Гидравлический индикатор забойной нагрузки Советский патент 1980 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к забойным устройствам для определения осевой нагрузки на долото путем переключения потока промывочной жидкости в процессе бурения и промывки скважины. Известны забойные регистраторы осевой нагрузки состоящие их вала, корпуса, эластичных элементов и уплотнений Cl. Наиболее близким к предлагаемому является гидравлический датчик, состоящий из корпуса, штока гидро-. трансформатора, сильфонного измерителя расхода, гидроусилителя, устрой ства для непрерывной перезарядки измерителя расхода и уплотнительных элементов 2. Известный гидравлический датчик имеет сложную конструкцию, недостаточную точность измерения и непродол жительный срок службы. Цель изобретения - упрсадение конструкции и повышение точности измере Поставленная цель достигается тем что в гидравлическом индикаторе забойной нагрузки, имеющем корпус, упругие элементы, шток, в нижней части штока выполнены байпасные каналы, суммарная.площадь поперечного сечения которых уменьшается по квадратичной зависимости в направлении перемещения корпуса или щтока при закрытии байпасных каналов. При этом, связь между корпусом и штоком выполнена в виде эластичных колец, расположенных в металлических обоймах. Возможно выполнение вышеупомянутых байпасных каналов в корпусе, на участке взаимного перемещения его и штока, причем суммарная площадь сечения каналов уменьшается по квадратичной зависимости в направлении движения штока. Сечение байпасных каналов имеет У-образнук) форму, стороны которого параболически стремятся друг к другу. Выбор такой формы сечения байпасных каналов основан на том, что зависимость давления в линии нагнетания от расхода и площади сечения каналов, имеет следующий вид .lU где j - удельный вес раствора; Q - расход} g - ускорение силы тяжести; fk, - коэффициент расхода; UD - суммарная площадь сечения байпасных каналов и отверстий долота. Приняв, .что 1 сЛ. const, тогда , и выразим коэффициент формы сечения канала; Н - высота сечения канала; а - ширина сечения канала. На основании выражения (1) для получения прямолинейной зависимости давления Р от нагрузки N должна соблюдаться следующая пропорциональность--гГ .r Учитывая, что величины N, Н и Р находятся в прямолинейной зависимос данное условие соблюдается при изме нении ширины канала по квадратичной зависимости, т.е. Графические построения такой за висимости приводят к получению V-об разной формы сечения байпасного кан ла с параболически сближающимися ст ронами (фиг. 2). Упругие элементы гидравлического индикатора, выполняющие функции уплотнений, разделяют внутреннюю поjiocTb индикатора от затрубного пространства и изготовлены в виде коле из эластичного материала, заключенных в металлические обоймы, закрепленные на штоке и в корпусе. На фиг. 1 изображен гидравлический индикатор забойной нагрузки, общий вид в разрезе; на фиг. 2 форма сечения байпасных каналов, вид А. на фиг. 1. Гидравлический индикатор забойной нагрузки содержит корпус 1, сос тоящий из верхнего переводника 2 и ниппеля 3, стальных обойм 4 и 5, ох ватывающих резиновые кольца 6 с вне ней стороны. Внутри корпуса располо жен центральный шток 7, на котором посредством гайки 8 и контргайки 9 закреплены стгильные обоймы 10 и 11, охватывающие резиновые.кольца б с внутренней стороны. В нижней част шток имеет отверстия 12 V-образной формы. в местах центровки штока относительно корпуса и их взаимного перем щения установлены износостойкие вту ки 13 и 14 штока и втулки IS и 16 корпуса из сверхтвердого материала, , например рэлита. Верхний переводник 2 снабжен конической резьбой для присоединения бурильной колонны, а нижний конец штока имеет коническую резьбу для присоединения к турбобуру или долоту. За счет надежного закрепления упругих элементов в металлических обоймах 4 и 5, 10 и 11 в корпусе и на штоке обеспечивается надежное разделение внутренней полости индикатора от затрубного пространства. Гидравлический индикатор забойной нагрузки работает следующим образом. При отсутствии нагру.1ки на долото, корпус 1 находится в крайнем верхнем положении относительно штока 7 и каналы 12 полностью открыты, поток промывочной жидкости распределяется в соответствии с гидравлическим сопротивлением каналов, насадок долота и турбобура. Следовательно, при промывке скважины, когда долото оторвано от забоя, суммарные гидравлические потери снижаются и не происходит холостого вращения турбобура с большой частотой, т.е. сокращаются потери энергии и не уменьшается износ турбобура. Байпасные каналы при максимальной осевой нагрузке на долото закрыты полностью и давление в линии нагнетания устанавливается равным перепаду давления в насадках гидромониторного долота и турбобура. При уменьшении или полном снятии нагрузки давление падает и уста;;авливается равнЕлм суммарному перепаду в гидромониторных насадках, турбобуре и байпасных каналах. Применение в бурении предлагаемого гидравлического индикатора забойной нагрузки, благодаря простоте конструкции, прямолинейной зависимости давления от нагрузки и возможности переключения потока промывочной жидкости через байпасные , кансшы позволяет более точно определить осевую нагрузку на долото, повысить ресурс работы забойного двигателя и снизить расход энергии при промывках скважины. Формула изобретения 1. Гидравлический индикатор забойной нагрузки, содержащий корпус и полый шток, связанные с возможностью ограниченного перемещения относительно друг друга, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерения, в нижней части штока выполнены баймасные каналы, суммарная

площадь поперечного сечения которы} уменьшается по квадратичной зависимости в направлении перемещения корпуса или штока при закрытии байпасных каналов.

2. Индикатор,по п. 1, отличающийся тем, что связь между корпусом и штоком выполнена в виде эластичных колец, расположенных в металлических обоймах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР (( 314886, кл. Е 21 В 45/00,

21.09.71.

2.Авторское свидетельство СССР 141830, кл. Е 21 В 45/00, 31.03.61 (прототип).

ВидА