Стенд для испытания бурильногоинструмента

4 дв 4 тфом.-.авттаатвитно-тевтблй ен О П 4%44.в ИЗОБРЕТЕНИЯ п 1794165 Союз Советских Социалистических Республико делам изобретен 5) Дата опубликования описания 07.01.81 ткрмтии. ф, Лебедев и И. А. Малеевго Красного Знамени госудького и Пермский филиальского института буровой тех ственнысесоюзноики ЛЯ ИСПЫТАНИЯ БУРИЛЬНИНСТРУМЕНТА 54) СТЕНД тко связан неподвижилиндрами параметры и вязкой- =рс 5,а5 г- =р с,а продольтрубе, м/с; кости межволнь поверхности циязанного с бурильН. Д. Деркач,Пермский ордена Трудовониверситет им. А. М, Гонаучно-исследовате Изобретение касается буровой техники и относится к стендам для динамических испытаний бурильного инструмента.Известен стенд для испытания бурильного инструмента, включающий бурильные 5 трубы, забойный двигатель, долото, имитатор колебаний, выполненный в виде инертных масс и пружины, и неподвижные опоры 1.Путем подбора масс и жесткостей пру жин можно достичь хорошего соотношения с реакцией бурильной колонны только при вполне определенных частотах продольных и крутильных колебаний. В действительности в процессе бурения продольные и кру тильные колебания имеют весьма широкий диапазон частот. Более того, колебательный процесс носит стохастический характер, Поэтому и этот способ дает значительное искажение динамической реакции колонны 20 бурильных труб.Цель изобретения - повышение точности моделирования динамической реакции длиной (свыше 1000 м) колонны бурильных труб во всем диапазоне частот продольных 25 и крутильных колебаний.Указанная цель достигается тем, что имитатор колебаний выполнен в виде тонкостенных цилиндров, установленных с зазором концентрично относительно друг 30 друга, причем один цилиндр ж с бурильной трубой, а второй ными опорами, зазор между заполнен вязкой жидкостью, и цилиндров, бурильной трубы жидкости связаны соотношение5 р - плотность материала бурильной трбы, кг/мз;с - скорость распространенияной волны в бурильнойа - толщина слоя вязкой жидду цилиндрами, м;т 1 - коэффициент динамической вязксти жидкости, кг/мс;с, - скорость распространениясдвига, м/с;/ - полярный момент инерции попереного сечения бурильной трубы, м 4г - радиус цилиндра, жестко связаныго с бурильной трубой, м;5 - площадь боковойлиндра, жестко свной трубой, м 2;5, - площадь поперечного сечения брильной трубы, мз,=рс, Уа 3На 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 снеподвижной 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 соотношением5- =р с ,а Б г 21 =р с 1,агде р - плотность материала бурильной трубы, кг/м;с - скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с;а - толщина слоя вязкой жидкости между цилиндрами, м;т 1 - коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс;с - скорость распространения волнысдвига, м/с;/ - полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, м 4;г - радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м;5 - площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м 2;50 - 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 вязкоготрения 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. 15 Формула изобретения 1. Стенд для испытания бурильного инструмента, включающий бурильную трубу, забойный двигатель, долото, имитатор ко лебаний и неподвижные опоры, отл ич ающ и й с я 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 неподвижЗ 0 ными опорами, зазор между цилиндрамизаполнен вязкой жидкостью, и параметры цилиндров бурильной трубы и вязкой жидкости связаны соотношением 40 где р - плотность материала бурильной трубы, кг/м,с - скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с;а - толщина слоя вязкой жидкости меж 45 ду цилиндрами, м;и - коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс;с, - скорость распространения волнысдвига, м/с;50 /р - полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, м 4;г - радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м;5 - площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м 2;5, - площадь поперечного сечения бурильной трубы, м 2,60 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Владиславлев В. С, Разрушение породпри бурении скважин Гостоптехиздат, М 65 1958, с. 42 - 45 (прототип).Типография, пр. Сапунова,Заказ 202/4НПО Поиск Г Промыбочкаяжидкаалю Изд. Мо 144 Тираж 634 Подписноарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5