Узел бурового стенда Советский патент 1993 года по МПК E21B10/00 

Изобретение относится к области буровой техники, а именно, к буровым стендам, на которых исследуются параметры долота в процессе бурения и отрабатываются его новые конструкции.

Цель изобретения - повышение точности измерения крутящего момента и осевой нагрузки за счет исключения искажающего действия внутреннего давления промывочной жидкости.

Это достигается тем, что в узле бурового стенда, содержащем вращатель, гидравлическую систему, долото и корпус с размещенным в нем трубчатым измерительным элементом с тензомостами измерения крутящего момента и осевой нагрузки, трубчатый измерительный элемент выполнен с герметичной кольцевой полостью между наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, а тензомосты установлены в интервале простирания вдоль оси трубчатого элемента кольцевой полости, кроме того,, трубчатый элемент выполнен из двух коакси- ально размещенных втулок, а герметичная кольцевая полость образована наружной цилиндрической поверхностью внутренней втулки и внутренней цилиндрической поверхностью наружной втулки, причем размеры втулок в интервале простирания кольцевой полости связайы между собой следующим соотношением:

«So,iЈ°+A

1+адЛ°±А

D-А Р+Д j +WUD D

где D - внутренний диаметр наружной втулки,

А- толщина стенки наружной втулки,

d - наружный диаметр внутренней втулки,

д- толщина стенки внутренней втулки.

На чертеже изображен общий вид бурового стенда.

Узел бурового стенда включает вращатель 1, гидравлическую систему 2 и долото 3. Между вращателем 1 и долотом 3 установлен корпус 4 с размещенным в нем трубчатым измерительным элементом. Последний выполнен из двух коаксиально размещенных втулок наружной 5 и внутренней 6. Они образуют соответственно внутренней и наружной поверхностями герметичную кольцевую полость 7. Тензомосты 8 измерения крутящего момента и осевой нагрузки установлены на наружной поверхности втулки 5 в интервале простирания вдоль оси трубчатого элемента полости 7. Размеры втулок 5 и б связаны между собой следующим соот- ношением:

10

где D - внутренний диаметр втулки 5, А-толщина стенки втулки 5, d - наружный диаметр втулки 6, 6 - толщина стенки втулки 6. Узел бурового стенда работает следующим образом.

При подаче нагрузки и момента на долото и жидкости в гидравлическую систему 2 происходит упругое деформирование трубчатого элемента. Так как фланцы втулок 5 и

б уплотнены уплотнениями 8, рабочая часть втулки 5 оказывается изолированной от распирающего действия внутреннего давления и не испытывает связанных с действием внутреннего давления дополнительных осевых, радиальных и окружных деформаций, которые, накладываясь на осевые деформации при действии осевой нагрузки на доло-. то, искажали бы показания тензомоста осевой силы. Например, при действии в системе внутреннего давления кгс/см2 и осевой нагрузке 20000 кг эти искажения составляют 30% полезного сигнала трубчатого элемента с внутренним диаметром 100 Мм и наружным 125 мм. Втулка 6 под действием внутреннего давления выпучивается осесимметрично в радиальном направлении, причем наибольший прогиб в средней части рассчитывается согласно линейной моментной теории оболочек (верхняя оценка прогиба) по формуле:

W

P(d-d)2

4ЕО

;

где W - прогиб стенки втулки в средней ее части,

d - наружный диаметр втулки,

д - толщина ее стенки,

Е - модульупругости материала втулки,

Р - действующее внутреннее давление.

Для того, чтобы стенка втулки б не коснулась стенки втулки 5 необходимо, чтобы ширина кольцевой полости 7 между наружной цилиндрической поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью втулки 6 превосходила наибольший прогиб стенки втулки при максимальном давлении Ртах, создаваемом в системе:

D -d Pmax(d )2 24ЁЗ

б п , A D + А 3-° 1D ТГ

D -d D

1 -0,2

A D D - , pnn A 6 + 80° D D

Использование: исследование буровых долот в процессе бурения. Сущность изобретения: узел бурового стенда включает вращатель 1, гидравлическую систему 2, упругий измерительный элемент 3 с тензомрстами для измерения крутящего момента и осевой нагрузки 4, долото 9, фланцевую втулку 5, установленную в полости упругого элемента Зс образованием замкнутого кольцевого пространства между наружной цилиндрической поверхностью втулки 5 и внутренней цилиндрической поверхностью упругого элемента. На цилиндрических поверхностях фланцев втулки выполнены кольцевые проточки для размещения в них на уровне фланцев упругого элемента уп- лотнительных колец 6. Размеры втулки связаны с размерами упругого элемента соотношениями: (5/D 0,1A/D (D+A)/D; d/D 1+400 A/D (D+ A) +400A/D -(D+ A )/D, где D - внутренний диаметр упругого элемента, мм; А- толщина стенки упругого элемента, мм; d - наружный диаметр втулки, мм; д - тол-. щина стенки втулки, мм. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. . № с

где D - внутренний диаметр втулки 5.

Это соотношение указывает на то, что стенка втулки 6 должна быть не слишком тонкой, а диаметр ее не слишком близок к диаметру втулки 5, чтобы не было достигнуто критическое значение прогиба.

Действующая на измерительный узел осевая нагрузка распределяется между втулками 5 и 6. Для того, чтобы при этом потери сигнала с тензомоста осевой нагрузки были незначительны, необходимо, чтобы площадь поперечного сечения втулки 6 составляла не более 10% площади поперечного сечения втулки 5:

,10 S

эл

Это накладывает ограничение сверху на толщину стенки втулки 6. Учитывая, что 5вт () , а 3Эл лД(0-ьД) , где А- толщина стенки втулки 5, получаем условие:

Отсюда получаем заявляемые соотноше- 10 ния:

15

d

1 + 400

3 + 400-D

20

Техническим преимуществом узла бурового стенда является возможность точного измерения нагрузки на долото при наличии давления промывочной жидкости в не искаженном виде.

Общественно полезным преимуществом узла является повышение надежности и точности измерений, упрощение процесса испытаний.

Формула изобретен и-л

71799981 8

П 1А Р + Агде D - внутренний диаметр наружной втул- Cf D TJ ки;

А-толщина стенки наружной втулки;

ч j. D +Ad - наружный диаметр внутренней втул- d 1 +400р -р- 5 ки;

D ,, , ЛПЛА D+A d - толщина стенки внутренней втулки. 3 + 400 -р-