Буровой отражатель колебаний

(19) . (11) А 3151) Е 21 В 17 0 СПИ БРЕТ льств ГОСУДАРСТЕЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ САНИЕ ИЗО двторекомУ Св(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 883316, кл. Е 21 В 17/06, 1981.(54) (57) БУРОВОЙ ОТРАЖАТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ, включающий корпус, установленный в его полости шток, жестко связанный с долотом и имеющий осевой канал, гидравлический дроссель иузел передачи крутящего момента,о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения зфФективности буренияпутем расширения диапазона поглощения механических колебаний бурильного инструмента, гидравлический дроссель образован расположенной на наружной поверхности штокаконической гильзбй и установленнымв корпусе кольцом, причем шток вы"полнен в верхней части глухими имеет расположенные под дросселемрадиальные отверстия для проходапромывочной жидкости к долоту.цию.Наиболее близким техническим ре.шением к изббретению является над 35долотный гидравлический виброгаситель, включающий корпус, установленный в его полости шток, жесткосвязанный с долотом и имеющий осевойканал, гидравлический дроссель иузел крутящего момента 2 .Однако из-за большой потери напора жидкости в дросселе известныйвиброгаситель может быть установлентолько непосредственно над долотом45и поэтому. амортизации поддаютсятолько высокочастотные зубчатыевибрации с небольшими амплитудамиколебаний. Кроме того, невозможныоптимизация нагрузки на долото,увеличение подачи насосов и перепада 50давления буровой жидкости в долоте.Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем расшире.ния диапазона поглощения механических колебаний бурильного инструмента.,Укаэанная цель достигается тем,.что в буровом отражателе колебаний,Изобретение относится к бурениюскважин на нефть, гаэ и геотермальные воды.Известен наддолотный гидравлический виброгаситель, включающийкорпус с цилиндрической полостью,наковальню с каналом, выполненнуюв виде ступенчатого поршня и образующую с корпусом герметичнуюкольцевую полость, боек, выполненный в виде ступенчатого штока,размещенного в цилиндрической полости корпуса для перекрытия канала наковальни, а также упорныйэлемент. При этом кольцевая и цилиндрическая полости сообщаютсямежду собой,Однако данный виброгаситель необеспечивает достаточной надежности в работе иэ-за быстрой утечкимасла (и воздуха), закачиваемого вкольцевую и цилиндрическую полостипоршней. При работе устройства, ещедо выхода из строя уплотненйй поршней (которые недолговечны при бурении глинистыми растворами), маслоразмазывается между поршнем и корпусом, образуя пограничный слоймежду парами трения, а ступенчатыйшток отходит в свое крайнее верхнееположение в гнезде корпуса и перестает выполнять регулирующую функ 1 О152030 включающем корпус, установленный вего полости шток, жестко связанныйс долотом и имеющий осевой канал,гидравлический дроссепь и узел передачи крутящего момента, гидравлический дроссель образован расположенной на наружной поверхности штока конической гильзой и установленным в корпусе, кольцом, причем штоквыполнен в верхней части глухим иимеет расположенные под дросселемрадиальные отверстия для проходапромывочной жидкости к долоту.На чертеже схематично показанбуровой отражатель колебаний.Буровой отражатель колебанийсодержит корпус 1, установленный вего полости шток 2, выполненный вверхней части глухим и жестко связанный с долотом (не показан),гидравлический дроссель 3, образованный расположенной на наружной поверхности штока конической гильзой4 и установленным в корпусе кольцом 5, причем шток 2 имеет расположенные под дросселем 3 радиальные отверстия 6 для прохода промывочной жидкости к долоту.При этом длина наружной конической поверхности гильзы 4 составляет0,25-0,6 м и в зависимости от диаметра корпуса 1 в 6,25-20 раз большедлины образующей ответного ей отверстия кольца 5. Такое соотношение их линейных размеров позволяет бурильщику обеспечить регулирование сечения гидравлическогодросселя 3 с поверхности землипродольными движениями ведущейбурильной трубы,Снизу в корпус 1 ввернута назамковой резьбе наружная полумуфта7 узла 8 передачи крутящего момента, поджимающая узел 9 асбографитных уплотнений. Над узлом 9 уплотнений расположена дистанционнаявтулка 10, на верхнюю коническуюповерхность которой плотно надевает.ся кольцо 5. При этом между нижнимторцом кольца 5 и верхним плечомдистанционной втулки 10 остаетсязазор в 2-3 мм. Через резьбовой переходник 11 корпус 1 соединяется с колонной бурильных труб.Шток 2 внизу соединяется с долотом через внутреннюю полумуфту 12 узла передачи крутящего момента10 повышением давления на этом манометре,допускают бурильную колонну еще натакую длину, чтобы переместитьвниз кольцо 5 и реализовать в гидравлическом дросселе 3 расчетныйперепад давления жидкости, обеспечивающий необходимую гидравлическуюнагрузку на долото.Предельная величина давления, 1 О развиваемого насосами, должна соответствовать крайнему нижнему положению кольца 5 по отношению к гильзе 4, при котором в диффузоре реализуется максимальный перепад давле ния жидкости, Предохранительные устройства, установленные на нагнетательной стороне буровых насосов,должны срабатывать при достиженииэтой величинь давления, т.