RU2702284C1 - Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний - Google Patents
Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702284C1 RU2702284C1 RU2019105243A RU2019105243A RU2702284C1 RU 2702284 C1 RU2702284 C1 RU 2702284C1 RU 2019105243 A RU2019105243 A RU 2019105243A RU 2019105243 A RU2019105243 A RU 2019105243A RU 2702284 C1 RU2702284 C1 RU 2702284C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hinge
- shock absorbers
- mass
- assembly
- drill pipe
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
- F16F15/131—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses
- F16F15/133—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses using springs as elastic members, e.g. metallic springs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/30—Flywheels
- F16F15/31—Flywheels characterised by means for varying the moment of inertia
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению. Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний представляет собой центробежный регулятор. Виброгаситель включают двухзвенники с верхним и нижним амортизаторами, между которыми встроен масса-шарнир. Регулятор образует маховик, установленный на бурильной трубе. Виброгаситель содержит дополнительные горизонтально расположенные амортизаторы, каждый из которых соединен с одного конца с масса-шарниром, а другой конец соединен с бурильной трубой. Верхний и нижний амортизаторы двухзвенников расположены в одной вертикальной плоскости и установлены в шарнирных узлах. Узлы жестко закреплены на бурильной трубе, а масса-шарнир выполнен в виде сборочного узла. Узел содержит цилиндрический шарнир, установленные на нем элементы вилочно-шарнирных соединений с ним верхнего и нижнего амортизаторов, сборочное кольцо, насаженное на цилиндрический шарнир в центральной его части с фиксацией. Шарнир снабжен резцом, установленным с возможностью контактирования со стенкой скважины. Достигается повышение эффективности гашения крутильных вибраций, увеличение надежности конструкции и повышение показателей бурения скважин. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предназначено для гашения крутильных вибраций (stick-slip motion) бурильного инструмента в скважине в целях предотвращения самопроизвольного увеличения числа оборотов двигателя и скручивания буровой колонны в целом. Предлагаемое изобретение может быть использовано при проводке прямых и наклонных нефтяных и газовых скважин, а благодаря концентрации подводимой энергии на забой и обеспечению оптимального режима работы забойного двигателя позволяет повысить показатели бурения, время работы долота и увеличить ресурс забойного двигателя.
Известен демпфер, содержащий корпус, рабочая полость которого заполнена жидкой средой, и расположенный внутри корпуса маховик с равномерно расположенными по окружности сквозными вырезами, в которых закреплены грузики с возможностью радиального перемещения, грузики закреплены посредством пружин, прижимающих их к центру вращения маховика, и крышек с обеих сторон маховика, для перемещения грузиков в радиальном направлении в крышках выполнены трапециевидные направляющие (Патент РФ №2405991 С1, дата приоритета 13.04.2009, дата публикации 10.12.2010, авторы: Абдуллин А.Л. и др., RU).
К недостаткам известного демпфера относятся: ступенчатое регулирование демпфирующих характеристик устройства, нарушающее плавный ход работы оборудования, к тому же, пружины с грузами являются колеблющейся системой, что создает дополнительные колебания устройства в радиальном направлении, прижатие пружинами не является надежным, велика вероятность поломки; невозможность изменения характеристик устройства вручную сужает его рабочий диапазон; присутствует большая площадь контакта трения, тепло от которой передается рабочей жидкости, что уменьшает ее вязкостные характеристики; внушительное количество деталей снижает надежность системы.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является динамический виброгаситель крутильных колебаний, содержащий корпус с расположенным внутри него маховиком, в теле которого закреплены грузы. Маховик выполнен в виде системы двухзвенника, состоящей из шарнирно закрепленных двухтрубных амортизаторов, с одного конца входящих в массу-шарнир, с другого, посредством приваренного кронштейна и проушин, в грузы, выполненные в виде цилиндрических сегмент-планок, между которыми вставлены эластичные элементы, отстоящие совместно с грузами от шайб с маховой массой в виде полого цилиндра на зазор Δ. Крепление двухтрубного амортизатора выполнено с наличием стяжной шпильки (Патент РФ №2536302, МПК F16F 15/31, опубл. 23.07.13
Недостаткам прототипа является низкая эффективность, обусловленная недостаточным распределением осевой и вращательной вибронагрузки на двухтрубные амортизаторы, а также невозможность регулировки положения цилиндрических сегмент-грузов.
