Гидравлический глубинный измеритель крутящего момента Советский патент 1982 года по МПК E21B44/04 

Изобретение относится к устройствам для исследования режима бурения, в частности,к гидравлическим забойным измерителям крутящего момента на любом участке бурильной колонны. Известно глубинное автоматическое устройство для регистрации крутящего момента на забое скважины. В известном устройстве используется магнитоанизотропный датчик, с помощь которого измеряемый момент преобразуется в электрический сигнал, записываемый на соответствующую диаграмму 11 . Недостатком указанного устройства является сложность электрической схе мы, работающей ненадежно в глубокой скв(ажине при высоком гидростатическо4 давлении жидкости (100-200 ксг/C при вибрации и повышенной температуре (10°С и более). Известен также механический забой ный измеритель крутящего момента, который выполнен в виде двух шлицевых втулок и шлицевого вала, причем углы наклона шлицов в первом и во . втором ишицевых соединениях выполне ны различными и на одном конце шлиц вого вала установлена пружина сжат тия, упирающаяся в корпус втулки, а на втором - самописец 2. По сравнению с предыдущим устройством механический измеритель крутяп1егося момента проще и работает надежней в глубоких скважинах при высоком гидростатическом давлении, вибрации и повышенной температуре. Однако наличие в нем двух узлов трения (.два шлицевых соединения ), создающих торможение при преобразовании крутящего момента в осевое усилие и зависимость пружины сжатия от температурных изменений вносят существенные искажения в диаграмму, вычерчиваемую самописцем. Наиболее близким к предлагаемому является гидравлический глубинный моментомер, который содержит корпус с осевым каналом для промывочной жидкости, поворотный вал, установленный внутри корпуса вдоль его оси, и поршни, размещенные в цилиндрических тангенциальных отверстиях вала с возможностью упора в корпус и образующие гидравлическую полость, сообщающуюся с чувствительным элементом Сз . Гидравлический моментомер обеспечивает достаточную точность передачи вращательного момента на чувствительный элемент путем преобразования крутящего момента в давление жидкости. Но известный гидрав пический моментомер не применим при геологоразведочном бурении скважин малого диаметра (от 59 до 112 мм), так как из-з тангенциального расположения поршней с уменьшением поперечных габаритов моментомера, а следовательно и рабочей поверхности поршней, давление жидкости в гидрав лической полости возрастает настоль;Ко, что приводит к поломке устройства. Так при бурении скважин диаметром 76 мм и приклада1ваемом крутящем моменте 150 кг-м давление жидкости в гидравлической полости достигает 6000 кгс/см2. Цель, изобретения - уменьшение поперечных габаритов гидравлического забойного измерителя крутящего момента для обеспечения применения его в скважинах малого диаметра. Эта цель достигается тем, что в гидравлическом забойном измерителе крутящего момента, содержащем корпус с осевым каналом для промывочной жидкости, поворотный вал, установленнь1й внутри корпуса вдоль его оси поршень, гидравлическую полость и чувствительный элемент, поршень вы.полнен кольцевым и установлен в стен ке корпуса вертикально/ а под поршнем размещена гайка,, соединенная с поворотным валом , и с корпусом - шлицами. Выполнение поршня кольцевым и установка его вертикально в стенке корпуса над гайкой, соединенной с валом резьбой, а с корпусом шлицами и передающей преобразованный в осевое усилие крутящий момент на указан ный поршень в условиях бурения -скважин малого диаметра (59-112 ммJ обес печивает рабочую площадь поршня, при которой давление жидкости в гидравлической полости не превышает 800 ат На фиг. 1 показан гидравлический забойный измеритель крутящего момента ; на фиг. 2 - разрез Л-А на фиг. 1 В корпусе 1 (фиг. 1) с осевым каналом 2 для промывочной жидкости установлен поворотный вал 3. Между корпусом 1 и поворотным валом 3 размещена гайка 4, которая соединена С)корпусом 1 вертикальными шлицами 5 (фиг. 2) и с валом 3 левой резьбой 6, угол подъема которой равен . В корпусе 1 выполнена кольцевая гидравлическая полость 7, в которой вертикально над гайкой 4 удтановлен кольцевой попшень 8. Гидравлическая полость 7 через канал 9 соединена с еитой пружиной 10 геликсного маноиетра 11. Геликсный манометр 11 содержит диаграммный бланк 12, разЛещенный на каретке 13, соединенной с часовым приводом 14. Корпус 1 вверху соединен с переходником 15, а вал 3 соединен внизу с ниппелем 16. Устройство работает следующим образом. Крутящий момент с корпуса 1 передается на вал 3 через гайку 4, которая по вертикальным шлицам 5 и левой резьбе 6 перемещается вверх и давит на кольцевой поршень 8, создавая равновесие между давлением жидкостти и крутящим моментом. Давление жидкости в гидравлической полости 7, канале 9 и витой пружине 10 раскручивает последнюю и заставляет перо 17 совершать вращательное движение и наносить запись на диаграммный бланк .12, размещенный на каретке 13, которая часовым приводом 14 приводится в поступательное движение. Гидравлический забойный измеритель крутящего момента малогабаритен, благодаря чему применим при бурении скважин малого диаметра. Давление жидкости в его гидравлической полости не высоко, что позволяет использовать в нем регистрирующий прибор высокой точности. Например геликсный манометр.- Формула изобретения Гидравлический глубинный измеритель крутящего момента, содержащий корпус с осевым каналом, поворотный вал внутри корпуса, поршень, гидравлическую полость и чувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью уменьшения поперечных габаритов измерителя,поршень выполнен кольцевым и размещен в стенке корпуса вдоль его оси, а под поршнем размещена гайка, которая соединена с поворотным валом резьбой и с корпусом - шлицами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Грачев Ю.В., Варламов В.П. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. М., Недра, 1968. . 2.Авторское свидетельство СССР 582381, кл. Е 21 В 45/00, Е 21 В -19/08, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР 450880, кл. Е 21 В 45/00, 1972.

15

А-/(

1ри.г

16