Стенд для испытания бурильного инструмента при высоких давлениях Советский патент 1991 года по МПК E21B4/00 

ю

Изобретение относится к оборудованию для исследований работоспособности бурильного инструмента, в частности к конструкциям стендов. Цель - расширение технологических возможностей стенда за счет увеличения диапазона моделирования давления. Стенд включает испытательную камеру (К) 1 с крышкой 2, соединенной посредством шлицевого вала 3 с поршнем 4 узла 5 нагружения, разделяющим К 1 на масляную А и бурового раствора Б полости. После сборки К 1 с блоком горной породы 10 в К 1 устанавливается компоновка в составе: бурильный инструмент 9, забойный двигатель 8, насос (Н) 7 бурового раствора и элек- тродвигатель 6 и узел 5 нагружения. Полости А и Б и связанные с ними напорной 17 и сливной 22 магистралями полости В и Г гидроразделителя (ГР) 13 заполняются соответствующими жидкостями. В полости В размещен Н 15 низкого давления с электроприводом 16, а на напорной магистрали 17 Н 15 установлен обратный клапан 18, управляемый редукционный клапан 19 с соединенной с полостью В сливной магистралью 20. Напорная магистраль 17 Н 15 сообщена с полостью над узлом 5 нагружения. При осевом перемещении компоновки (осуществление процесса бурения) поддержание заданного перепада и величин давления в полостях К 1 и ГР 13 происходит автоматически за счет движения поршня 4 ГР 13 к верхнему положению и изменения расхода масла, поступающего в К 1 через клапан 19 из масляной полости В. 1 ил. 10 с о ел о

Изобретение относится к исследованиям работоспособности бурильного инструмента, в частности к конструкциям стендов, обеспечивающих испытания забойных двигателей для бурения скважин в условиях повышенных давлений и температур.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей стенда за счет

увеличения диапазона моделирования-давления.

На чертеже представлена конструкция стенда для испытания бурильного инструмента при высоких давлениях.

Стенд содержит испытательную камеру 1 с крышкой 2, соединенной посредством шлицевого вала 3 с поршнем 4 узла нагруженил 5, раделяющим камеру на масляную А и бурового раствора Б полости, и размещенными в полости Б электродвигателем 6 с насосом 7, забойным двигателем 8 с бурильным инструментом 9, а также блоком горной породы 10, насос 11 высокого давления с напорной магистралью 12, гидроразделитель 13 с поршнем 14, разобщающим гидроразделитель на масляную В и бурового раствора Г полости, и размещенными в полости В насосом 15 низкого давления с электроприводом 16 ч и установленным на напорной магистрали 17 насоса 15 обратным клапаном 18, управляемый редукционный клапан 19 с соединенной с полостью В сливной магистралью 20 и дифманометр 21 высокого давления, связывающий напорную магистраль 17 и сливную магистраль 22 камеры 1 высокого давления.

Стенд работает следующим образом.

После сборки камеры 1 с блоком горной породы 10 в камеру устанавливается компоновка в составе; бурильный инструмент 9 - забойный двигатель 8 - насос 7 бурового раствора - электродвигатель 6 - узел 5 на- гружения - верхняя крышка 2 камеры 1, Крышка 2 камеры соединяется с корпусом камеры 1, и соединены герметизируется. Полости камеры А и Б, образованные в ней поршнем 4 узла нагружения 5, и связанные с ними напорной 17 и сливной 22 магистралями полости В и Г гидроразделителя 13 заполняются через штуцеры (на чертеже не показаны) соответствующими жидкостями: полости А и В - трансформаторным маслом, полости Б и Г - буровым раствором. Заполнение ведется до полного вытеснения из полостей воздуха и появления сплошных струй жидкостей из соответствующих воздушников (на чертеже не показаны). Опережающее заполнение - полостей Б и Г.

