Буровой отражатель колебаний Советский патент 1984 года по МПК E21B17/07 

Изобретение относится к бурению скважин на нефть, газ и геотермаль ные воды. Известен наддолотный гидравлический виброгаситель, включающий корпус с цилиндрической полостью, наковальню с каналом, выполненную в виде ступенчатого поршня и образующую с корпусом герметичную кольцевую полость, боек, вьшолненный в виде ступенчатого штока, размещенного в цилиндрической полости корпуса для перекрытия, канала наковальни, а также упорный элемент. При этом кольцевая и цилиндрическад полости сообщаются между собой. Однако данный виброгаситель не обеспечивает достаточной надежности в работе из-за бJЬIcтpoй утечки масла (и воздуха), закачиваемого в кольцевую и цилиндрическую полости поршней. При работе устройства, ещ до выхода из строя уплотнений порш ней (которые недолговечны при бурении глинистыми растворами), масл размазьшается между поршнем и корпусом, образуя пограничньй слой между парами трения, а ступенчатый шток отходит в свое крайнее верхне положение в гнезде корпуса и перес тает выполнять регулирующую функцию. Наиболее близким техническим ре шением к изобретению является наддолотный гидравлический виброгаситель , включающий корпус, установленный в его полости шток, жестко связанный с долотом и имеющий осев канал, гидравлический дроссель и узел крутящего момента . Однако из-за большой потери нап ра жидкости в дросселе известный виброгаситель может быть установле только непосредственно над долотом и поэтому, амортизации поддаются только высокочастотные зубчатые вибрации с небольшими амплитудами колебаний. Кроме того, невозможны оптимизация нагрузки на долото, увеличение подачи насосов и перепа давления буровой жидкости в долоте Цель изобретения - повышение эф фективности бурения путем расшире.ния диапазона поглощения механичес ких колебаний бурильного инструмен та. Указанная цель достигается тем, .что в буровом отражателе колебаний 02 включающем корпус, установле нный в его полости шток, жестко связанный с долотом и имеюи1ий осевой канал, гидравлический дроссель и узел передачи крутящего момента, гидравлический дроссель образован расположенной на наружной поверх юсти штока конической гильзой и установленным в корпусе; кольцом, причем шток выполнен в верхней части глухим и имеет расположенные под дросселем радиальные отверстия для прохода промывочной жидкости к долоту. На чертеже схематично показан буровой отражатель колебаний. Буровой отражатель колебаний содержит корпус 1, установленный в его полости шток 2, выполненный в верхней части глухим и жестко связанный с долотом (не показан), гидравлический дроссель 3, образованный расположенной на наружной поверхности штока конической гильзой 4 и установленным в корпусе кольцом 5, причем шток 2 имеет расположенные под дросселем 3 радиальные отверстия 6 для прохода промывочной жидкости к долоту. При этом длина наружной конической поверхности гильзы 4 составляет 0,25-0,6 м и в зависимости от диаметра корпуса 1 в 6,25-20 раз больше длины образующей ответного ей отверстия кольца 5. Такое соотношение их линейных размеров позволяет бурильщику обеспечить регулирование сечения гидравлического дросселя 3 с поверхности земли продольными движениями ведущей бурильной трубы. Снизу в корпус 1 ввернута на замковой резьбе наруясная полумуфта 7 узла 8 передачи крутящего момента, поджимающая узел 9 асбографитных уплотнений. Над узлом 9 уплотнений расположена дистанционная втулка 10, на верхнюю коническую поверхность которой гшотно надевается кольцо 5. При этом между нижним торцом кольца 5 и верхним плечом дистанционной втулки 10 остается зазор в 2-3 мм. Через резьбовой переходник 11корпус 1 соединяется с колонной бурир1ьных труб. Шток 2 внизу соединяется с долотом через внутреннюю полумуфту 12узла передачи крутящего момента и«присоединительной резьбой переходника 13. Сверху в шток 2 ввинче толстенный патрубок 14, содержащий на своей наружной поверхности гиль зу 4, конусные торцы которой уплот няются за счет затяжки резьбовых соединений патрубка 14, соединенного с муфтой 15, имеющей силовые ребра 16. Шток 2 сверху заглушен направляющей 17 с мембраной 18 на паранитовой прокладку 19.. Буровой отражатель колебаний работает следующим образом. При установке бурового отражате ля колебаний над долотом осевая погрузка на долото создается за счет перепада давления буровой жид кости в гидравлическом дросселе 3, а при установке над расчетной длиной секции УБТ нагрузка на долото создается бесом секции УВТ и перепадом давления буровой жидкости в гидравлическом дросселе 3.. При спуске (а также при подъеме и наращивании) бурильной колонны . долото (или секция УБТ с долотом) и ствол бурового отражателя висят. на муфте 15, которая сидит своими силовыми ребрами 16на кольце 5. Последнее передает их вес через дистанционную втулку 10 и узел 9 уплотнений наружной полумуфте 7 узла передачи крутящего момента, а через нее корпусу 1 и установленно над ним колонне бурильных труб. По спуска бурильной колонны с буровог отражателя, не,доходя до забоя скв жины, восстанавливают циркуляцию буровой жидкости в скважине и засекают давление жидкости по манометру на буровом стояке. Закачиваемая буровыми насосами жидкость из канала бурильньк труб протекает между ребрами 16 муфты 15 и далее через гидравлический дроссель 3 и радиальные отверстия 6 штока 2 попадает к долоту или в канал УБТ. - При этом за счет перепада давления буровой жидкости в гидравлич ком дросселе 3 кольцо 5 плотно садится на плечо дистанционной втулки 10, надежно герметизируя коническое сопряжение между ними, и уплотняется асбографитовое уплотнение 9 к штоку 2. Вращением бурил ной колонны долото медленно допускают до забоя скважины и, следя за пс вьш1ением давления на этом манометре, допускают бурильную колонну еще на такую длину, чтобы переместить вниз кольцо 5 и-реализовать в гидравлическом дросселе 3 расчетньй перепад давления жидкости, обеспечивающий необходимую гидравлическую нагрузку на долото. Предельная величина давления, развиваемого насосами, должна соответствовать крайнему нижнему положению кольца 5 по отношению к гильзе 4, при котором в диффузоре реализуется максимальный перепад давления жидкости.