Система активного виброгашения колебания бурильной колонны Советский патент 1993 года по МПК E21B17/06 E21B44/00 

рационного воздействия на бурильную колонну со стороны забоя скважины.

Введение вибратора. Выполнение вибратора в виде подпружиненного Т-образного сердечника, основание которого находится внутри катушки соленоида, и перемещающегося вдоль ствола, обеспечивает создание значительных ударных воздействий на бурильную колонну.

Введение блока управления с вибродатчиком позволяет осуществить управление работой вибратора, т.е. создавать ударные воздействия на бурильную колонну в противофазе измеряемым значениям вибрационных воздействий на бурильную колонну со стороны забоя скважины.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружено технических решений, обладающих признаками, отличающими заявляемое уст- ройстбо от прототипа.

На фиг. 1 показана предлагаемая система; на фиг. 2 - структурная схема блока управления вибратором.

Система виброгашения содержит корпус 1, который заканчивается с одной стороны присоединительной резьбой, с другой - шлицевой муфтой, в которую входит шлицами корпус генератора 2, с обмотками 3, внутрь которого входит ротор 4 с постоянными магнитами 5, одетый на ствол б и подпружиненный коническими пружинами 7, 8, пружина 7 упирается в герметизирующую пробку 9. Напробке 9 установлен амортизатор, состоящий из оболочки 10, поршней 11 и 12 и накопителя 13. Поршни и накопитель снабжены отверстием для кабеля 14.

Корпус 1 соединен с пустотелым пере- . водником 15, в котором размещены акселерометр 16 и блок управления 17.

Переводник 15 соединен резьбой с верхним корпусом 18, к которому при помощи резьбы крепится подсоединительный переводник 19. Верхний корпус 18, переводник 19 и переводник 15 образуют камеру, в которой расположен вибратор, состоящий из соленоида 20 и сердечника 21, свободно перемещающегося вдоль ствола и подпружиненного пружиной 22.

Система работает следующим образом.

Вибрационное воздействие от долота передается на корпус генератора и приводит в возвратно-поступательное движение ротор 4, в результате чего в обмотках 3 генератора 2 наводится э.д.с., т.е. происходит частичное преобразование энергии колебаний в электрический ток. Корпус генератора 2, благодаря шлицевой паре, свободно перемещается в продольном направлении, что исключает передачу продольных колебаний на

корпус 1. Вибрационное воздействие через корпус оболочечного амортизатора, состоящего из элементов 10, 11, 12 и 13, где происходит гашение его основной энергии,

передается на переводник 15 и воспринимается акселерометром 16, который через блок управления 17 управляет работой вибратора (элементы 20, 21, 22) таким образом, что при отсутствии возмущающего воздействия или минимальном его значении сердечник 21 притянут к катушке соленоида 20 и пружина 22 находится в сжатом состоянии. При увеличении уровня возмущающего воздействия выше заданной величины, катушка соленоида обесточивается и сердечник вибратора 21 под действием пружины 22 ударяет в торец переводника 19 в противофазе пиковым значениям возмущающего воздействия со стороны забоя на бурильную

колонну, в результате чего численные значения параметра вибрации в точке измерений вибрационного воздействия уменьшаются. Питание вибратора осуществляется от генератора 2 посредством кабеля 14.

5Блок управления работает следующим образом.

Информационный аналоговый сигнал от вибродатчика ВД (фиг. 2), усиленный усилителем УС1, поступает на устройство уп0 равления УУ. Сюда же поступает сигнал ус- тавки, т.е. заданные значения величины напряжения, соответствующие допустимому уровню вибрации. Сигнал уставки получают путем усиления в УС2 напряжения с

5 генератора Г-напряжения с обмоток 3 (фиг. 1), с последующим его нормированием в устройстве нормирования Н, С усилителя УС2 напряжение питания через пускатель П подается на катушку соленоида 20 вибратора

0 в в результате чего притягивается сердечник 21 и сжимается пружина 22. В случае, если значение величины информационного сигнала с ВД, усиленного УС1, превышает значение сигнала уставки с нормирователя

5 Н, усиленного вУС2, устройство управления УУ вырабатывает сигнал управления, который поступает на пускатель П и отключает напряжение питания соленоида 20 вибратора В. В результате обесточивания вибрато0 ра В его сердечник 21 освобождается и под действием пружины 22 ударяет в торец переводника 19 в противофазе пиковым значениям вибрации.

Экономический эффект системы актив5 ного виброгашения колебаний бурильной колонны заключается в повышении надежности и эффективности работы бурильной колонны и снижении аварийных ситуаций за счет заклинивания шарошек долота и оставлении их на забое скважины.

Предложенная система активного виброгашения -колебаний бурильной колонны дает возможность проводить процесс бурения при заранее выбранных рациональных параметрах работы бурильной колонны. Это приводит к уменьшению стоимости проходки одного метра скважины и повышению долговечности работы шарошечных долот и бурильной колонны.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я 1. Система активного виброгашения колебаний бурильной колонны, содержащая корпус, подвижную подпружиненную трубу и электрогенератор, статорная обмотка которого закреплена на внутренней стенке корпуса, а ротор с постоянными магнитами - на подвижной трубе, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности ее применения за счет расширения границ гашения частотного спектра вибрационного воздействия, она снабжена герметизирующей пробкой, установленным на ней оболо- чечным амортизатором с поршнем и накопителем, пустотелым переводником с размещенным внутри него блоком управления и подключенным к его первому входу вибродатчиком и установленным на верхней площадке пустотелого переводника вибратором, состоящим из катушки соленоида и подпружиненного сердечника, свободно перемещающегося вдоль подпружиненной подвижной трубы, при этом верхняя пружина, подпружинивающая подвижную

трубу, опирается на герметизирующую пробку, а амортизатор верхним концом упирается в пустотелый переводник, причем в переводнике, в поршне и накопителе амортизатора выполнены отверстия, через которые пропущен кабель, посредством которого соленоид и блок управления вторым входом соединены с обмоткой электрогенератора.

2„Система по п. 1,отличающаяся

тем, что блок управления выполнен в виде двух усилителей, нормирователя, элемента сравнения и пускателя, причем выход первого усилителя подключен к первому входу элемента сравнения, к второму входу которого подключен выход нормирователя через второй усилитель, а выход элемента сравнения и второй выход второго элемента сравнения подключены к входам пускателя, выход которого является выходом блока управления и подключен к катушке соленоида вибратора, вход первого усилителя является первым входом блока управления, а вход нормирователя является его вторым входом.