Гидроимпульсный измеритель крутящего момента Советский патент 1992 года по МПК E21B44/00 E21B47/00 

Изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для передачи на поверхность информации о процессе бурения, в частности о крутящем моменте в бурильной колонне

Известен гидравлический глубинный измеритель крутящего момента, содержащий корпус с осевым каналом, поворотный вал внутри корпуса, поршень, гидравлическую полость, чувствительный элемент и гайку, соединенную с поворотным валом резьбовой и с корпусом шлицами.

Недостатком данного технического решения являются низкие надежность в работе и точность измерений. Это связано с тем, что при возникновении крутящего момента в бурильной колонне гайка, двигающаяся по вертикальным шлицам и левой резьбе, не вернется в исходное положение при снятии

крутящего момента, поскольку жидкость, на которую воздействует поршень, не обладает упругими свойствами, а пружина пера не сможет создать равновесие между давлением жидкости и крутящим моментом без значительной потери точности измерений. Кроме того, применение часового механизма для перемещения диаграммного бланка, по которому движется перо, также снижает надежность работы измерителя.

Наиболее близким к изобретению является скважинное гидроимпульсное устройство, включающее корпус с гидравлической турбиной, переходник, упругий вал с отверстиями для промывочной жидкости.

Недостатком указанного технического решения являются низкие надежность в работе и точность измерений, которые связаны с возможностью разрушения упругого

VI

N

(Л Ч)

о

Ю

вала при возникновении значительного крутящего момента в бурильной колонне, а также вытекания специальной демпфирующей жидкости из предохранительного элемента через сальниковые уплотнения.

Цель изобретения - повышение надежности работы измерителя и точности измерений,

Поставленная цель достигается тем, что измеритель снабжен упругими элементами, расположенными в каждой второй демпфирующей камере, и обратными клапанами, при этом вал выполнен жестким с отверстиями, сообщающими демпфирующие камеры с осевым каналом вала, а обратные клапаны установлены в каждом втором отверстии с возможностью их перекрытия.

На фиг.1 изображен гидроимпульсный измеритель крутящего момента, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1.

Гидроимпульсный измеритель крутящего момента состоит из корпуса 1, гидравлической турбины 2 с каналами 3 для промывочной жидкости, упорного подшипника 4, расположенного между корпусом 1 и переходником 5, жесткого вала б, имеющего осевые каналы 7 и 8 и отверстия 9-11 для прохода промывочной жидкости. Внутри корпуса 1 расположены демпфирующие камеры 12, образованные неподвижными пластинами 13, жестко соединенными с корпусом 1. и подвижными пластинами 14, расположенными на валу 6. Часть демпфирующих камер заполнена промывочной жидкостью и сообщается с осевым каналом 8 через отверстия 15 и 16 в вале 6. Отверстия 15 имеют лепестковые обратные клапаны 17. Другая часть демпфирующих камер заполнена упругими элементами 18 с полостями 19. В корпусе 1 выполнено отверстие 20, соосное с отверстием 9 вала 6. Гидравлическая турбина 2 имеет золотник 21с отверстиями 22.

Гидроимпульсный измеритель крутящего момента работает следующим образом.

Промывочная жидкость из полости бурильной колонны попадает в осевой канал 7 вала 6 и делится на два потока. Один через отверстия 9 и 20 поступает на гидравлическую турбину 2 и вращает ее с минимальной угловой скоростью, пропорциональной расходу промывочной жидкости в этом потоке, а затем попадает в затурбинное пространство 23. Другой поток промывочной жидкости через отверстие 10 попадает в затурбинное пространство 23, где оба потока соединяются и через отверстие 11 и осевой канал 8 выходят из измерителя. При вращении гидравлической турбины 2 золотник 21 периодически перекрывает выход промывочной жидкости через отверстие 11,

что создает в полости бурильной колонны в промывочной жидкости гидравлические импульсы (регистрируемые на поверхности аппаратурой) с частотой, пропорциональной частоте вращения гидравлической турбины.

