Динамический гаситель вибраций долота Советский патент 1993 года по МПК E21B17/07 

Изобретение относится к устройствам для интенсификации процесса бурения, более конкретно, к устройствам для гашения колебаний долота встречными вибрациями при бурении скважин.

Целью изобретения является расширение диапазона гашения колебаний долота в сторону больших амплитуд и повышение эффективности гасителя,

На фиг.1 изображен гаситель вибраций долота в продольном осевом разрезе: на фиг.2 - то же, верхняя часть; на фиг.З - то же, верхняя часть, с тормозным узлом в тормозящем положении; на фиг.4 - верхний

фланец, вид сверху; на фиг.5 - тормозной паз на нижней поверхности верхней части корпуса.

Динамический гаситель вибраций долота (фиг.1, 2, 3 и 4) состоит из корпуса 1, в нижней 2 и верхней 3 частях корпуса имеются каналы с замковыми резьбами для присоединения долота 4 к колонне бурильных труб 5. Во внутренней полости корпуса 1 установлены генератор колебаний, соединенный с генератором вал 7 со ступенями статора 8 и ротора 9 турбобура, укрепленных соответственно к корпусу 1 и валу 7.

Генератор 6 колебаний (фиг. 1) выполнен в виде цилиндра с наружным 10 и внутренним 11 синхронными винтообразными каналами, верхняя наклоннная поверхность 12 заканчивается многогранной головкой 13. Винтообразные каналы 10 и 11 на нижней части генератора 6 сообщаются с конус- ной полостью 14, при этом канал 10 сообщается посредством радиального от- верстия.15, а полость 14 с каналом нижнего виброприемника 2 корпуса 1. Нижние волнистые выступы 16 генератора б входят в ответные углубления 17с волнистой поверхностью его дна. Волнистые поверхности 16 и 17 взаимодействуют при вращении - выработке колебаний через шарики 18, Углубления 17 нижней части 2 корпуса и волнистые выступы 16 генератора выполнены как сменные элементы 19 и 20. На нижней поверхности генератор б снабжен радиальноосевым, резинометаллическим подшипником 21, укрепленным гайкой 22. Винтообразный канал 11 сообщается с полостью корпуса 1 посредством входного канала 23, выполненного в кольцевом углублении 24 на наклонной плоскости 12. В нижней части 2 корпуса, под сменным элементом 19 установлен упругий элемент

25. где происходит концентрация вибраций долота и встречных колебаний, вырабатываемых генератором: в результате взаимное гашение колебаний. Осевой канал нижней части 2 корпуса выполнен винтообразным

26. Головка 13 генератора с округлым торцом 27 входит в ответное многогранное углубление 28 с округлой выпуклостью 29 вала 7 и взаимодействует через верхний вибро- приемник 30, например, в виде резинового шара. Для посадки турбинного узла - статора и ротора в корпусе и на валу выполнены упорные выступы 31 и 32.

Секции статора 8 и ротора 9 к корпусу и валу 7 укреплены посредством шлицев 33 и 34. На головку вала 35 посажен резиноме- таллический упорный подшипник 36, который зажимается верхним фланцем 37 с наружной резьбой. Фланец имеет перфори- рованные отверстия 38, (не менее 4-5), которые обеспечивают прохождение промывочной жидкости к ступеням турбинного узла. Фланец 37 регулирует через уп- лотнительные кольца 39 зажим ступеней турбинного узла.

Для остановки работы турбинного узла, соответственно генератора 6, в необходимых случаях, например, во время промывки скважины, после завершения бурения или в других непредвиденных случаях, когда необходимо промывка скважины и в компоновку низа бурильной колонны включен динамический гаситель вибраций долота, устройство снабжено тормозным узлом,

Тормозящий стержень 40 (не менее 3-х) с зубчатой (рифленой) накладкой 41 укреплен на вырезе головки 35 вала 7 посредством оси 42, стержень 40 на тыльной части имеет подъемное 43 и блокирующее 44 выступы. Во время работы динамического гасителя, стержень 40 укладывается в углубление 45 на поверхности фланца 37 и фиксируется пружинным держателем 46. Тормозящий стержень 40 при торможении взаимодействует с тормозным пазом 47.