Предохранительные устройства, установленные на нагнетательной стороне буровых насосов, должны срабатывать при достижении этой величины давления, т.е. при достижении крайнего нижнего положения кольцом 5. Срабатывание, предохранительного устройства насосов является сигналом о том, что сечение дросселя 3 необходимо увеличить несколько приподняв бурильную колонну. Возможное резкое увеличение давления нагнетания жидкости и срабатьгоание предохранительно.го устройства насосов вследствие обвала стенок скважины или образования сальника на долоте и прихвата бурильной колонны проверяются натяжкой бурильной КОЛО1.НЫ, при которой кольцо 5 перемещается в крайнее верхнее положение. При этом, если вес инструмента увеличивается сверх собственного веса в жидкости и показание манометра не снижается, это означает, что бурильная колонна прихвачена обвалившейся породой (или сальником), полностью или частично перекрывшей кольцевое пространство между стенками скважины и бурильным инструментом. При всех случаях использования бурового отражателя для бурения скважин разрьшное давление мембраны 18 должно быть на 4-5 МПа больше давления срабатывания предохранительных устройств на нагнетательной стороне буровых насосов. В процессе бурения продольные высокочастотные колебания небольшой амплитуды, генерируемые работающим долотом, передаются штоку 2. При резком движении штока 2 вверх,что соответствует отскоку долота от забоя скважины, скорость буровой 51 жидкости в гидравлическом дросселе 3 относительно штока 2 увеличивается, что создает дополнительный перепад давления в дросселе 3 и возрастание гидравлической нагрузки на шток 2, направленной вниз и прижимающей долото к . Колебания средних и низких частот сравнительно большой амплитуды, удлиняюарсе или укорачивающие бурильную коЛонну над буровым отражателем, передаются корпусу 1. При этом коль цо 5 перемещается вместе с корпусом 1 вдоль гильзы 4, соответственно ув личивая или уменьшая сечение дросселя 3 и пропорционально изменяя перепад давления жидкости в нем,т.е препятствуя росту вертикальньк пере мещений бурильной колонны. При вскрытии долотом более мягки пород механическая скорость проходк увеличивается, С целью интенси кации промьшки забоя скважины следует повысить производительность буровых насосов. Для этого приподнимают корпус 1 вместе с кольцом 5, увеличивая сечение гидравлического дросселя 3 5 при этом давление на мадометре бурового стояка уменьшается, что позволяет увеличить подачу насосов и интенсифицировать промывку забоя скважины. Удары корпуса 1 и штока 2 один о другой при их вибрации в процессе бурения исключаются тем, что положение кольца 5 отно сительно гильзы 4 контролируется бурильщиком по манометру на буровом стояке - интервал допустимого изменения давления на манометре (т.е. крайние верхнее и нижнее положения кольца 5 относительно гильзы 4) устакавливается в начале бурения, 6 после спуска долота до забоя скважины, вертикальными перемещениями бурильной колонны. Согласно описанному, в крайнем нижнем положении кольца 5 показание манометра максимальное и срабатывают предохранительные устройства на нагнетательной стороне насосов, а крайнее верхнее положение кольца 5 соответствует показанию манометра при промывке скважины с приподнятым от забоя долотом. Если по каким-либо причинам (например, для пропуска в канал штока 2 аварийных инструментов) необходимо разрушить мембрану 18, то давление срабатывания предохранительных устройств на нагнетательной стороне буровых насосов регулируют на величину, на 2-3 МПа превьш1ающую давление разрушения мембраны 18, разгружают бурильную колонну на длину хода кольца 5 до полного перекрытия сечения гидравлического дросселя 3, а в бурильной колонне создают давление, достаточное для разрушения мембраны 18. Технико-экономическая эффективность бурового отражателя колебаний заключается в использовании ши- рокого спектра частот механических продольных колебаний бурильного инструмента для повьш1ения интенсивности разрушения забоя скважины и повьш1ения показателей бурения при обеспечении долговечности его -использования для бурения глубоких нефтяных, газовых и геотермальных скважин с высокими забойными температурами в результате отсутствия резиновых элементов.

W

/J

БУРОВОЙ ОТРАЖАТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ, включающий корпус, установленный в его полости шток, жестко свяэанньй с долотом и имеющий осевой г канал, гидравлический дроссель и узел передачи крутящего момента,о т личающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем расширения диапазона поглощения механических колебаний бурильного инструмента, гидравлический дроссель образован расположенной на наружной поверхности штока конической гильзой и установленным в корпусе кольцом, причем шток выполнен в верхней части глухим и имеет расположенные под дросселем радиальные отверстия для прохода промывочной жидкости к долоту.