0 Для предотвращения возникновения гидравлических ударов при выходе промывочной жидкости через отверстия 10 в затурбинное пространство 23 в золотнике 21 выполнены отверстия 22,

5При возникновении крутящего момента

в бурильной колонне в процессе бурения скважины жесткий вал б с подвижными пластинами будет закручиваться на угол, пропорциональный величине крутящего

0 момента, который будет восприниматься упругими элементами 18, расположенными в демпфирующих камерах 12. Полости 19 компенсируют объемные изменения упругих элементов 18. При этом отверстия 9 и 20

5 сместятся относительно друг друга, увеличив тем самым площадь проходного сечения для промывочной жидкости пропорционально углу закручивания жесткого вала 6. Как следствие, увеличится расход промы0 вочной жидкости, поступающей на гидравлическую турбину, следовательно, увеличится частота вращения гидравлической турбины и частота гидравлических импульсов. Отсюда следует, что частота

5 гидравлических импульсов, возникающих в столбе промывочной жидкости, будет пропорциональна величине измеряемого крутящего момента в бурильной колонне в месте установки гидроимпульсного измерителя.

0 Для защиты гидроимпульсного измерителя от динамических нагрузок, ограничения крутящего момента и сглаживания его пульсаций служат демпфирующие камеры 12. Часть демпфирующих камер заполнена

5 упругими элементами 18, другая часть - промывочной жидкостью, которая поступает в них из осевого канала 8 через отверстия 15 и 16. При возникновении крутящего момента жесткий вал 6 с подвижными пластинами

0 14 начинает закручиваться на угол, пропорциональный величине крутящего момента. При этом упругие элементы 18, воспринимая крутящий момент, сжимаются. Демпфирующие камеры 12 в этом случае

5 заполняются промывочной жидкостью, которая поступает из осевого канала 8 через отверстия 15 и обратные клапаны 17.

При уменьшении крутящего момента упругие элементы 18 возвращают жесткий вал с подвижными пластинами в исходное

положение. При этом в демпфирующих камерах, заполненных промывочной жидкостью, обратные клапаны 17 препятствуют выходу промывочной жидкости через отверстия 15 в осевой канал 8. Промывочная жид- кость из демпфирующих камер под действием подвижных пластин выходит в осевой канал 8 через отверстия 16, тем самым сглаживая пульсации крутящего момента.

Таким образом, применение в данном гидроимпульсном измерителе крутящего момента жесткого вала с отверстиями, сообщающими демпфирующие камеры с осевым каналом вала, а также применение в части демпфирующих камер упругих элементов и снабжение части отверстий вала обратными клапанами позволяет повысить надежность работы измерителя и точность измерений за счет исключения возможности разруше- ния жесткого вала в процессе работы, а также за счет повышения демпфирующего эффекта в демпфирующих камерах, что связано с использованием в демпфирующих камерах обратных клапанов, упругих эле- ментов и промывочной жидкости взамен специальной демпфирующей жидкости, которая может вытечь в процессе работы измерителя.

Из сказанного следует, что повышение надежности работы измерителя и точности измерений позволит эффективно использовать предлагаемый измеритель крутящего момента в системах автоматизированного управления технологическим процессом бурения скважин для постоянного контроля величины крутящего момента в бурильной колонне и, как следствие, задавать оптимальные осевую нагрузку, расход промывочной жидкости и частоту вращения породоразрушающего инструмента.

Формула изобретения

Гидроимпульсный измеритель крутящего момента, содержащий корпус, переходник, гидравлическую турбину, вал с осевым каналом, демпфирующие камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и точности измерений, он снабжен упругими элементами, расположенными в каждой второй демпфирующей камере, и обратными клапанами, вал выполнен жестким с отверстиями, сообщающими демпфирующие камеры с осевым каналом вала, а обратные клапаны установлены в каждом втором отверстии с возможностью их перекрытия.

Использование в бурении скважин, для передачи на поверхность информации о процессе бурения, в частности о крутящем моменте в бурильной колонне по гидравлическому каналу связи. Сущность изобретения: гидроимпульсный измеритель крутящего момента содержит корпус, переходник, гидравлическую турбину, вал с осевым каналом, демпфирующие камеры Новым в гидроимпульсном измерителе является то, что вал выполнен жестким с отверстиями, сообщающими демпфирующие камеры с осевым каналом, при этом часть демпфирующих камер снабжена упругими элементами, а часть отверстий - обратными клапанами. Это позволяет при возникновении крутящего момента снизить динамические нагрузки на жесткий вал и повысить демпфирующий эфект в демпфирующих камерах и, как следствие повысить надежность работы гидро- импульсного измерителя и точность измерений величины крутящего момента в бурильной колонне. 5 ил. СО С

1д