Буровое шарошечное долото (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК E21B10/00 

2.Долото по п. 1, отличающееся тем, что, преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы установлены на -торцах Внутреннего цилиндрического магнитопровода.

I .

3.Долото по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом установленным на немагнитном корпусе над торцом постоянного магнита с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов,

4.Буровое шарошечное долото, содержащее лапы, шарошки с зубчатым вен

.цом и установленный на лапе пад зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше 1;ия надежности работы долота при бу(Рении глубоких скважин за счет повышения достоверности информации об износе вооружения и опоры долота, преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным постоянным магнитом и призматическим магнитопроводом, причем призматический магнитопровод установлен между постоянными магнитами, примыкающими к нему одноименными полюсами.

5.Долото по п. 4, о т л -и ч а ющ е е с я тем, что преобразователь j вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы размещены на торцах призматического магнитопровода.

6.Долото попп. 4и5, отличающееся тем, что преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом одного из постоянных магнитов с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов.

1. Буровое шарошечное долото, содержащее лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе н-ад зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы долота при бурении глубоких сквгжин за счет повышения достоверности информации об износе вооружения и опоры долота, преобразователь вращения шарошек снабжен установленными в немагнитном корпусе коаксиально относительно друг друга двумя цилиндрическими магнитопроводами, а постоянный магнит вы- j полней в виде полого цилиндра с ра(Л диальной намагниченностью и размещен в кольцевом пространстве, образованс ном между магнитопроводами. ел сд да :о

Изобретение относится к буровой технике, а именно к шарошечному породоразрушающему инструменту для бурения скважин.

Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус, шарошки и первичные индукционные преобразователи их вращен я, при прохождении зубков шарошки около торца датчика преобразуют изменения магнитног поля в электрические сигналы l.

Однако величина возникающей при этом ЭДС зависит не только от кратчайшего расстояния между зубком и торцом датчика, но и от скорости перемещения зубка в магнитном поле. Эт исключает использование таких преобразователей при малых скоростях вращения и искажает поступающую информацию при неравномерном вращении шарошек. Получаемые при этом методе измерений электрические сигналы не позволяют судить о состоянии износа вооружения и опоры долота.

Наиболее близким к предлагаемому рвляется буровое шарошечное долото, содержащее лaпы шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе,над зубчатым венцом преобразователь вращния шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор 2.

Однако данное долото характеризуеся недостаточной чувствительностью первичного преобразователя, позволяющей, пров.одйть -качественные измерения

только при-прохождении зубков шарошек

в непосредственной близости от торца преобразователя, что является причиной недостаточной точности определения износа нагруженных элементов доота. Кроме того, недостатками известной конструкции долота являются значительная температурная погрешность, возникающая при изменении температуры окружающей среды в процессе бурения, и отсутствие достаточной термокомпенсации, что позволяет использовать указанную конструкцию только при бурении скважин малой глубины.

Целью изобретения является повышеие .надежности работы долота при бурении глубоких скважин за счет повыения достоверности информации о частоте вращения шарошек и износе вооруения и опоры долота. ,

Указанная цель достигается тем, что в буровомшарошечном долоте, содержащем лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе над

зубчатым венцом преобразователь

вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе rfocтоянный мазгнит и магнито езистор, преобразователь вращения шарошек

снабженустановленными в немагнитном корпусе коаксиально относительно друг друга двумя цилиндрическими магнит опров одами, а,постоянный магни выполнен в виде полого цилиндра с

