Устройство для снижения резонансных колебаний талевой системы Советский патент 1992 года по МПК E21B19/00 

Изобретение относится к бурению скважин вращательным способом и может быть использовано на установках, имеющих талевую систему для подвешивания бурильной колонны.

Известна буровая установка, содержащая вышку, буровую колонну с инструментом, талевую систему, свободный конец каната которой связан с механизмом крепления и основание, имеющее фиксатор и раму под механизм крепления, один конец которой соединен с основанием шарнирно, а другой - с возможностью взаимодействия с фиксатором. Рама подпружинена и снабжена взаимодействующим с пружиной гидродомкратом.

При возникновении резонансных явлений гидродомкратом создается предварительное натяжение пружин упругой

подвески механизма крепления до уравновешивания силы, действующей в свободном конце каната и фиксатор выводится из зацепления с рамой. При этом жесткость подвески бурильной колонны скачкообразно уменьшается за счет последовательного с канатом включения пружин. Соответственно изменяется собственная частота колебаний бурильной колонны и она выводится из резонанса, что позволяет продолжать бурение, не уменьшая числа оборотов бурильной колонны и, следовательно, скорости проходки скважины.

К недостаткам такой буровой установки относится использование пружинных элементов для упругой подвески механизма крепления свободного конца каната, что делает невозможным плавное понижение О СЛ CJ СЛ

сткости талевой системы при выводе бурильной колонны иэ резонанса.

Известна буровая установка, содержащая основание, вышку, бурово.й инструмент, канат талевой системы, свободный конец которого заведен на узел крепления. Узел крепления имеет раму, один конец которой закреплен к основанию шарнирно, а другой - с возможностью взаимодействия с фиксатором. Кроме того, рама связана с основанием при помощи упругой подвески в виде резинокордной оболочки, которая посредством трубопровода, имеющего отводной патрубок с редукционным клапаном соединена соответственно с газовой полостью газожидкостного аккумулятора и источником сжатого воздуха. Газржидкостный аккумулятор выполнен в виде резервуара с вентилями для подвода и слива жидкости.

Недостатком известной буровой установки является ее низкая надежность из-за неустойчивости рамы в режиме бурения с пониженной жесткостью талевой системы. Обусловлено это тем, что при ручной настройке редукционного клапана невозможно достичь абсолютного уравновешивания сил от пневматической упругой оболочки и каната талевой системы. Причем перемещение- рамы под действием некоторой избыточной силы и связанное с этим изменение объема упругой оболочки не приводит к уравновешиванию рамы, т.к. редукционный клапан независимо поддерживает в оболочке первоначально заданное давление. В результате имеет место дрейф рамы к нижнему или верхнему ограничителю в соответствии с тем, больше или меньше необходимого установлено давление сжатого воздуха в упругой оболочке. При упоре рамы в ограничитель пневматическая упругая подвеска оказывается отключенной от талевой системы, что приводит к возобновлению резонансных процессов буровой установки.

Для устранения или предупреждения этих отказов необходима периодическая корректировка давления сжатого воздуха в упругой подвеске. Причем количество отказов в известной буровой установке увеличи- вает малое расстояние между ограничителями, обусловленное диапазоном допустимых деформаций оболочки из резино-кордного материала.

Целью изобретения является повышение надежности работы за счет автоматического поддержания жесткости талевой системы буровой установки в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что буровая установка, включающая основание

с П-образным упором, вышку, буровой инструмент, канат талевой системы, свободный конец которого закреплен на раме с фиксатором, шарнирно связанной с основанием,

механизм регулируемой упругой подвески, размещенный между рамой и основанием, выполненный в виде пневмоцилиндра с регулируемым дросселем для сообщения с атмосферой, имеет редукционный клапан,

0 снабженный регулирующим штоком, опирающимся на раму и помещенный в связанных с основанием направляющих с возможностью перемещения горизонтально вдоль рамы для настройки жесткости упругой

5 подвески и вертикально для настройки давления в пневмоцилиндре.

