Буровое шарошечное долото (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) (11) В 10 00 РЕТ ТЕЛ ЬСТВ ШЕЧНОЕ ДОЛОТО (ЕГ(54) БУРОВОЕВАРИАНТЫ) 1 а ОСУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ВТОРСНОМУ СВ(71) ВсесоюзныйКрасного Энайентельский инстит(56) 1. Максимеи др. Исследоварильных головокснаряду Недраразрушающий инсМ.у ВНИИБТ, 1972, АвторскоеР 964102, кл. Е.55 (088.8)нко Б.П., Перлов Г,Ф.ние характеристик бук керноотборномуВ кн,: Породотрумент, вып. ХХХЧ 1,6, с, 106-117.свидетельство СССР21 В 10/00, 1982(57) 1, Буровое шарошечное долото,содержащее лапы, шарошки с зубчатымвенцом и установленный на лапе надзубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенныев немагнитном корпусЕ постоянныймагнит и магниторезистор, о т л ичающее с ятем, что, сцельюповышения надежности работы долотапри бурении глубоких скважин за счетповышения достоверности информации обизносе вооружения и опоры долота,преобразователь вращения шарошек.снабжен установленными в немагнитномкорпусе коаксиально относительно другдруга двумя цилиндрическими магнитопроводами, а постоянный магнит выполнен в виде полого цилиндра с радиальной намагниченностью и размещенв кольцевом пространстве, образованном между магнитопроводами.1105599 2. Долотопоп. 1, отличающ е е с я тем, что, преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы установлены на торцах внутреннего цилиндрического магнитопровода,1 3, Долото по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом,установленным на немагнитном корпусенад торцом постоянного магнита свозможностью перемещения относительноодного из магниторезисторов,4, Буровое шарошечное долото, содержащее лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе пад зубЧатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенныев немагнитном корпусе постоянный магнит и магнитореэистор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышечия надежности работы долота при буИзобретение относится к буровойтехнике, а именно к шарошечному породоразрушающему инструменту длябурения скважин.Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус, шарошки и первичные индукционные преобразователиих вращения, которые при прохождении зубков шарошки около торца датчика преобразуют изменения магнитногополя в электрические сигналы 13.Однако величина возникающей при этом ЭДС зависит не только от кратчайшего расстояния между зубком и торцом датчика, но и от скорбсти пе - ремещения зубка в магнитном поле. Это исключает использование таких преобразователей при малых скоростях вращения и искажает поступающую информацию при неравномерном вращении шарошек, Получаемые при этом методе измерений электрические сигналы не позволяют судить о состоянии износа вооружения и опоры долота.Наиболее близким к предлагаемому является буровое шарошечное долото, содержащее лапы шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе над зубчатым венцом преобразователь враще ния шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор 23Однако данное .долото характеризует ся недостаточной чувствительностью первичного преобразователя,позволяющей, проводить качественные измерения ении глубоких скважин за счет повыения достоверности информации об износе вооружения и опоры долота, преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным постоянным магнитом и призматическим магнитопроводом, причем призматический магнитопровод установлен между постоянными магнитами, примыкающими к нему одноименными полюсами,5Долото по и, 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что преобразователь вращения шарашек снабжен дополнитель - ным магниторезистором, причем магниторезисторы размещены на торцах призматического магнитопровода.б, Долото по пп. 4 и 5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом одного из постоянных магнитов с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов. только при прохождении зубков шарошек в непосредственной близости от торца преобразователя, что является причиной недостаточной точноети определе ния износа нагруженных элементов долота. Кроме того, недостатками извест - ной конструкции долота являются значительная температурная погрешность, возникающая при изменении температу- Я Ры окружающей среды в процессе бурения, и отсутствие достаточной термокомпенсации, что позволяет использовать укаэанную конструкцию только при бурении скважин малой глубины.Целью изобретения является повышение надежности работы долота при бурении глубоких скважин за счет повышения достоверности информации о частоте вращения шарошек и износе вооружения и опоры долота.2 Указанная цель достигается тем,что в буровомшарошечном долоте,содержащем лапы, шарошки с зубчатымвенцом и установленный на лапе над 25 зубчатым венцом преобразовательвращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе гГостоянный магнит и магнитоФззистор,преобразователь вращения шарошек 30 снабжен установленными в немагнитномкорпусе коаксиально относительнодруг друга двумя цилиндрическими магнитопроводами, а.постоянный магниТвыполнен в виде полого цилиндра с З 5 радиальной намагниченностью и размещен в кольцевом. пространстве, обра"зованном между магнитопроводами.Преобразователь вращения шарошекснабжен дополнительным магнитореэистором, причем магниторезисторы установлены на торцах внутреннего цилиндрического магнитопроводаКроме того, преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитнымкорректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом постоянного магнита с возможностью перемещения относительно одногоиэ магниторезисторов.Возможно также другое конструктивное выполнение долота, согласно кото рому в буровом шарошечном долоте,содержащем лапы, шарошки с зубчатымвенцом и установленный на лапе надзубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянныймагнит и магниторезистор, преобразователь вращения шарошек снабжен допол -нительным постоянным магнитом и призматическим магнитопроводом, причемпризматический магнитопровод установ лен между постоянными магнитами, примыкающими к нему одноименными полюсами,Преобразователь вращения шарошекснабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы размещены на торцах призматического магнитопровода.