Устройство для стабилизации частоты вращения забойного двигателя Советский патент 1980 года по МПК E21B3/12 

I

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважи}, а именно к стабилизации частоты вращения забойных двигателей (турбобуров) .

Известны устройства - стабилизаторы частоты вращения турбины, работающие по схеме разделения потока бурового раствора между рабочими лопатками турбины и параллельно включенным Ю1апаном, регулируемым центробежным регулятором частоты вращения. При изменении частоты вращения вала забойного двигателя, например при ее увеличении, клапан, управляемый центробежным регулятором, перепускает часть промывочной жидкости, минуя турбобур, что вызывает снижение частоты вращения вала 1.

Недостатком таких устройств является то, что изменение расхода промывочной жидкости вызывает изменение перепада на турбобуре, а следовательно, и осевого усилия на долото. В то время, как изменение расхода через турбобур клапаном с центробежным регулятором способствует стабилизации частоты вращения, изменение осевого усилия действует в противоположную сторону, снижая качество стабили: ации.

Наиболее близким решением к предлагаемому является устройство для стабилизации частоты вращения турбины, включающее центробежный датчик частоты вращения и размещенный на забое в напорном трубопроводе, регулируемый клапанный узел, полость под которым гидравлически связана с полостью на входе в рабочие органы двигателя 2,

10

Недостатком устройства является наличие сложного гидравлического порцшевого механизма, работающего в гидроабразивной среде под большим давлением.

Цель изобретения - упрощение конструкции

15 устройства и уменьшение дисперсии частоты вращения двигателя.

Это достигается тем, что полость над клапацным узлом гидравлически связана с полостью напорного трубопровода. Кроме того, устрой20ство снабжено датчиком ускорения, связанным с регулируемым клапанным узлом.

На чертеже изображено устройство, продольный разрез.

373

Устройство содержит размещенный на забое в напорном трубопроводе 1 регулируемый клапанный узел, состоящий из клапана 2 и седла 3. Внутри клапана 2 имеется канал 4, соединяющий полость 5 над клапанным узлом с полостью поя поршнем 6, имеющим дроссель

7. .

Полость 5 гидравлически связана с полостью напорного трубопровода 1. Полость 8 под клапанным узлом гидравлически связана с полостью 9 на входе в рабочие органы двигателя..

Центробежный датчик 10 частоты вращения соединен с клапаном 2 штоком 11 и состоит из центробежнь5Х грузов 12, системы рычагов 13, пружины 14 и направляющих 15, закрепленных на основании 16, связанном посредством направляющей шпонки 17 с корпусом 18.

Датчик 19 ускорения соединен с основанием 16 при помощи подшипников 20. Таким образом, датчик 19 связан с центробежным

датчиком 10 частоты вращения, они совместно воздействуют через шток 11 на клапан 2. Датчик 19 ускорения состоит из инерционной массы 21, вращающейся в корпусе 18 в подшипниках 22 и связанной пруйсиной 23 с корпусом 18, стержня 24, направляющей шпонки 25 и рычага 26.

Устройство устанавливается над турбобуром (на чертеже не показан) и соединяется с его валом 27 корпусом 18..

Устройство работает следующим образом.

При изменении момента на долоте, например при его уменьшении, частота вращения вала турбобура начинает увеличиваться. Центробежный датчик частоты вращения 10 и инерционный датчик 19 ускорения закрывают клапанный узел, благодаря чему перепад давления на нем увеличивается. Это, в свою очередь, приводит к увеличшию осевой нагрузки на долото и уменьшению расхода бурового раствора через турбобур и, следовательно, к уменьшению частоты вращения вала турбобура.

Центробежный датчик 10 частоты вращения работает следующим образом. При изменении частоты вращения, например при ее увеличении центробежные грузы 12 расходятся и через систему рычагов 13 перемещают шток 11 вверх увеличивая гидравлическое сопротивление потоку. Коэффициент усиления датчика можно регулировать, изменяя угол между рычагами 13 и жесткость пружины 14.

Инерционный датчик 19 ускорения работает следующим образом. При изменении частоты вращения вала турбобура, например при ее увеличении, вразающаяся масса 21 отстает от вала турбобура. Угловое смещение инерционной массы 21 относительно вала турбобура преобразуется рычагом 26 в вертикальное перемещение стержня 24, основания 16 и пггока И, что приводит к увеличению перепада давления на клапанном угле и, следовательно, к снижению частоты вращения забойного двигателя. Козффициент усиления датчика ускорения можно регулировать, меняя угол наклона рычага 26.

Для обеспечения требуемого перестановочного усилия со стороны датчиков на шток 11 применена гидравлическая разгрузка клапана 2 Перепад давления на клапаном узле по каналу 4 передается в полость под поршнем 6, жестко связанным с клапаном 2, и сила, действующая на порщень 6, уравновешивает гидравлическое усилие, создаваемое перепадом давления на клапанном узле.

Эффективность устройства заключается в том что за счет стабилизации частоты вращения забойного двигателя (турбобура) зона устойчивой работы забойного двигателя может быть смещена в область малых значений частоты вращения при малых расходах промывочной жидкости, т.е. в область режимов, оптимальных по максимому рейсовой скорости или по минимуму стоимости метра проходки. Устройство позволяет уменьшить дисперсию частоты вращения забойного двигателя в пятнадцать двадцать раз и обеспечивает устойчивую работу турбобура в зоне малых частот вращения.

Формула изобретения

1.Устройство для стабилизации частоты вращения забойного двигателя, включающее центробежный датчик частоты вращения и размещенный на забое в напорном трубопроводе, регулируемый клапанный узел, полость под которым гидравлически связана с полостью

на входе в рабочие органы двш-ателя, о т личающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, полость над клапанным узлом гидравлически связана с полостью напорного трубопровода.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения диспереии частоты вращения двигателя, оно снабжено датчиком ускорения, связанным с регулируемы клапанным узлом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Минин А. А. Забойные автоматы подачи долота. М., Гостоптехиздат, 1960, с. 50-56.

2.Минин А. А. Забойные автоматы подачи долота, М., Гостоптехиздат, 1960, с. 56-59 (пртотип).