радиальной намагниченностью и размещен в кольцевом.пространстве, образованном между магнитопроводами. Преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы установлены на торцах внутреннего цилинд рического магнитопровода. Кроме того, преобразователь враще ния шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установлен ным на немагнитном корпусе над торцом постоянного магнита с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов. Возможно также другое конструктив ное выполнение долота, согласно KOTO рому в буровом шарошечном долоте, содержащем лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе над зуб-чатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор, преобразо ватель вращения шарошек снабжен допо нительным постоянным магнитом и при зматическим магнитопроводом, причем призматический магнитопровод устано лен между постоянными магнитами, при мыкающими к нему одноименными полюсами , Преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезис тором, причем магниторезисторы разм щены на торцах призматического магнитопровода . Кроме того, преобразователь вращ ния шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установле ным на немагнитном корпусе над торцом одного из постоянных магнитов с возможностью перемещения относитель одного из магниторезисторов. На фиг. 1 изображен фронтальный вид предлагаемого шарошечного долота на фиг 2 и 3 - долото по первому варианту исполнения; на фиг. 4 и 5 то же, по второму. Долото, изображенное на фиг. 1, состоит из корпуса с лапами 1 и шарошек 2, на которых установлены зубки 3. На корпусе долота с помощью крепежного приспособления 4 соосно d зубком одного из венцов шарошки, на расстоянии до 10-12 мм от его вершин крепится первичный преобразователь 5. Преобразователь 5 (фиг. 2 и 3) состоит из постоянного магнита б, цилиндрических центрального 7 и наружного 8 магнитопроводов, немагнитного корпуса 9, магниторезистивных элементов 10 и 11, соединенныхпо мостовой схеме и установленных попарно на торцах центрального магнитопровода 7, и ферромагнитного корректирующего элемента 12, предназ наченного для первоначальной балансировки измерительного моста. Преобразователь 5 по второму варианту исполнения (фиг. 4 и 5) состоит из двух постоянных магнитов 6 и 7, центрЗльного магнитопровода 8 в виде призмы, немагнитного корпуса 9, магниторезистивных элементов 10 и 11, установленных на торцах магнитопровода 8, и ферромагнитного корректирующего элемента 12, установленного с возможностью изменения его положения относительно одного из магниторезисторов, Оптимальное расстояние между вершиной зубка и первичным преобразователем устанавливается с помощью крепежного приспособления 4. Работа предлагаемого долота аналоги.чна работе обычного шарошечного долота и осуществляется путем приложения к нему осевой нагрузки и вращения его и шарошек вокруг своих осей. В процессе бурения зубки 3 одного из венцов шарошки 2 поочередно приближаются к торцу преобразователя на минимальное расстояние - пространство в котором проявляется магнитное поле преобразователя. Каждый зубок, попавший в магнитное поле, изменяет его величину на торцах центрального магнитопровода 7 и соответственно величину магнитных потоков, пронизывающих магниторезистивные элементы 10 и 11. При этом величина магнитного потока, проходящего через торец магнитопровода, расположенный ближе к зубку, увеличивается, а через более отдаленный торец - уменьшается, соответственно сопротивление магниторезисторов 10 и 11, наклеенных на ближний торец, увеличивается, а на дальний - уменьшается. Так как магниторезистивные элементы 10 и 11 соединены по мостовой схеме, все плечи моста являются активными, что позволяет получить максимальную величину измеряемого сигнала. При прохождении зубка 3 под первичным преобразователем 5 изменяющиеся величины сопротивлений магниторезистивных элементов 10 и 11 преобразуются в пропорциональный электрический сигнал, который можно передавать на любое .забойное регистрирующее устройство или по линии связи на поверхность и т.д. Первичный преобразователь можно многократно использовать - он легко переставляется с отработанного долота на новое. Радиальная намагниченность постоянного магнита обеспечивает создание мощного магнитного потока одноименной полярности, проходящего через центральный магнитопровоц в сторону движущегося объекта измерения. Как по первому, так и по йторому вариантам исполнения преобразователя магниторезистивные элементы до наклейки подбираются поодинаковой вел1 чиНе сопротивлений, после размещения их на торцах центрального магнитопровода величины их сопротивлений могут отличаться между собой до нескольких .процентов. Для выравнивания величины их сопротивлений каждая половина моста снабжена ферромагнитным корректирующим элементом, расположенным на торце преобразователя с возможностью изменения его положения относительно одного из магниторезистивных элементов. Ферромагнитный корректирующий элемент 12 позволяет сделать одинаковыми сопротивления магниторезистивных эле ментов и тем самым во много раз уменьшить температурную нестабильност мостовой схемы. При размещении на одинаковом расстоянии от зубков с первичного преобразователя цилиндрической формы (первый вариант) благодаря более мощ ному постоянному магниту и конфигура ции ферромагнитных магнитопроводов при равенстве прочих условий получаю больший по величине электрический сигнал, чем с преобразователя прямо угольной формы. Однако в тех случаях когда расстояние просвета между корпусом долота и его наибольшим диамет ром (диаметром забоя скважины) недос таточно для установки преобразователя цилиндрической формы, устанавливают преобразователь прямоугольной формы (по второму варианту), который более компактен н, кроме того, вместо прямоугольных постоянных магнитов у него по бокам центрального магнитопровода можно установить сплошные дисковые магниты. Необходимо отметить, что минимальные размеры магниторезистивных преобразователей двух представленных вариантов позволяют выполнять предлагаемое устройство на базе любого существующего долота и проводить исследовательские работы независимо от величины углубления долота в породу при бурении. Таким образом, предлагаемое долото по сравнению с известным позволяет получать более достоверную и качественную информацию о часто7.е вращения шарошек и износе нагруженных элементов долота при бурении скважин значительно большей глубины. Это ведет к повышению технико-экономических показателей работы шарошечных долот, позволяет оперативно управлять технологией бурения, своевременно прекращать процесс бурения, подымая отработанное долото на поверхность. В конечном итоге это позволяет усовершенствовать существующие доло-: та и приводит к уменьшению количества шарошечных долот на проводку скважины и времени на спуско-подъемные операции.

W