е. придостижении крайнего нижнего положения кольцом 5. Срабатывание предохранительного устройства насосовявляется сигналом о том, что сечениедросселя 3 необходимо увеличитьф 25 несколько приподняв бурильную колонну, Возможное резкое увеличениедавления нагнетания жидкости исрабатывание предохранительногоустройства насосов вследствие обвала стенок скважины или образованиясальника на долоте и прихвата бурильной колонны проверяются натяжкой бурильной коло;ны, при которойкольцо 5 перемещается в крайнее е верхнее положение. При этом, есливес инструмента увеличиваетсясверх собственного веса в жидкостии показание манометра не снижается,это означает, что бурильная колонна прихвачена обвалившейся породой (или сальником), полностьюили частично перекрывшей кольцевоепространство между стенками скважины и бурильным инструментом. При 45 всех случаях использования буровогоотражателя для бурения скважин разрывное давление мембраны 18 должнобыть на 4-5 МПа больше давлениясрабатывания предохранительныхустройств на нагнетательной сторонебуровых насосов. При этом за счет перепада давления буровой жидкости в гидравличес. ком дросселе 3 кольцо 5 плотно садится на плечо дистанционной втулки 10, надежно герметизируя.коническое сопряжение между ними, и уплотняется асбографитовое уплотнение 9 к штоку 2. Вращением бурильной колонны долото медленно допускают до забоя скважины и, следя за 55 зи присоединительной резьбой переходника 13. Сверху в шток 2 ввинчентолстенный патрубок 14, содержащийна своей наружной поверхности гильзу 4, конусные торцы которой уплотняются за счет затяжки резьбовыхсоединений патрубка 14, соединенного с муфтой 15, имеющей силовыеребра 16, Шток 2 сверху заглушеннаправляющей 17 с мембраной 18 напаранитовой прокладке 19Буровой отражатель колебанийработает следующим образом.При установке бурового отражателя колебаний над долотом осевая.погрузка на долото создается засчет перепада давления буровой жидкости в гидравлическом дросселе 3,а при установке над расчетной длиной секции УБТ нагрузка на долотосоздается весом секции УБТ и перепадом давления буровой жидкости вгидравлическом дросселе 3При спуске (а также при подъемен наращивании) бурильной колонныдолото (или секция УБТ с долотом)и ствол бурового отражателя висятна муфте 15, которая сидит своимисиловыми ребрами 16 на кольце 5.Последнее передает их вес черездистанционную втулку 10 и узел 9уплотнений наружной полумуфте 7узла передачи крутящего момента, ачерез нее корпусу 1 и установленнойнад ним колонне бурильных труб. Послспуска бурильной колонны с буровогоотражателя, недоходя до забоя скважины, восстанавливают циркуляциюбуровой жидкости в скважине и засекают давление жидкости по манометру на буровом етояке,Закачиваемая буровыми насосами жидкость из канала бурильныхтруб протекает между ребрами 16муфты 15 и далее через гидравлический дроссель 3 и радиальныеотверстия 6 штока 2 попадает к долоту или в канал УБТ.4; 84410 4 В процессе бурения продольныевысокочастотные колебания небольшойамплитуды, генерируемые работающим долотом, передаются штоку 2. При резком движении штока 2 вверх,что.соответствует отскоку долота отзабоя скважины, скорость буровойжидкости в гидравлическом дросселе 3 относительно штока 2 увеличивается, что создает дополнительный перепад давления в дросселе 3 и возрастание гидравлической нагрузки на шток 2, направленной вниз и прижимающей долото к зарою. Колебания средних и низких частот сравнительно большой амплитУды удли" няющие или укорачивающие бурильную колонну над буровым отражателем, передаются корпусу 1, При этом кольцо 5 перемещается вместе с корпусом 1 вдоль гильзы 4, соответственно увеличивая или уменьшая сечение дрос" селя 3 и пропорционально изменяя перепад давления жидкости в нем,т.е. препятствуя росту вертикальных перемещений бурильной колонны.При вскрытии долотом более мягких пород механическая скорость проходки увеличивается, С целью интенсифика-, ции промывки забоя скважины следует повысить производительность буровых насосов. Для этого приподнимают корпус 1 вместе с кольцом 5, увеличивая сечение гидравлического дросселя 3, при этом давление на мачо- метре бурового стояка уменьшается, что позволяет увеличить подачу насосов и интенсифицировать промывку забоя скважины. Удары корпуса 1 и штока 2 один о другой при их вибрации в процессе бурения исключаются тем, что положение кольца 5 относительно гильзы 4 контролируется бурильщиком по манометру на буровом стояке - интервал допустимого изменения давления на манометре (т,е. крайние верхнее и нижнее положения кольца 5 относительно гильзы 4) устанавливается в начале бурения,после спуска долота до забоя скважи-ны,вертикальными перемещениямибурильной колонны. Согласно описанному, в крайнем нижнем положении5 кольца 5 показание манометра максимальное и срабатывают предохранительные устройства на нагнетательной стороне насосов, а крайнееверхнее положение кольца 5 соответствует показанию манометра при промывке скважины с приподнятым от забоя долотом,Если по каким-либо причинам (например, для пропуска в канал штока15 2 аварийных инструментов) необходимо разрушить мембрану 18, то давление срабатыванияпредохранитель"ных устройств на нагнетательнойстороне буровых насосов регулируют2 О на величину, на 2-3 ИПа превышающуюдавление разрушения мембраны 18, разгружают бурильную колонну на длину.хода кольца 5 до полного перекрытиясечения гидравлического дросселя 3,25 а в бурильной колонне создают давление, достаточное для разрушениямембраны 18. Технико-экономическая эффектив- ЗО ность бурового отражателя колебаний заключается в использовании широкого спектра частот механическихпродольных колебаний бурильного инструмента для повышения интенсивности разрушения забоя скважиныи повышения показателей бурения приобеспечении долговечности его использования для бурения глубокихнефтяных, газовых и геотермальныхскважин с высокими забойными температурами в результате отсутствиярезиновых элементов.1084410 7 Родинаель Корректор С. Ше Ога едакто акаэ 1947/25, 4 И иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Гд 17 Составитель Техред М, Гер Тираж 564 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, РаПодписноекомитета ССи открытийская наб.,