После заполнения воздушники закрываются и создание высокого давления в полостях стенда осуществляется подачей масла от насоса 11 в полость В гидроразде личеля 13, поршень 14 которого после заполнения полостей находится в крайнем верхнем положении.

По мере заканчивания масла в полость В гидроразделителя 13 давление в этой полости повышается и на поршне 14 возникает усилие, создающее соответствующее давление в подпоршневых полостях Г и Б гидроразделителя 13 и камеры 1. Одновременно благодаря избыточному давлению масло поступает через обратный клапан 18 в напорную магистраль 17 камеры 1 и создает то же давление в полости А камеры 1.

Поршень 14 гидроразделителя 13 при этом постепенно перемещаегся в нижнее

положение, компенсируя сжимаемость масла и бурового раствора, а также деформацию корпусов камеры 1 и гидроразделителя 13 при увеличении давления.

При достижении в камере 1 заданной

величины давления насос 11 высокого давления отключается, а его напорная магистраль 12 герметично перекрывается запорным вентилем (на чертеже не показан).

Далее работа установки может происходить а трех режимах: холостого хода, осевого нагружения (износные испытания) и осевого нагружения с перемещением компоновки (процесс бурения).

Холостой ход работы установки возникает при включении электродвигателя 8, приводящего во вращение насос 7. Насос 7 засасывает буровой раствор из подпоршнсвой полости Б камеры и подает его в забойный двигатель 8, который совместно с установленным на его валу бурильным инструментом 9 приводится во вращение. Буровой раствор при этом из двигателя проходит

через буровой инструмент 9 и, омывая забой, возвращается в подпоршневую полость Б камеры.

Осевое нагружение бурового инструмента создается заданной разностью давлений на поршне 4 узла нагружения 5 и передается к инструменту 9 силовым контуром компоновки. Разность давлений при этом возникает вследствие работы погружного насоса низкого давления 15, обратного клапана 18 и управляемого редукционного клапана высокого давления 19. При включении электропривода 16 насос 15 подает масло из надпоршневой полости В гидроразделителя 13 в напорную

магистраль 17. Обратный клапан 18 при этом закрывается, и масло поступает к редукционному клапану 19, который обеспечи- вает заданную разность давления, перепуская часть масла обратно в полость В

и гидроразделителя 13. Контроль за величиной перепада давления на поршень 4 и управление настройкой редукционного клапана 19 осуществляется по показаниям дифманометра высокого давления 21, подсоединенного к магистралям подачи масла 17 и слива бурового оаствора 22 камеры 1.

При осевом перемещении компоновки (осуществление процесса бурения) поддер- жание заданного перепада и величии давления в полостях камеры 1 и гидроразделителя 13 происходит автоматически за счет движения поршня 4 гидроразделителя к eepxHGMV положению и изменения расхода масла, поступающего в камеру 1 через

клапан 19 из масляной полости В гидроразделителя 13.

По окончании процесса бурения электропривод 16 насоса 15 низкого давления выключается, давление из полостей установки стравливается через масляную полость В гидроразделителя 13, камера 1 разгерметизируется и компоновка с испытанным объектом извлекается из камеры 1- для дефектации и переборки.

Формула изобретения

Стенд для испытания бурильного инструмента при высоких давлениях, содержащий испытательную камеру с размещенными в ней узлом нагружения, погружным электродвигателем с насосом,

бурильным инструментом, например забой- ; ным двигателем, блоком горной породы, и гидроразделитель с масляной полостью, насос высокого давления, напорные и сливные

магистрали, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей стенда за счет увеличения диапазона моделирования давления, он снабжен размещенным в масляной полости

гидроразделителя погружным насосом низкого давления с обратным и редукционным клапанами в напорной магистрали, причем масляная полость гидроразделителя сообщена с напорной магистралью обратного

клапана и со сливной магистралью редукционного клапана, а напорная магистраль насоса низкого давления сообщена с полостью над узлом нагружения.