показан гидравлический демпфер бурильного инструмента. Гидравлический демпфер бурильного инструмента содержит корпус 1, на верхнем конце которого размещен переводник 2, предназначенный для соединения с бурильной колонной и со стволом 3, жестко связанным со штоком 4, имеющим возможность передачи крутящего момента, расположенные между корпусом и стволом рабочие поршни 5 двухстороннего действия, выполненные в виде полых цилиндров, с расположенными в их внутренних рабочих полостях 6 кольцевыми плунжерами 7, подпружиненными один относительно другого пружинами 8. Для герметизации рабочих полостей б плунжеЕал снабжены уплотнениями 9. Поршни расположены внутри кольцевых камер равного объема, образуя надпоршневую 10 и подпоршневую 11 полости, образованные распорными втулками 12 и 13, закрепленными в корпусе и стволе между поршнями. Причем полость стбола гидравлически связана с полостью 6 поршня 5., а скважинное пространство - с гидравлически связанными между собой наДпоршневой 10 и подпоршневой 11 полостями. Кроме того, корпус имеет толкатели 14 установленные с возможностью взаимодействия с плунжерами 7. Гидравлический демпфер имеет верхние и нижние уплотнения 15 и 16 и узел передачи крутящего момента 17 Гидравлический демпфер работает следующим образом. Гидравлический демпфер бурильного инструмента устанавливается над долотом или, в зависимости от условий работы бурильного инструмента, в любом разъеме бурильной колонны. в ненагруженном состоянии бурильной колонны система штока с поршнями находится в исходном положении с возможность;ю свободного перемещения на определенную величину. Рабочая жидкость, подаваемая буровыми насосами в бурильную колонну, поступает через калиброванные радиальные отверстия ствола 3 демпфера в рабочие полости 6 и кольцевые камеры, образойанные надпоршневой 10 и подпоршневой 11 полостями, заполняя их. В момент отскока долота от забоя, рабочие поршни 5, закрепленные на

стволе 3, вместе с ним двигаются вверх. При этом происходит вытеснение промывочной жидкости рабочими поршнями 5 двухстороннего действия через кольцевые щели из надпоряиневых кольцевых полостей 10 в подпоршневые 11, т.е. в последних происходит процесс всасывания. того, рабочие поршни 5, надвигаясь на неподвижные толкатели 14, удерживающие верхние плунжеры 7 рабочих полостей в исходном положении, заставляют сжиматься пружины 8, вытесняя .при этом промывочную жидкость из рабочих полостей .6 через радиальные отверстия, выполненные в рабочих поршнях 5 и стволе 3 во внутреннюю полость ствола. Усилие демпфирования регулируется за счет определения необходимого количества поршней.

При дросселировании промывочной жидкости через кольцевые щели из надпоршневых. кольцевых полостей 10 в подпоршневые 11 рабочими полостями 5 и из рабочих полостей б верхними плунжерами 7 срабатывается давление, а часть энергии, затрачиваемая на отскок долота, гасится, переходя в тепло рабочей жидкости, ограничивая при этом амплитуду перемещения долота, жестко связанного с системой поршней.

В момент, когда шарошки долота прошли ухаб забоя, перепад давления в затрубном и внутритрубиом простран

ствах демпфера смещает систему поЕяиней в исходное положение и прижимает долото к забою. При этом подпружиненные плунжеры также распрямляются, а рабочие камеры заполняются

промывочной жидкостью.

Демпфирование колебаний, возникающих при растяжении бурильной колонны, происходит аналогичным образом с той разницей, что вытеснение про0 мывочной жидкости через кольцевые щели будет производиться из под. поршневых полостей 11 в надпоршневые 10, а в рабочих полостях 6 дросселирование жидкости будет созда

5 ваться при относительных осевых перемещениях нижних плунжеров.

Такш4 образом, ствол 3 и все жестко связанные с ним детгши совершают возвратно-поступательные движения относительно системы корпуса

0 в осевых направлениях, вследствие чего гашение продольных колебаний осуществляется благодаря большим гид;равлическим сопротивлениям, воз5 пикающим при истечении жидкости через кольцевые щели, и создание мощных жидкостных .пружин в рабочих полостях за счет перепада давления во внутренней полости ствола И скважинного пространства.

0

Технико-экономический эффект при применении демпферов достигается за счет повышения рабочего ресурса забойного двигателя и долота.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий корпус, связанный со стволом с возможностью передачи крутящего момента расположенные между корпусом.и стволом порций, образующие полости, гидравлически сЕГязанные со скважинным пространством и внутренней полостью ствола, распорные втулки, установленные на стволе и корпусе между поршнями, отличающийся тем, что, с целью расширения техно- логических возможностей демпфера путем обеспечения его работы и в растя нутой части бурильной колонны, поршни выполнены в виде полых цилиндров с расположенными в их внутренних полостях кольцевыми подпружиненньахи относительно друг друга плунжерами, а корпус имеет толкатели, установленные с возможностью взаимодействия с плулжерами, причем полость ствола гидравлически связана с полостью поршня, а скважинное пространство с гидравлически связанными между со(Л бой надпоршиевой и подпоршневой пплостями.