Способ виброзащиты бурового станка Советский патент 1981 года по МПК E21B3/00 

(Б ) СПОСОБ ВИБРОЗАЩИТЫ БУРОВОГО СТАНКА

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при вращательном бурении, преимущественно взврывных скважин трехшарошечными долотами. Известны способы виброзащиты буро вых станков путем пассивной виброизо ляции бурового станка от долота. При этом непосредственно над долотом или на вращателе устаг навливают амортизаторы с упругими элементами относительно малой жесткости 1 J. Недостатком этого способа является низкая эффективность виброизоляци в области низких частот (ниже 15 Гц) Известен способ виброзащиты, осуществляемый путем изменения отношения частоты собственных колебаний бурового станка к частоте вращения бурового става, испытывающего продольные колебания, возбуждаемые взаим действием зубьев долота с забоем скв жины или дополнительным источником колебани, встроенным в буровой став. По этому способу при возникновении опасных для бурового станка или машиниста вибраций снижают частоту вращения бурового става, а также в отдельных случаях и осевое усилие. Такой способ виброзащиты бурового станка является достаночно эффективным для снижения пиковых вибрационных перегрузок 2. Однако данный способ не обеспечивает снижения общего уровня вибрации и, кроме того, из-за необходимости периодического значительного уменьшения частоты вращения бурового става и осевого усилия применение способа снижает среднюю производительность бурового оборудования, особенно при бурении по часто перемежающимся и сильнотрещйноватым породам. Цель изобретения - снижение уровня вибраций и повышение динамической устойчивости бурового станка. Поставленная цель достигается тем, что при изменении отношения частоты собственных колебаний бурово го станка к частоте вращения бурово го става, испытывающего продольные лебанияу частоту собственных.колеба ний бурового станка поддерживают по величине меньшей, чем 0,4 от частот продольных колебаний бурового става а отношение частоты собственных кол баний бурового станка к частоте вра ния бурового става выбирают в соответствии с соотношением )K, К - 1 где fc - частота собственных коле,баний бурового станка,1. ) - частота вращения бурового 1 става - ;, К - число лап долота. Отличительными признаками способа являются выбор значения отношения частоты собственных колебаний станка к частоте вращения бурового става в диапазоне соотношения, указа ного формулой, а также поддержание частоты собственных колебаний бурово го С1анка на уровне 0,4 от частоты продольных колебаний бурового става При вращательном бурении трехшафошечным долотом способ осуществляется следующим образом, В процессе бурения источником колебаний относительно небольшой мощности (например, электрическим или пневматическим вибратором, встроеным в буровой став) возбуждают продольные колебания бурового става, например, с частотой 30 Гц, При этом частоту собственных колебаний бурового станка поддерживают на уровне не более 10-12 Гц, например, 9 Гц, в этом случае частоту вращения буро вого става выбирают в диапазоне 180 270 об/мин. При заданной частоте вращения бу рового става, например, 150 об/мин, частоту собственных колебаний бурового станка выбирают в диапазоне 57,5 Гц, при этом частоту продольных колебаний бурового става поддержива ет «а уро«не не менее 19 Гц, Для возбуждения продольных колебаний бурового става помимо встроен го вибратора можно также использовать вибрацию, генерируемую зубьями, долота при перекатывании по забою скважины, В этом случае на верхнем конце или на верхнем и нижнем концах бурового става размещают амортизаторы, например, над долотом и на траверсе вращателя подающего механизма. Такая установка амортизаторов обеспечивает корректировку частоты и амплитуды продольных колебаний бурового става. Поддержание частоты собственных колебаний бурового станка на требуемом значении при необходимости можно осуществить, например, амортизаторами, размещенными на всех опорных точках бурового станка, т,е, на домкратах горизонтирования и на траверсе вращателя подающего механизма. На фиг, 1 показаны кривые изменения среднего значения размаха колебаний нагрузки (в относительных единицах) при изменении отношения частоты собственных колебаний бурового станка (f) кчастоте вращения бурового става (1) ); на фиг, 2 - изменения основного отклонения нагрузки в процентах при изменении отношения частоты продольных колебаний, возбуждаемых в буровом ставе (t-r), к частоте собственных колебаний бурового станка (t J , Кривая 1 - станок с частотой собственных колебаний 9,5 Гц, кривая 24,5 Гц., Как видно из фиг, 1, в диапазоне отношений 2 т 3 имеется минимум колебания нагрузки, причем наиболее рациональные значения лежат в окрест ности отношения, равного трем. Как видно из фиг,2 ; в случаях превышения частоты продольных колебаний, возбуждаемых в буровом ставе, над частотдй собственных колебаний бурового станка в 2,5-3 раза основное отклонение нагрузки значительно снижается. Снижение размаха колебаний и основного отклонения нагрузки обеспечивает значительное снижение уровня вибрации и повышение .динамической устойчивости. Снижение уровня низкочастотных вибраций и повышение динамической устойчивости бурового станка обеспечивает стабилизацию режимов работы в области высоких значений частоты вращения бурового става и осевой нагрузки на долото, а также позволяет 5 получить низкиеуровни вибрации в любом, , наперед заданном диапазоне частоты вращения бурового става, что расширяет технологические возможности бурового оборудования .и способствует повышению его производительности. Формула изобретения Способ виброзащиты бурового станка, включающий изменение отношения частоты собственных колебаний бурового станка к частоте вращения буровэго става, испытывающего продольные колебания, возбуждаемые взаимодействием зубьев долота с забоем скважины или дополнительным источником колеба ний, встроенным в буровой став, о тличающийся тем, что, с целью снижения уровня вибраций и повышения динамической устойчивости бурового станка, сатоту собственных ко лебаний бурового станка поддерживают OfnvoiJUfHue vafm Срие.1 по .величине меньшей, чем О, от частоты продольных колебаний бурового става, а отношение частоты собственных колебаний бурового станка к частоте вращения бурового става выбира ют в соответствии с соотношением К г J , где fc частота собственных колебаний бурового станка. 11J- частота вращения бурового 1 става К - число лап долота. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР jf 3l(), кл. Е 21 С 1/00, I960. 2.Суханов А.Ф. и др. Вибрация и надежность работы станков шарошечного бурения. М., Недра, 19б9, с. (прототип). om Отноц/ение voemom cpufZ