Гидроимпульсный измеритель крутящего момента Советский патент 1993 года по МПК E21B47/00 

ел С

Изобретение относится к техническим среЬств ам передачи на поверхность информации о процессе бурения.скважины, в частности о крутящем моменте в бурильной колонне. Сущность изобретения: гидроимпульсный измеритель крутящего момента состоит из корпуса, переходника, гидравлической турбины, вала с осевым каналом, верхними и нижними отверстиями вдоль образующей, демпфирующих камер, калибра- торов отверстий для прохода промывочной жидкости, калибраторы установлены внутри осевого канала вала на его нижних отвер- стиях и выполнены в виде жестко закрепленных в корпусе измерителя посредством жесткой связи пластин, в вале выполнены пазы для размещения жесткой связи, а. пластины установлены в осевом канале вала и имеют в поперечном сечении форму части окружности. 4 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для передачи на по- вер| ность информации о процессе бурения, в честности о крутящем моменте в буриль- но колонне. .

Цель изобретения - повышение точности передаваемой информации.

На фиг. 1 .изображен гидроимпульсный измеритель крутящего момента, продольный1 разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; н а фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.

Тидроимпульсный измеритель крутящего Момента состоит из корпуса 1, гидравлической турбины 2с каналами для проМывочной жидкости 3, упорного под- шиПника 4, расположенного между корпусом 1 и переходником 5, жесткого вала 6, имеющего осевые каналы 7 и 8, верхнее 9 и нижнее 10 отверстия для прохода промы- вочной жидкости. Внутри корпуса 1 расположены демпфирующие камеры 11, образованные неподвижными пластинами 12 корпуса и подвиж.ными пластинами 13, расположенными на валу 6. Часть демпфирующих камер заполнена промывочной жидкостью и сообщается с осевым каналом 8 через отверстия 14 и 15 в вале 6. Отверстия 14 имеют лепестковые обратные клапаны 16. Другая часть демпфирующих камер заполнена упругими элементами 17. В корпусе 1 выполнено отверстие 18 соосное с отверстием 9 вала 6. Гидравлическая турбина 2 имеет золотник 19. с отверстиями 20. Внутри осевого канала 8 вала 6 на нижних отверстиях 10 вала установлены калибраторы 21, жестко закрепленные в корпусе.

Гидроимпульсный измеритель крутящего момента работает следующим образом.

Промывочная жидкость из полости бурильной колонны попадает в осевой канал 7 вала 6 и через отверстия 9 и 18 поступает

00

о ю

о

на гидравлическую турбину 2, вращая ее с минимальной угловой скоростью пропорциональной расходу промывочной жидкости. Далее, из золотниковой камеры 22 через отверстия 20 в золотнике и 10 в вале промывочная жидкрсть поступает в осевой канал 8 и выходит из измерителя. При вращении гидравлической турбины золотник 19 периодически перекрывает выход промывочной жидкости через отверстие 10 вала, что создает в полости бурильной колонны в промывочной жидкости, гидравлические импульсы с частотой, пропорциональной частоте вращения гидравлической турбины.

При возникновении крутящего момента в бурильной колонне в процессе бурения скважины жесткий вал 6 с подвижными пластинами 13 будет закручиваться на угол, пропорциональный величине.крутящего момента, который будет восприниматься упругими элементами 17, расположенными в демпфирующих- камерах 11. При этом отверстия 9 и 18 смещаются относительно друг друга, увеличивая тем самым площадь проходного сечения для промывочной жидкости пропорционально углу закручивания вала 6. Как следствие, увеличивается расход промывочной жидкости, поступающей на гидравлическую турбину, следовательно, увеличится частота вращения гидравлической турбины и частота гидравлических импульсов.

При смещении вала 6 относительно неподвижных пластин корпуса сферические пластины калибраторов 21 перекрывают нижние отверстия 10 вала 6 на величину, пропорциональную углу смещения вала, который в свою очередь, пропорционален величине крутящего момента. При этом, пропорционально величине перекрытия ка- либраторами отверстий 10, увеличивается длительность гидравлического удара, возникающего при перекрытии золотником 19 нижних отверстий 10 вала 6, следовательно, увеличивается длительность гидравлических импульсов, которые регистрируются поверхностной аппаратурой. Кроме того, при перекрытии сферическими пластинами калибраторов отверстий ТО, в золотниковой камере 22 повысится давление промывочной жидкости, что увеличит силу гидроудара и, как следствие, увеличится амплитуда гйд- роимпульсов, регистрируемых на поверхности.

Для защиты гидроимпульсного измерителя от динамических нагрузок, ограничения крутящего момента и сглаживания его пульсаций служат демпфирующие камеры 1.1. Часть демпфирующих камер заполнена упругими элементами 17. другая часть промывочной жидкостью,которая поступает-в них из осевого канала В через отверстия 14 и 15. При возникновении крутящего момента упругие элементы 17, воспринимая крутящий момент, сжимаются. Демпфирующие

камеры 11 в этом рлучае заполняются промывочной жидкостью, которая поступает из осевого канала 8 через отверстия 14 и обратные клапаны 16. При уменьшении крутящего момейта

упругие элементы 17 возвращают вал б с подвижными пластинами в исходное положение. При этом в демпфирующих камерах, заполненных промывочной жидкостью, обратные клапаны 16 препятствуют выходу

промывочной жидкости через отверстия 14 в осевой канал 8. Промывочная жидкость из демпфирующих камер под действием подвижных пластин выходит в осевой канал 8 через отверстия 15. тем самым сглаживая

пульсации.

Таким образом, применение в гидроимпульсном измерителе калибраторов, установленных на нижних отверстиях вала, позволяет повысить точность передаваемой

. на поверхность информации об изменении крутящего момента в бурильной колонне, так как измерение крутящего момента проводится по трем параметрам: частоте гидравлических импульсов (аналогично с

аналогом и прототипом), их длительности и амплитуды, что значительно повышает, достоверность и точность передаваемой информации.

Формулаизобретения

Гидроимпульсный измеритель крутящего момента, включающий корпус, переход- г ник, гидравлическую турбину, вал с осевым каналом, верхними и нижними отверстиями для прохода промывочной жидкости вдоль

образующей, демпфирующие камеры, ка- либраторы отверстий для прохода промывочной жидкости, отличающийся тем, NTO, с целью повышения точности передаваемой информации, калибраторы выполнены

в виде закрепленных в корпусе посредством жесткой связи пластин, имеющих в поперечном сечении форму части окружности, в вале выполнены пазы, в которых размещена жесткая связь, а пластины установлены в

осевом канале вала с возможностью перекрытия нижних отверстий.