Кроме того, преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным 35корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом одного из постоянных магнитов свозможностью перемещения относительноодного из магниторезисторов,40На фиг. 1 изображен фронтальныйвид предлагаемого шарошечного долота;на фиг 2 и 3 - долото по первомуварианту исполнения; на фиг. 4 и 5то же, по второму. 45Долото, изображенное на фиг. 1, состоит из корпуса с лапами 1 и шарошек 2, на которых установлены зубки 3. На корпусе долота с помощью крепежного приспособления 4 соосно с зубком одного иэ венцов шарошки, на расстоянии до 10-12 мм от его вершины, крепится первичный преобразователь 5. Преобразователь 5 (фиг, 2 и 3) состоит из постоянного магнита б, цилиндрических центрального 7 и наружного 8 магнитопроводов, немагнитного корпуса 9, магниторезистив-, ных элементов 10 и 11, соединенных по мостовой схеме и установленных ф попарно на торцах центрального магнитопровода 7, и ферромагнитного корректирующего элемента 12, предназначенного для первоначальной балансировки измерительного моста. 65 Преобразователь 5 по второму варианту исполнения (фиг. 4 и 5) состоит из двух постоянных магнитов б и 7, центрального магнитопровода 8 в виде призмы, немагнитного корпуса 9, магниторезистивных элементов 10 и 11, установленных на торцах магнитопровода 8, и ферромагнитного корректирующего элемента 12, установленного свозможностью изменения его положения относительно одного из магниторезисторов, Оптимальное расстояние между вершиной зубка и первичным преобразователем устанавливается с помощью крепежного приспособления 4,Работа предлагаемого долота аналогична работе обычного шарошечного долота и осуществляется путем приложения к нему осевой нагрузки и вращения его и шарошек вокруг своих осей,В процессе бурения зубки 3 одного из венцов шарошки 2 поочередно приближаются к торцу преобразователя на минимальное расстояние - прск:транство в котором проявляется магнитное поле преобразователя, Каждый зубок, попавший в магнитное поле, изменяет его величину на торцах центрального магнитопровода 7 и соответственно величину магнитных потоков, пронизывающих магниторезистивные элементы 10 и 11. При этом величина магнитного потока, проходящего через торец магнитопровода, расположенный ближе к зубку, увеличивается, а через более отдаленный торец - уменьшается, соответственно сопротивление магниторезисторов 10 и 11, наклеенных на ближ- ний торец, увеличивается, а на дальний - уменьшается. Так как магниторезистивные элементы 10 и 11 соединены по мостовой схеме, все плечи моста являются активными, что позволяет получить максимальную величину измеряемого сигнала.При прохождении зубка 3 под первичным преобразователем 5 изменяющиеся величины сопротивлений магниторезистивных элементов 10 и 11 преобразуются в пропорциональный электрический сигнал, который можно передавать на любое, забойное регистрирующее устройство или по линии связи на поверхность и т.д.Первичный преобразователь можно многократно использовать - он легко переставляется с отработанного долота на новое.Радиальная намагниченность постоянного магнита обеспечивает создание мощного магнитного потока одноименной полярности, проходящего через центральный магнитопровод в сторону движущегося объекта измерения,Как по первому, так и по второму вариантам исполнения преобразователя магниторезистивные элементы до наклейки подбираются поодинаковой велчине сопротивлений, после размещенияих на торцах центрального магнитопровода величины их сопротивлений могутотличаться между собой до несколь"ких процентов. Для выравнивания величины их сопротивлений каждая половина моста снабжена ферромагнитнымкорректирующим элементом, расположенным на торце преобразователя с возможностью изменения его положения относительно одного из магниторезистивных элементов,ферромагнитный корректирующий элемент 12 позволяет сделать одинаковымисопротивления магниторезистивных элементов и тем самым во много раз 5уменьшить температурную нестабильностьмостовой схемы.При размещению на одинаковом расстоянии от зубков с первичного преобразователя цилиндрической Формы 20(первый вариант) благодаря более мощному постоянному магниту и конфигурации ферромагнитных магнитопроводовпри равенстве прочих условий получаютбольший по величине электрическийсигнал, чем с преобразователя прямоугольной формы. Однако в тех случаях,когда расстояние просвета между корпусом долота и его наибольшим диаМетром (диаметром забоя скважины) недостаточно для установки преобразовате- З 0ля цилиндрической формы, устанавливают преобразователь прямоугольной форьею (по второму варианту), которыйболее компактен и, кроме того, вместо прямоугольных постоянных магнитову него по бокам центрального магнитопровода можно установить сплошныедисковые магниты,Необходимо отметить, что минимальные размеры магниторезистивных преобразователей двух представленных вариантов позволяют выполнять предлагаемое устройство на базе любого существующего долота и проводить исследовательские работы независимо от величины углубления долота в породу прибурении.Таким образом, предлагаемое долото по сравнению с известным позволяетполучать более достоверную и качественную информацию о часто",е вращенияшарошек и износе нагруженйых элементов долота при бурении скважин значительно большей глубины. Это ведет кповышению технико-экономических показателей работы шарошечных долот,позволяет оперативно управлять технологией бурения, своевременно прекращать процесс бурения, подымая отработанное долото на поверхность,В конечном итоге это позволяетусовершенствовать существующие доло-.та и приводит к уменьшению количества шарошечных долот на проводкускважины и времени на спуско-подъемные операции..П Редакт 562/24 Тираж 565НИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб Подписн ка 4/ филиал ППППатент, г, Ужгород, ул. Проектная,