RU2255197C1

RU2255197C1 - Hydromechanical shock-absorber

Info

Publication number: RU2255197C1
Application number: RU2004107470/03A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Яковлев (RU); И.Г. Яковлев
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-06-27

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: device has body, in lower portion of which rows of shock-absorbing elements are placed in form of balls, which are separated by metallic rings. In upper part of lower portion of body piston is placed, forming a hermetic hydraulic chamber together with shaft and upper portion of body, which chamber is meant for forming of additional shock-absorbing ability and filled with diesel oil, which is sent through hydraulic flows, placed in upper portion of body. Device is mounted as a part of assemblage of lower portion of drilling column as between chisel and calibrating means (stabilizer) and face engine, as between face engine and a structural element.

EFFECT: higher reliability, higher efficiency, higher durability, higher quality, higher precision.

1 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для гашения радиальных и осевых вибраций, возникающих в бурильной колонне при нагрузках, возникающих при бурении скважины. Это устройство может быть использовано при бурении вертикальных, горизонтальных и наклонно-направленных скважин на нефть и газ любым известным способом.The invention relates to drilling equipment, and in particular to devices for damping radial and axial vibrations occurring in a drill string under loads arising from drilling a well. This device can be used when drilling vertical, horizontal and directional wells for oil and gas by any known method.

Известен амортизатор (RU 2015294 С1, МПК 7 Е 21 В 17/17, 30.06.1994 г.), содержащий корпус, расположенный в нем ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость и замкнутую шлицевую полость. Меньшая ступень вала образует с корпусом полость для размещения упругого элемента, выполненного в виде рядов резиновых шаров, расположенных между металлическими дисками. Между шлицевой полостью и полостью для расположения упругого элемента расположена камера гидравлической разгрузки, сообщенная с затрубным пространством каналами.Known shock absorber (RU 2015294 C1, IPC 7 E 21 B 17/17, 06/30/1994), comprising a housing, a stepped shaft located therein, forming a spline cavity and a closed spline cavity with its larger stage. A smaller shaft stage forms a cavity with the housing for accommodating an elastic element made in the form of rows of rubber balls located between metal disks. Between the spline cavity and the cavity for the location of the elastic element is a hydraulic discharge chamber, in communication with the annulus of the channels.

Недостатком данной конструкции является наличие камеры гидравличеческой разгрузки, заполняющейся буровым раствором, негативно влияющего на резиновые элементы, и размывает внутреннюю полость амортизатора. Сложность конструкции, по сравнению с предлагаемым устройством, ограничивает возможности промыслового использования и обслуживания известного амортизатора.The disadvantage of this design is the presence of a hydraulic discharge chamber, which is filled with drilling fluid, adversely affecting the rubber elements, and erodes the internal cavity of the shock absorber. The complexity of the design, compared with the proposed device, limits the possibilities of commercial use and maintenance of a known shock absorber.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является совершенствование работы амортизаторов.The task to which the claimed technical solution is directed is to improve the operation of shock absorbers.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается увеличении стойкости долот и забойного оборудования, снижении количества спуско-подъемных операций (СПО), сохранности стенок скважины от разрушения, а также улучшении качества проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин.In the implementation of the invention, the task is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the durability of bits and downhole equipment, reducing the number of tripping and lowering operations (SPO), preserving the walls of the well from destruction, as well as improving the quality of wiring of directional and horizontal wells.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидромеханическом амортизаторе, содержащем корпус, в нижней части которого расположен вал, образующий с гайкой, которая взаимодействует с ним через шлицевое соединение, зазор, внутри нижней части корпуса расположены ряды амортизирующих резиновых элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами, особенностью является то, что вверху нижней части корпуса с амортизирующими элементами расположен поршень, образующий с валом и верхней частью корпуса герметичную гидравлическую камеру, предназначенную для создания дополнительной амортизирующей способности и заполненную дизельным маслом, которое подается через гидропротоки, расположенные в верхней части корпуса.The specified technical result is achieved by the fact that in the hydromechanical shock absorber containing the housing, in the lower part of which there is a shaft forming with a nut that interacts with it through a spline connection, a gap, rows of shock-absorbing rubber elements are arranged inside the lower part of the housing in the form of balls that are divided metal rings, a feature is that at the top of the lower part of the housing with shock absorbing elements there is a piston forming a sealed hydraulic circuit with the shaft and upper part of the housing a chamber designed to create additional cushioning ability and filled with diesel oil, which is fed through hydraulic flows located in the upper part of the body.

Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения следующая: наличие маслонаполненной, герметичной гидравлической камеры в данном устройстве позволяет постоянно при работе гидромеханического амортизатора гасить вибрации и сопротивляться действию диссипативных сил. Внутри нижняя часть корпуса, в которой расположены амортизирующие элементы, лишена свободного доступа бурового раствора, это продлевает срок их службы, при воздействии осевой нагрузки на изделие резиновые элементы, более сжимаемые воспринимают ее до определенной степени, далее для того, чтобы компенсировать силу, которая может привести к разрушению резиновых элементов, выполняет работу герметичная гидравлическая камера. Тот же принцип работы изделия происходит при знакопеременных нагрузках. Для отделения от абразивной среды резиновых амортизирующих элементов предлагается установить герметичную гидравлическую камеру, заполняемую дизельным маслом.The causal relationship between the claimed technical result and the essential features of the invention is as follows: the presence of an oil-filled, sealed hydraulic chamber in this device allows you to constantly damp vibrations and resist the action of dissipative forces during the operation of the hydromechanical shock absorber. Inside, the lower part of the casing, in which the shock-absorbing elements are located, is deprived of easy access to the drilling fluid, this extends their service life, when the axial load affects the product, rubber elements that are more compressible perceive it to a certain extent, further in order to compensate for the force, which can lead to the destruction of rubber elements, a sealed hydraulic chamber does the work. The same principle of operation of the product occurs with alternating loads. To separate rubber shock-absorbing elements from the abrasive medium, it is proposed to install a sealed hydraulic chamber filled with diesel oil.

Отсутствие открытого доступа бурового раствора в полость, где расположены резиновые амортизирующие элементы, позволит повысить надежность и долговечность работы амортизирующих элементов.The lack of open access to the drilling fluid in the cavity where the rubber shock-absorbing elements are located will improve the reliability and durability of the shock-absorbing elements.

Предложенная конструкция отличается от данного рода изделий простотой изготовления, универсальностью использования, надежностью и низкой себестоимостью. Сочетание работы двух амортизирующих систем (гидравлической и механической), увеличенная стойкость амортизирующих систем, простота изготовления и обслуживания увеличивает надежность работы изделия.The proposed design differs from this type of product by the simplicity of manufacture, versatility of use, reliability and low cost. The combination of two shock-absorbing systems (hydraulic and mechanical), increased durability of shock-absorbing systems, ease of manufacture and maintenance increases the reliability of the product.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид гидромеханического амортизатора.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the hydromechanical shock absorber.

Гидромеханический амортизатор имеет корпус 1, в верхней части которого расположены гидропротоки 9 для подкачки масла в герметичную гидравлическую камеру 2, герметизации которой способствует расположение сальников 10 и 11, а ее нижняя часть ограничена поршнем 7. Верхняя часть корпуса 1 также является соединением гидромеханического амортизатора с валом шпинделя или утяжеленными бурильными трубами (УБТ) и нижней частью корпуса амортизатора 3, который соединен с гайкой 4 и верхней частью корпуса 1. Внутри нижней части корпуса 3 расположены поршень 7, заполненный амортизирующими элементами 5 в виде резиновых (каучуковых) шаров (в некоторых случаях могут быть заменены на стальные пружины). Ряды амортизирующих элементов 5 разделяются металлическими кольцами 8. Поршень 7 и амортизирующие элементы 5 расположены между валом 6 и нижней частью корпуса 3, снизу расположена пята вала 6, соединенная с гайкой 4 нижней частью корпуса 3 и передающая вращение от корпуса на вал 6 через шлицевое соединение 12, имеющее зазор. Снизу вал имеет резьбу для соединения с долотом или калибратором (не показаны).The hydromechanical shock absorber has a housing 1, in the upper part of which there are hydraulic flows 9 for pumping oil into a sealed hydraulic chamber 2, the sealing of which is facilitated by the location of the seals 10 and 11, and its lower part is limited by the piston 7. The upper part of the housing 1 is also a connection of the hydromechanical shock absorber with a shaft spindle or weighted drill pipe (UBT) and the lower part of the shock absorber housing 3, which is connected to the nut 4 and the upper part of the housing 1. Inside the lower part of the housing 3 are located Porsche s 7 filled cushioning elements 5 in the form of rubber (rubber) balls (in some cases, may be replaced by steel springs). The rows of shock-absorbing elements 5 are separated by metal rings 8. The piston 7 and shock-absorbing elements 5 are located between the shaft 6 and the lower part of the housing 3, the heel of the shaft 6 is located below, connected to the nut 4 by the lower part of the housing 3 and transmitting rotation from the housing to the shaft 6 through a splined connection 12 having a gap. The shaft below is threaded for connection to a chisel or calibrator (not shown).