Для приведения в действие тормозящего стержня 40 в вале выполнено фигурное углубление 48 с фиксирующей нижней частью 49, например, квадратного сечения, выведенным в турбинный узел малым каналом 50. В фигурном углублении выполнено также боковое углубление 51 для подъемного выступа 43 в тормозящем положении стержня 40.

Торможение вала 7 с помощью стержня 40 осуществляется опусканием в бурильную колонну 5 бросового фигурного элемента 52 (ответного углубления 48) с боковыми пазами 53 (равными количеству стержней 40) и нижней фиксирующей частью 54, ответную на нижнюю часть 49 углубления-48.

В пазы 53 (в рабочем положении) элемента 52 вставляются элементы 55, выполненные в виде шпонок с возможностью извлечения, для чего на верхней ее части выполняется, например, отверстие (на чертеже не показано) для зацепки, например,

специальным крючком,

Углубления 45 для тормозящих стержней 40 на поверхности фланца 37.выполнены отдельным элементом 56, основание стержня 40 закреплено на головке 35 вала 7 посредством, например, шпонок (на чертеже не показано) и вращается на фланце 37. Во время вращения стержень 40 удерживается посредством пружинных держателей 46. Между поверхностью фланца 37 и отдельного элемента 56 имеется зазор для обеспеиения вращения элемента 56,

Динамический гаситель вибраций долота работает следующим образом.

Основным двигателе цилиндрического генератора 6 с винтообразными, внутренним и наружным каналами является, например, турбинный узел.

Турбинный узел предложенного динамического гасителя вращается против часовой стрелки, т.е. в сторону противоположную вращению долота, и лопатки .дисков статора 8 и ротора 9 имеют противоположные направления наклона - левое и правое.

После подачи бурового раствора в трубы 5 начинает вращаться вал 7, передавая

свое вращение генератору 6. Мощность на валу 7 движителя динамического гасителя подбирается в зависимости от необходимых параметров вращения генератора 6.

Вспомогательным двигателем генератора б является синхронно выполненные винтообразные его каналы 10 и 11. Движущие силы возникают при изменении направления движения промывочной жидкости в винтообразных каналах 10 и 11, создавая вращательное движение генератора вокруг своей оси, в итоге позволяет уменьшить число ступеней турбинного узла гасителя за счет использования дополнительных сил, уменьшить размеры устройства, например, длину.

Во время бурения скважины, возникающие при вращении долота колебания, гасятся вырабатываемыми генератором 6 вибрациями, направленными к долоту. Автономно вырабатываемые устройством, направленные вниз колебания возникают в результате взаимодействия волнистых поверхностей выступов 16 генератора и ответных углублений 17 сменной частью 19 через шарики 18 при их вращении в противоположном вращению долота направлении.

Передаваемые от генератора остаточные колебания гасятся в узел соединения генератора и вала 7 посредством верхнего виброприемника 30. Турбинный узел также является гасителем остаточных вибраций. Передаваемые через вал 7 и корпус 1 остаточные колебания переходят на вращающиеся в жидкости диски статора и ротора 8 и 9. Как известно, любой узел, особенно вращающийся, является гасителем, более того, вращающиеся диски имеют свою вибрацию малой амплитуды и частоты, которые поглощают (гасят) остаточные колебания.

Динамический гаситель вибраций доло- та-устанавливается при роторном и турбинном способах бурения над долотом, При определенных условиях, при турбинном бурении, гаситель может быть установлен над турбобуром. Количество устанавливаемых динамических гасителей в компоновке низа бурильной колонны определяются опытным путем или по заранее известным параметрам колебаний долота на данной площади бурения.

После завершения бурения скважины, во время промывки ствола, перед подьемом бурильной колонны 5, динамический гаситель вибраций долота останавливают. Для чего в бурильную колонну опускают бросовых элемент 52, Достигнув верхней части вала 7 (фиг.2 и 3) элемент 52 входит в углубление 48, при этом средняя часть элемента 52, нажимая на подъемные выступы 43, поднимает тормозящий стержень 40 (фиг.З), его накладка 41 входит в тормозной паз 47 и останавливает генератор б, В этом время подъемный выступ 43 помещается в боковом углублении 51, а блокирующий выступ 44 замыкает положение тормозящего стержня 40, нижняя фиксирующая часть 54 его входит в нижнюю часть 49 углубления 48. Малый канал 50 обеспечивает вывод из углубления 48 части породы буровым раствором в ходе промывки скважины.

