Забойный регулятор осевой нагрузки Советский патент 1990 года по МПК E21B44/02 E21B4/00 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для автоматического регулирования осевой нагрузки на забой.

Цель изобретения - повышение эффек- тивности бурения путем автоматического регулирования осевой нагрузки на забой.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый регулятор, общий вид: на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1.

Регулятор содержит корпус 1 с переходником 2, в котором установлена втулка 3. На боковой поверхности втулки 3 имеются отверстия 4, соединяющие внутреннюю по- лостьб втулки 3 с кольцевым пространством 6, ограниченным с одной стороны корпусом 1, а с другой - боковой поверхностью втулки 3. Вследствие этого внутренняя полость 5 и кольцевое пространство 6 являются сообщающимися сосудами. В нижнем основа- НИИ втулки 3 выполнено коническое отверстие 7, являющееся элементом узла регулирования, в который входит также конус 8. Конус 8, имеющий сквозной осевой канал 9 и жестко связанный с породоразру- шающим инструментом 10. установлен в коническом отверстии 7 с возможностью осевого перемещения. Углы наклона образующих конического отверстия 7 и конуса 8 равны. Для предотвращения заклинивания конуса8 при его перемещении в коническом отверстии 7 поперечное сечение нижнего основания конуса 8 не должно превышать значение аналогичного параметра конического отверстия 7.

Подвижная втулка 11 упором верхнего ocнoвa :ия опирается на гайку 12, нижнее ее основание резьбовым соединением связано с корпусом породоразрушающего инструмента 10. Подвижная втулка 11. конус 8 и породоразрушающий инструмент образуют подвижную систему. Центральный сквозной канал 13 породоразрушающего инструмента 10 связан со сквозным осевым каналом 9 конуса 8, а периферийные каналы 14 - с внутренней полостью 15 подвижной системы. В кольцевом пространстве 6 установлен упругий элемент 16. Для передачи момента вращения на породоразрушающий инструмент в корпусе 1 выполнены продольные выступы 17, входящие в продольные пазы 18 упора верхнего основания подвижной втулки 11.

Регулятор работает следующим образом.

При спуске инструмента на забой в случае необходимости интенсивной промывки скважины породоразрушающий инстр у- мент 10 оставляют иенагруженным. При этом за счет наличия упругого элемента 16, расположенного в кольцевом пространстве 6, подвижная система (подвижная втулка 11, конус 8 и породоразрушающий инструмент 10) занимает крайнее нижнее положение. В этом случае конус 8 выходит из конического отверстия 7 и промывочная жидкость через сквозной осевой канал 9 конуса 8, центральный сквозной канал 13 и периферийные каналы 14 породоразрушающего инструмента 10 поступает на забой.

Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент состоит из двух компонент:

статическая осевая нагрузка, передаваемая упругим элементом 16 и зависящая от веса бурильной колонны,.а также жесткости и деформации упругого элемента 16:

динамическая осевая нагрузка, создаваемая давлением промывочной жидкости на подвижную систему регулятора.

Tlo мере нагружения породоразрушающего элемента осевой нагрузки упругий эле- мент 16 сжимается, конус 8 входит в коническое отверстие 7 втулки 3, уменьшая его площадь. Уменьшение площади конического отверстия 7 способствует возрастанию давления промывочной жидкости во внутренней полости 5 втулки 3. Поскольку внутренняя полость 5 втулки 3 и кольцевое пространство 6 является сообщающимися сосудами, следовательно, и в кольцевом пространстве 6 наблюдается рост давления. Повышенное давление промывочной жидкости в кольцевом пространстве 6, воздействуя на упор верхнего основания

подвижной втулки 11, обусловливает увеличение второй (динамической) составляющей осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Чем больше конус 8 перекрывает коническое отверстие 7, тем выше дав- ление промывочной жидкости в кольцевом пространстве 6, тем большая осевая нагрузка воздейструет на породоразрушающий инструмент. Величина же осевого перемещения конуса 8 зависит от твердости разбу- риваемых пород.

При бурении мягких пород внедрение породоразрушающего инструмента происходит интенсивнее, вследствие чего подвижная система (подвижная втулка 11, конус 8 и породоразрушающий инструмент 10) ввиду наличия упругого элемента 16 перемещается вниз.Конус 8 открывает коническое отверстие 7 втулки 3, увеличивая площадь его сечения. Давление промывоч- ной жидкости во внутренней полости 5 втулки 3 и кольцевом пространстве 6 падает, результирующая осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент уменьшается.

При бурении породы высокой твердости ее разрушение происходит медленнее, скорость подачи породоразрушающего инструмента значительно уменьшается. Замедление продольного перемещения подвижной системы вниз способствует сжатию упругого элемента 16, вследствие чего конус 8 входит в коническое отверстие 7. частично или полностью перекрывая его. При частичном перекрытии конусом 8 кони- ческого отверстия 7 величина площади отверстия, уменьшаясь, сп.особствует возрастанию давления во внутренней полости 5 втулки 3 и кольцевом пространстве б, вследствие чего осевая нагрузка на поро- доразрушающий инструмент увеличивается. При полном перекрытии конусом 8 конического отверстия 7 давление промывочной жидкости во внутренней полости 5

к

втулки 3 и кольцевом пространстве 6 максимально, следовательно, максимальна и осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент. Кроме того, в случае полного перекрытия конусом 8 конического отверстия 7 весь поток промывочной жидкости устремляется через сквозной осевой канал 9 конуса 8 в центральный сквозной канал 13 породоразрушающего инструмента 10, при этом гидравлическая мощность струи максимальна. Таким образом, при бурении очень твердых пород предлагаемый регулятор обладает возможностью использования гидромониторного эффекта. В общем случае, чем тверже разбуриваемые породы, тем большую осевую нагрузку обеспечивает регулятор.

При использовании предлагаемого регулятора происходит автоматическое регулирование осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с выбором наиболее рациональной ее величины в зависимости от механических свойств разбуриваемых пород, что обеспечивает наивысшую стойкость породоразрушающего инструмента, а также увеличивает проходку на породоразрушающий инструмент и повышает рейсовую скорость.

Формула изобретения

Забойный регулятор осевой нагрузки, содержащий корпус с переходником, втулку с боковыми отверстиями, размещенную внутри корпуса, и узел регулирования, о т- личающ лйся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем автоматического регулирования осевой нагрузки на забой, узел регулирования выполнен в виде конического отверстия в нижней торцовой части втулки и.конуса с осевым каналом, установленного в нижней части регулятора с возможностью осевого перемещения.

Изобретение относится к буровой технике. Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем автоматического регулирования осевой нагрузки на забой. Регулятор содержит корпус 1 и втулку /В/ 3 с боковыми отверстиями 4. Корпус 1 и В образуют кольцевую полость 6. В нижнем основании 13 выполнено коническое отверстие 7, являющееся элементом узла регулирования. В коническое отверстие 7 с возможностью осевого перемещения установлен конус 8 с осевым каналом 9. Конус 8 жестко связан с породоразрушающим инструментом /ПИ/ 10 и установлен в подвижной втулке 11. Втулка 11, конус 8 и ПИ образуют подвижную систему. В кольцевой полости 6 установлен упругий элемент 16. Для передачи вращения на ПИ в корпусе 1 выполнены продольные выступы, а в верхней части подвижной втулки 11 - продольные пазы. При изменении твердости разбуриваемой породы изменяется степень перекрытия конусом конического отверстия, т.е. изменяется давление жидкости в полости регулятора, обуславливающее изменение осевой нагрузки на ПИ. 2 ил.