В качестве амортизирующих элементов используются резиновые шары из тепломаслостойкой резины 54-24 (9Та-24-1). Резиновые шары обладают несколько большей амортизационной способностью, чем другие резиновые формы, к тому же они перекатываются в процессе работы амортизатора в направлении, перпендикулярном к действию осевой нагрузки, что снижает их усталостный и односторонний износ. Имеющийся зазор в шлицевом соединении позволяет гасить и радиальные вибрации. Рядное расположение резиновых шаров позволяет снизить негативное влияние знакопеременных нагрузок, то есть амортизатор не работает как отбойник. В отличие от металлических амортизирующих элементов резиновые (при одной длине хода амортизатора) характеризуются меньшей нагрузочной способностью, динамическая составляющая нагрузки на долота более плавная, что увеличивает срок службы долота.As shock-absorbing elements, rubber balls made of heat-oil-resistant rubber 54-24 (9Ta-24-1) are used. Rubber balls have a slightly greater cushioning ability than other rubber forms, in addition, they roll over during the operation of the shock absorber in the direction perpendicular to the action of the axial load, which reduces their fatigue and one-sided wear. The existing gap in the splined joint allows damping of radial vibrations. The in-line arrangement of rubber balls allows you to reduce the negative impact of alternating loads, that is, the shock absorber does not work like a bump. In contrast to metal shock-absorbing elements, rubber (with a single stroke length of the shock absorber) is characterized by a lower load capacity, the dynamic component of the load on the bit is smoother, which increases the life of the bit.

При ухудшении свойств резины возрастает амортизирующая способность в гидравлической камере, что продляет срок службы амортизатора.When the properties of rubber deteriorate, the cushioning ability in the hydraulic chamber increases, which extends the life of the shock absorber.

При бурении глубоких и сверхглубоких скважин в условиях высоких температур и давлений, а также в среде сероводорода и нефтепродуктов целесообразно произвести замену комплекта резиновых шаров на комплект металлических пружин.When drilling deep and superdeep wells at high temperatures and pressures, as well as in the environment of hydrogen sulfide and oil products, it is advisable to replace a set of rubber balls with a set of metal springs.

Гидромеханический амортизатор работает следующим образом.Hydromechanical shock absorber operates as follows.

Перед спуском в скважину гидромеханического амортизатора производят визуальный осмотр, надежность крепления гидроузла, отсутствие подтеков масла, отсутствие осевого и радиального перемещения при приложении усилия на амортизатор одного рабочего.Before lowering the hydromechanical shock absorber into the well, a visual inspection is made, the hydraulic system is securely mounted, there are no oil smudges, and there is no axial and radial movement when one worker is applied to the shock absorber.