На чертеже изображено устройство для снижения резонансных колебаний талевой системы, общий вид.

0 Механизм крепления 1 неподвижного конца каната 2 талевой системы помещен на раме 3, один конец которой закреплен к основанию буровой установки 4 через шарнир 5, а другой - с возможностью взаимо5 действия с фиксатором 6. Кроме того, рама 3 через П-образный упор 7 связана с основанием 4 при помощи пневмоцилиндра 8, име- ющего шарниры в местах крепления корпуса и штока. Пневмоцилиндр 8 снабжен

0 дросселем 9 сообщения с атмосферой, индикатором силы 10 и связан с магистралью подачи сжатого воздуха через вентиль 11 и редукционный клапан 12, помещенный на гибком рукаве 13. Редукционный клапан 12

5 выполнен с регулирующим штоком 14 и установлен на горизонтальном кронштейне 15 таким образом, чего его шток 14 упирается в раму 3. Редукционный клапан 12 имеет механизм 16 и 17 соответственно для гори0 зонтального вдоль рамы и вертикального перемещений.

Устройство работает следующим образом.

В нормальных условиях бурения рама 3

5 с помощью фиксатора 6 неподвижно закреплена на основании 4. При возникновении в процессе бурения резонансных колебаний буровой установки вентилем 11 включается подача сжатого воздуха и, дей0 ствуя механизмом 17 вертикального перемещения редукционного клапана 12 регулируется положение его штока 14 и, соответственно, давление в пневмоцилиндре 8. При этом сила, создаваемая пневмоци5 линдром 8, которая контролируется индикатором 10, повышается и доводится до величины, уравновешивающей силу, действующую в канате 2. Затем фиксатор 6, нагрузка на который снимается, выводится из зацепления с рамой 4 и пневмоцилиндр 8

оказывается включенным последовательно с канатом 2 талевой системы. Далее открывается дроссель 9, что обеспечивает нормальное функционирование редукционного клапана 12, которое возможно лишь в режиме восполнения расходуемого сжатого воздуха и механизмом 16 перемещается редукционный клапан 12, изменяя жесткость пневмоцилиндра 8 и, следовательно, талевой системы до исчезновения резонанса. После углубления скважины за пределы резонансной зоны рама 3 фиксатором б опять крепится неподвижно к основанию 4 и вентилем 11 перекрывается подача сжатого воздуха.

Формула изобретения Устройство для снижения резонансных колебаний талевой системы, включающее узел крепления неподвижного конца талевого каната, установленный на поворотной

раме, шарнирно закрепленной один концом на основании буровой установки, и упругий механизм, размещенный на основании с возможностью взаимодействия с подвижным концом поворотной рамы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет автоматического поддержания жесткости талевой системы буровой установки в процессе бурения, упругий элемент выполнен в виде пневмоцилиндра с регулируемым дросселем, имеющим связь с атмосферой, питающей пневмомагистрали и редукционного клапана, установленного в последней, при этом

редукционный клапан имеет регулирующий шток, установленный с возможностью контактирования с поворотной рамой, а корпус редукционного клапана установлен с возможностью горизонтального и вертикального перемещений относительно основания.

Использование: на буровых установках с талевой системой. Сущность изобретения: на основании буровой установки шарнирно закреплена одним концом поворотная рама. На раме размещен узел крепления неподвижного конца талевого каната. Упругий механизм установлен на основании с возможностью взаимодействия с рамой и выполнен в виде пневмоцилиндра с регулируемым дросселем, имеющим связь с атмосферой. В питающей пневмомагистра- ли установлен редукционный клапан с регулирующим штоком, установленным с возможностью контактирования с рамой. Корпус редукционного клапана установлен с возможностью горизонтального и вертикального перемещения относительно основания. Устройство позволяет автоматически поддерживать жесткость талевой системы при возникновении резонансных колебаний. 1 ил. СП с

1б I 1 и 45