RU2185493C2

RU2185493C2 - Damper of longitudinal vibrations

Info

Publication number: RU2185493C2
Application number: RU2000121293A
Authority: RU
Inventors: И.Е. Ишемгужин; Э.Ш. Имаева; А.В. Лягов; Е.И. Ишемгужин; В.У. Ямалиев
Original assignee: Уфимский государственный нефтяной технический университет
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells, particularly, devices for damping of drilling tool vibrations in well. SUBSTANCE: essence of invention consists in that metal damping member of damper with preset natural frequency of vibrations determined by calculation is connected with subs and body provided with a cover by means of couplings with splines for torque transmission. EFFECT: increased efficiency of vibration damping, reliability and simplification of damper design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предназначено для гашения продольных колебаний бурильного инструмента в скважине. The invention relates to the drilling of oil and gas wells and is intended to damp longitudinal vibrations of a drilling tool in a well.

Известен демпфер продольно-крутильных колебаний (а.с. СССР 1579975, МКИ Е 21 В 17/07, би 27, 1990 г.), содержащий корпус, полый вал, соединенные между собой с возможностью передачи крутящего момента и повторяющие форму расположенного между ними демпфирующего элемента. Known damper longitudinally torsional vibrations (AS USSR 1579975, MKI E 21 17/07, bi 27, 1990), comprising a housing, a hollow shaft, interconnected with the possibility of transmitting torque and repeating the shape located between them damping element.

Недостатком его является наличие резинового упругого элемента, недолговечного ввиду релаксационных свойств, и низкая эффективность гашения продольных колебаний. Its disadvantage is the presence of a rubber elastic element, short-lived due to relaxation properties, and low damping efficiency of longitudinal vibrations.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является демпфер продольных колебаний (а.с. СССР 582375, МКИ Е 21 В 17/06, би 44, 1977 г.), содержащий переводники, корпус и металлический демпфирующий элемент с заданной частотой собственных колебаний. The closest technical solution to the present invention is a longitudinal vibration damper (USSR AS 582375, MKI E 21 B 17/06, bi 44, 1977), containing sub, a housing and a metal damping element with a given frequency of natural vibrations.

Недостатком его является сложность конструкции и узкий диапазон гашения колебаний. Its disadvantage is the complexity of the design and a narrow range of damping.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности гашения колебаний, надежности и упрощения конструкции демпфера, улучшения показателей бурения скважин. The present invention solves the problem of increasing the efficiency of damping oscillations, reliability and simplifying the design of the damper, improving the performance of well drilling.

Поставленная задача решается тем, что демпфер продольных колебаний, содержащий переводники, корпус и металлический демпфирующий элемент, снабжен соединенными с переводниками и корпусом, который имеет крышку, муфтами со шлицами с возможностью передачи крутящего момента, при этом заданная частота собственных колебаний демпфирующего элемента определяется из выражения:

где ω - частота собственных колебаний;
l - длина демпфирующего элемента;
EI - жесткость демпфирующего элемента;
Р - продольная сжимающая сила, равная критической;
m - масса демпфирующего элемента.The problem is solved in that the longitudinal vibration damper containing the sub, the casing and the metal damping element is provided with couplings with splines with the ability to transmit torque coupled to the sub and the casing, which has a cover, and the predetermined natural frequency of the damping element is determined from the expression :

where ω is the frequency of natural vibrations;
l is the length of the damping element;
EI is the stiffness of the damping element;
P is the longitudinal compressive force equal to critical;
m is the mass of the damping element.

На фиг.1 представлен общий вид демпфера продольных колебаний, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Figure 1 presents a General view of the damper of longitudinal vibrations, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1.

Демпфер продольных колебаний содержит переводники 1 и 2, муфты со шлицами 3 и 4, корпус 5, соединенные между собой с возможностью передачи крутящего момента, крышку корпуса 6, демпфирующий элемент 7. The longitudinal vibration damper contains sub 1 and 2, couplings with slots 3 and 4, the housing 5, interconnected with the possibility of transmitting torque, the housing cover 6, the damping element 7.

Устройство работает следующим образом. В процессе бурения при возникающих колебаниях бурильной колонны на демпфирующий элемент 7 действует продольная сжимающая сила Р, определяемая из выражения для потенциальной энергии низа бурильной колонны [Ишемгужин Е.И. Нелинейные колебания элементов буровых машин: Учебное пособие. - Уфа: Изд-во УНИ, 1988. - c.61]. The device operates as follows. In the process of drilling with the occurring vibrations of the drill string, a longitudinal compressive force P acts on the damping element 7, which is determined from the expression for the potential energy of the bottom of the drill string [Ishemguzhin E.I. Nonlinear vibrations of elements of drilling machines: a Training manual. - Ufa: Publishing House of the UNI, 1988. - p.61].

Используя энергетический метод, можно получить значение собственной частоты ω, в частности, для одноразмерного низа бурильной колонны в искривленной скважине. Отсюда следует, что при продольной сжимающей силе, равной критической, -

к нулю стремится и собственная частота ω демпфирующего элемента, наступает так называемый "нулевой" резонанс, что позволяет демпферу гасить разночастотные продольные колебания.Using the energy method, one can obtain the value of the natural frequency ω, in particular, for a one-dimensional bottom of the drill string in a curved well. It follows that with a longitudinal compressive force equal to critical, -

The eigenfrequency ω of the damping element also tends to zero, the so-called “zero” resonance occurs, which allows the damper to damp different-frequency longitudinal vibrations.

Вводя демпфирующий элемент 7 определенной длины l, можно добиться значения критической нагрузки на бурильную колонну, тем самым обращая в нуль собственную частоту демпфирующего элемента. При реально меняющейся осевой нагрузке на бурильную колонну демпфирующий элемент входит в "нулевой" резонанс, исполняя роль экрана энергии, снижая число выбросов, положительно влияя на процесс бурения. By introducing a damping element 7 of a certain length l, it is possible to achieve a critical load on the drill string, thereby nullifying the natural frequency of the damping element. With a really changing axial load on the drill string, the damping element enters the "zero" resonance, acting as an energy shield, reducing the number of emissions, and positively affecting the drilling process.

Предлагаемое изобретение может быть использовано при проводке прямых и наклонных нефтяных и газовых скважин. Применение предлагаемого изобретения, благодаря концентрации подводимой энергии на забой, позволит повысить показатели бурения, увеличить ресурс забойного двигателя, время работы долота, приемистость забойного двигателя к осевой нагрузке, устойчивость его работы. The present invention can be used for direct and deviated oil and gas wells. The application of the invention, due to the concentration of energy supplied to the face, will increase drilling performance, increase the resource of the downhole motor, the operating time of the bit, the throttle response of the downhole motor to axial load, and the stability of its operation.

Claims

A longitudinal vibration damper comprising sub, a housing and a metal damping element with a given frequency of natural vibrations, characterized in that it is provided with couplings with slots with the ability to transmit torque coupled to the sub and the housing, which has a cover, while the predetermined natural frequency of the damping element is determined from the expression

where ω is the frequency of natural vibrations;
l is the length of the damping element;
EI - stiffness of the damping element;
P is the longitudinal compressive force equal to critical;
m is the mass of the damping element.