Гидромеханический амортизатор устанавливается над долотом или калибратором, при бурении наклонно направленной или горизонтальной скважины заранее пересчитывается длина нижнего плеча отклонителя и связанная с этим интенсивность набора угла. Может гидромеханический амортизатор устанавливаться и под секцией УБТ. Крепление гидромеханического амортизатора производится машинными ключами типа УМК или TSK. совместно с компоновкой низа бурильной колонны (КНБК). Требования безопасности и режима работы предъявляются такие же, как и ко всем элементам компоновок бурильных колонн. При нагрузке на долото амортизирующие элементы 5 передают силу от вышестоящей секции УБТ на долото, в то же время воспринимают обратную силу, которая изменяется от величины давления, которое необходимо создавать для эффективного разрушения горных пород. Амортизирующие элементы 5 постоянно по мере изменения нагрузки на долото испытывают различные знакопеременные нагрузки. В то же время они могут перекатываться, тем самым происходит их равномерный износ. Герметичная гидравлическая камера 2 компенсирует в определенный момент недостающую амортизирующую способность амортизирующих элементов 5.The hydromechanical shock absorber is installed above the bit or calibrator; when drilling an inclined or horizontal well, the length of the lower arm of the deflector and the associated intensity of angle gain are recalculated in advance. A hydromechanical shock absorber can be installed under the section of the drill collars. The hydromechanical shock absorber is mounted using machine keys of the UMK or TSK type. together with the layout of the bottom of the drill string (BHA). Safety requirements and operating conditions are the same as for all elements of the layout of the drill string. When the bit is loaded, the shock-absorbing elements 5 transmit the force from the higher section of the drill collar to the bit, while at the same time they perceive the reverse force, which varies from the pressure value that must be created for the effective destruction of rocks. The shock-absorbing elements 5 constantly, as the load on the bit changes, experience various alternating loads. At the same time, they can roll over, thereby causing their uniform wear. The sealed hydraulic chamber 2 compensates at a certain moment for the missing shock absorbing ability of the shock absorbing elements 5.

После использования амортизатора проверяется его общее состояние. Замеряется осевой и радиальный люфт, состояние гидроузла. При необходимости производится замена резиновых элементов и сальников, замена масла в герметичной гидравлической камере.After using the shock absorber, its general condition is checked. Measured axial and radial play, the condition of the hydraulic system. If necessary, rubber elements and oil seals are replaced, oil is replaced in a sealed hydraulic chamber.

Преимущества устройства в том, что отсутствует открытое проникновение бурового раствора вовнутрь части корпуса 3, где расположены амортизирующие элементы 5. Это позволяет повысить надежность и долговечность работы амортизирующей системы элементов. Сочетание работы двух амортизирующих систем (гидравлической и механической) увеличивает стойкость амортизирующих систем, обеспечивает простоту изготовления и обслуживания и повышает надежность работы устройства.The advantages of the device are that there is no open penetration of the drilling fluid inside the body part 3 where the shock absorbing elements 5 are located. This allows to increase the reliability and durability of the shock absorbing system of the elements. The combination of two shock-absorbing systems (hydraulic and mechanical) increases the durability of shock-absorbing systems, provides ease of manufacture and maintenance, and increases the reliability of the device.

При использовании амортизаторов отечественного производства, конструкции которых были менее совершенны, проходка на долото возрастала на 26%, коэффициент кавернозности уменьшался с 3,28 до 2,16. Ожидаемая стойкость и эффективность данной конструкции в два раза превышает предыдущие разработки. При внедрении и использовании гидромеханического амортизатора экономия долот составит 50%, экономия материалов 30%.When using shock absorbers of domestic production, the designs of which were less perfect, penetration to the bit increased by 26%, the cavern coefficient decreased from 3.28 to 2.16. The expected durability and effectiveness of this design is two times higher than previous developments. When introducing and using a hydromechanical shock absorber, saving bits will be 50%, saving materials 30%.

За рубежом используются амортизаторы механические, гидравлические и пневмогидравлические, их выпускают фирмы “Секьюрити”, “Дрилко” и “Ракер Хэйкэлог”. Широкое применение получил демпферный инструмент Софт-Шок. Аналогичной конструкции гидромеханического амортизатора нет. Отечественные и зарубежные образцы более сложной конструкции и себестоимость их изготовлении значительно выше, а экономический эффект не превосходит предлагаемой конструкции.Abroad, mechanical, hydraulic, and pneumatic-hydraulic shock absorbers are used; they are produced by Security, Drilco, and Rucker Hackalog. The Soft-Shock damper tool has been widely used. There is no similar hydromechanical shock absorber design. Domestic and foreign samples of a more complex design and the cost of their manufacture are much higher, and the economic effect does not exceed the proposed design.

Claims

A hydromechanical shock absorber comprising a housing, in the lower part of which there is a shaft forming a gap with a nut interacting with it through a spline connection, rows of shock-absorbing elements in the form of balls, which are separated by metal rings, are located inside the lower part of the housing, characterized in that at the top of the lower part housing with shock absorbing elements, a piston is located, forming a sealed hydraulic chamber with a shaft and upper part of the housing, designed to create additional shock absorbing method obnosti and filled with diesel oil, which is supplied through gidroprotoki disposed in the upper portion of the housing.