Средняя часть элемента по высоте и ди- аметру обеспечивает подъем и фиксацию тормозящего стержня 40, причем выступы

43 и 44, взаимодействуя при торможении вала 7, по своим размерам и расположению,, на стержне 40, обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Пазы 47 выполняются с возможностью перехода накладки 41 стержня 40 через его концы, например, при первых оборотах торможения с тем, чтобы торможение происходило медленно и плавно. Угол перехода на

конце паза 47 определяется опытным путем.

Гашение вибраций, вырабатываемых долотом, происходит в кольцевом элементе 25, изготавливаемом, например, из свинца

или его сплавов. Вырабатываемые динамическим гасителем вибрации, направленные вниз к долоту, встречаются с вибрациями долота в элементе 25 и происходит их гашение.

Кольцевой элемент 25 может быть выполнен из двух половин (на чертеже не показано), например, нижняя из алюминия (сплавов), которая производит первичное гашение вибраций долота, снижая колебания. .

После каждого использования гаситель разбирается, смазывается и хранится в собранном виде. Перед каждымочередным использованием, на поверхности проверяется

работа турбинного узла.

Предлагаемый гаситель вибраций долота имеет следующие преимущества; турбин- ный узел устройства повышает

эффективность гашения колебаний долота в больших амплитудных и частотных параметрах; полное использование силы струи промывочной жидкости позволяет увеличить мощность генератора; повышение интенсификации процесса бурения скважин, увеличение ресурсов работы буровых инструментов, предупреждение аварий в. бурении, в конечном итоге, ускорение сроков строительства скважин, повышение

производительности труда.

Формула изобретения 1. Динамический гаситель вибраций долота, включающий корпус с присоединительными элементами и осевым каналом, установленные в его полости генератор колебаний с радиальными отверстиями в нижней части, сообщающимися с осевым каналом корпуса и содержащий полую обойму с кольцевыми волнистыми выступами в нижнем торце, узел подачи жидкости к генератору, гидравлически связанный с осевым каналом корпуса, верхний виброприемник, нижний виброприемник, расположенный под обоймой с кольцевыми волнистыми углублениями, ответными выступами последней и установленные между волнистыми поверхностями обоймы и нижнего виброприемника тела качения, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона гашения колебаний долота в сторону больших амплитуд и повышения эффективности гасителя, он снабжен упругим элементом, размещенным в углублениях корпуса под нижним виброприемником, осевой канал

корпуса выполнен винтовым, генератор колебаний выполнен в верхней части с наруж- ными и внутренними синхронными винтообразными каналами, сообщаюа имися между собой, и снабжен многогранным выступом, узел подачи жидкости выполнен в виде вала с перфорированным фланцем в верхней части для связи с корпусом, с турбинными секциями, закрепленными попёременно на валу и в корпусе и с отверстием в нижнем торце, ответным выступу генератора, причем верхний виброприемник выполнен в виде упругого шара, размещенного между выступом генератора

и отверстием вала узла подачи жидкости.

2, Гаситель по п.1,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен тормозным узлом, выполненным в виде стержней, закрепленных одним концом на фланце с возможностью

поворота при взаимодействии другого свободного конца стержней с бросовым инструментом, а в корпусе выполнены пазы для размещения свободных концов стержней при их повороте.

Использование: для гашения широкого диапазона амплитуд вибраций долота встречными вибрациями, возникающими при бурении скважин роторным и турбинным способом. Сущность изобретения: динамический гаситель вибраций долота имеет генератор колебаний, установленный в полости корпуса и выполненный в верхней части с наружными и внутренними синхронными винтообразными каналами, а в нижней части - с радиальными отверстиями сообщающимися между собой и с винтовым каналом корпуса для увеличения мощности потока жидкости подаваемой к генератору. В верхней части генератор выполнен с многогранным выступом для соединения с узлом подачи жидкости на генератор. Верхний виброприемник выполнен в виде упругого шара, размещенного между генератором и узлом подачи жидкости, а нижний виброприемник размещен в углублении нижнего торца корпуса и взаимодействуете последним через упругий элемент, служащий для дополнительного гашения колебаний долота. Устройство имеет тормозной узел, расположенный над узлом подачи жидкости, служащий для остановки генератора при промывке скважины после бурения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л