Стенд для испытания бурильногоиНСТРуМЕНТА Советский патент 1981 года по МПК E21B17/00 

На чертеже схематично показан стенд для испытания бурильного инструмента.

Стенд для испытания бурильного инструмента включает забойный двигатель 1 с долотом 2, установленным вертикально под буровой вышкой 3 на блок породы 4. Над забойным двигателем устанавливается бурильная труба 5, на которой размещен имитатор колебаний, выполненный в виде двух тонкостенных цилиндров 6 и 7, причем, цилиндр 6 жестко связан с колонной бурильных труб 5, а цилиндр 7 с неподвижной опорой 8. Цилиндры 6 и 7 установлены концентрично относительно друга друга с зазором 9, заполненным вязкой жидкостью. На верхнем конце бурильной трубы установлена пружина 10, которая создает постоянную составляющую осевой силы и воспринимает постоянную составляющую реактивного крутящего момента.

Для обеспечения одновременного моделирования динамической реакции колонны бурильных труб при продольных и крутильных колебаниях параметры цилиндров, бурильной трубы и вязкой жидкости должны быть связаны соотношением 5е

7J. :р.С-6о

а

5-Г2,

fl- p-Ci/p,

где р - плотность материала бурильной трубы,

с - скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с; а - толщина слоя вязкой жидкости между цилиндрами, м;

Т) - коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс; Ci - скорость распространения волны

сдвига, м/с;

/р - полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, г - радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м; 5 - площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой,

5о - площадь поперечного сечения бурильной трубы, м

Для уменьшения длины цилиндров вместо одного подвижного и одного неподвижного цилиндров возможно изготовить систему соосных подвижных и неподвижных цилиндров.

Стенд работает следующим образом. Цилиндр 6, связанный с бурильной трубой в процессе работы забойного двигателя будет совершать продольные и крутильные колебания вместе с бурильной трубой. При этих перемещениях за счет сил вязкого трения на цилиндре 6 будут возникать переменные продольная сила и крутящий момент, соответствующие переменным составляющим реакции колонны бурильных труб.

Использование предложенного способа стендовых испытаний бурильного инструмента позволит создать буровой стенд для испытания забойных двигателей, долот и

компоновок инструмента, в котором достаточно достоверно будет имитироваться динамическая реакция колонны бурильных труб, что в свою очередь, обеспечит возможность проведения широких исследовательских и опытно-конструкторских работ в области забойного инструмента со значительно меньшими затратами средств и времени.

Формула изобретения

1. Стенд для испытания бурильного инструмента, включающий бурильную трубу, забойный двигатель, долото, имитатор колебаний и неподвижные опоры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности моделирования динамической реакции колонны бурильных труб при продольных и крутильных колебаниях имитатор колебаний выполнен в виде двух тонкостенных цилиндров, установленных с зазором концентрично относительно друг друга, причем один цилиндр жестко связан с колонной бурильных труб, а второй с неподвижньши опорами, зазор между цилиндрами заполнен вязкой жидкостью, и параметры цилиндров бурильной трубы и вязкой жидкости связаны соотношением

35-/J- р. с о

а

vj P.CI-/I,

где р - ПЛОТНОСТЬ материала бурильной трубы,

с - скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с; а - толщина слоя вязкой жидкости между цилиндрами, м;

Т) - коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс; Ci - скорость распространения волны

сдвига, м/с;

/р - полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, г - радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м; S - площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой,

So - площадь поперечного сечения бурильной трубы, м.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Владиславлев В. С. Разрушение пород при бурении скважин «Гостоптехиздат, М., 1958, с. 42-45 (прототип).