Технической проблемой является повышение эффективности гашения крутильных вибраций буровых колонн путем создания адаптивного виброгасителя, увеличение надежности конструкции адаптивного виброгасителя и повышение показателей бурения скважин.
Для решения технической проблемы предложен адаптивный виброгаситель крутильных колебаний, представляющий собой центробежный регулятор, включающий двухзвенники с верхним и нижним амортизаторами, между которыми встроен масса-шарнир, образующие маховик, установленный на бурильной трубе. Новым является то, что адаптивный виброгаситель содержит дополнительные горизонтально расположенные амортизаторы, каждый из которых соединен с одного конца с масса-шарниром, а другой конец соединен с бурильной трубой. Верхний и нижний амортизаторы двухзвенников расположены в одной вертикальной плоскости и установлены в шарнирных узлах, жестко закрепленных на бурильной трубе. Масса-шарнир выполнен в виде сборочного узла, который содержит цилиндрический шарнир, установленные на нем элементы вилочно-щарнирных соединений с ним верхнего и нижнего амортизаторов, сборочное кольцо, насаженное на цилиндрический шарнир в центральной его части с фиксацией и снабженное резцом, установленным с возможностью контактирования со стенкой скважины.
Согласно изобретению, сборочное кольцо содержит сегментную часть, закрепленную на цилиндрическом шарнире со стороны буровой колонны при помощи болтов, а также сборочную часть кольца, состоящую из втулки и крышки, состыкованных между собой при помощи соединения «шип-паз» и образующих внутренний канал, представляющий собой дорожку качения, с поочередно установленными в нем шарами и пружинами, причем, крышка и втулка разделены на две части, и втулка снабжена резьбовым отверстием, с возможностью установки резца.
На фиг. 1 схематично представлен адаптивный виброгаситель крутильных колебаний, общий вид; на фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - узел I на фиг. 3 при уменьшении числа оборотов бурильной колонны.
Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний представляет собой центробежный регулятор, включающий двухзвенники с верхним и нижним амортизаторами 1, между которыми при помощи вилочно-шарнирных соединений 2 встроен масса-шарнир 3, образующие маховик, закрепленный на бурильной трубе 4. Верхний и нижний амортизаторы 1 установлены на бурильной трубе 4 при помощи приваренного кронштейна 5 с проушиной 6. Также устройство содержит горизонтально расположенные амортизаторы 7, каждый из которых соединен с одного конца с масса-шарниром 3, а другой конец соединен с бурильной трубой 4 с помощью патрубков 8 по типу муфтового соединения. Масса-шарнир 3 выполнен в виде сборочного узла, который содержит цилиндрический шарнир 9, установленные на нем элементы вилочно-шарнирных соединений 2 с ним верхнего и нижнего амортизаторов 1. Также масса-шарнир содержит сборочное кольцо 10, которое установлено в проточке 11 цилиндрического шарнира 9, выполненной в центральной его части с возможностью фиксации в проточке 11. Сборочное кольцо 10 содержит сегментную часть 12, закрепленную на цилиндрическом шарнире 9 со стороны бурильной трубы 4 при помощи болтов 13, а также - сборочную часть кольца, которая состоит из втулки 14 и крышки 15, состыкованных между собой при помощи соединения «шип-паз» и образующих внутренний канал 16, представляющий собой дорожку качения, с поочередно установленными в нем шарами 17 и пружинами 18. При этом втулка 14 и крышка 15 разделены на две части. Втулка 14 снабжена резьбовым отверстием 19, в которое установлен резец 20, имеющий возможность контактирования со стенкой скважины и отклонения от горизонтальной плоскости за счет элементов 17, 18, установленных в канале 16 сборочной части кольца.
Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний работает следующим образом:
Устройство крепят к бурильной трубе 4 посредством сварки, затем спускают в скважину. Промывочную жидкость подают по бурильным трубам в затрубное пространство. При вращении буровой колонны, бурильная труба 4 сохраняет крутильную энергию до тех пор, пока приложенный крутящий момент не превысит общий статический момент трения на компоновке низа буровой колонны. Так как при вращении статическое трение выше динамического трения, запасенная энергия в бурильной трубе передается инерционной энергии на компоновку низа буровой колонны. Затем скорость вращения буровой колонны становится быстрее, чем стационарная скорость вращения вала забойного двигателя, что влечет за собой возникновения крутильных колебаний. В процессе бурения сопротивление породы резанию и разрушению преодолевается за счет крутящего момента и осевой нагрузки, приложенных к установленным в сборочной части кольца резцам 20. При работе без вибраций резцы 20 внедрены на глубину h, а при увеличении числа оборотов буровой колонны увеличивается рычаг R двухзвенников, соответственно масса-шарниры 3 перемещаются к периферии и углубляют резцы 20 в стенку скважины на величину hmax, как показано на фиг. 3, тем самым, увеличивая момент сопротивления движению колонны. При уменьшении числа оборотов буровой колонны рычаг R двухзвенников уменьшается, соответственно масса-шарниры 3 перемещаются к бурильной трубе 4, уменьшая глубину внедрения резцов 20 в положение hmin, как показано на фиг. 5, причем, положение двухзвенников также стабилизируется за счет амортизаторов 7. При спуско-подьемных операциях резцы 20 выходят из зацепления с породой за счет смещения шаров 17 и пружин 18, поочередно установленных в каналах 16 сборочной части кольца, тем самым, преобразуя плавное отклонение резцов 20 от горизонтальной плоскости.
Таким образом, при использовании изобретения достигается технический результат, который заключается в повышении эффективности адаптивного виброгасителя крутильных колебаний, расширении функциональных возможностей, увеличении надежности бурового оборудования, входящего в состав компоновки низа буровой колонны, а также в снижении числа отказов работы забойного двигателя при бурении нефтяных и газовых скважин.
Claims (2)
1. Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний, представляющий собой центробежный регулятор, включающий двухзвенники с верхним и нижним амортизаторами, между которыми встроен масса-шарнир, образующие маховик, установленный на бурильной трубе, отличающийся тем, что он содержит дополнительные горизонтально расположенные амортизаторы, каждый из которых соединен с одного конца с масса-шарниром, а другой конец соединен с бурильной трубой, верхний и нижний амортизаторы двухзвенников расположены в одной вертикальной плоскости и установлены в шарнирных узлах, жестко закрепленных на бурильной трубе, а масса-шарнир выполнен в виде сборочного узла, который содержит цилиндрический шарнир, установленные на нем элементы вилочно-шарнирных соединений с ним верхнего и нижнего амортизаторов, сборочное кольцо, насаженное на цилиндрический шарнир в центральной его части с фиксацией и снабженное резцом, установленным с возможностью контактирования со стенкой скважины.
2. Адаптивный виброгаситель по п. 1, отличающийся тем, что сборочное кольцо содержит сегментную часть, закрепленную на цилиндрическом шарнире со стороны буровой колонны при помощи болтов, а также сборочную часть кольца, состоящую из втулки и крышки, состыкованных между собой при помощи соединения «шип-паз» и образующих внутренний канал, представляющий собой дорожку качения, с поочередно установленными в нем шарами и пружинами, причем крышка и втулка разделены на две части и втулка снабжена резьбовым отверстием с возможностью установки резца.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105243A RU2702284C1 (ru) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105243A RU2702284C1 (ru) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702284C1 true RU2702284C1 (ru) | 2019-10-07 |
Family
ID=68170905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019105243A RU2702284C1 (ru) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702284C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722678C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2020-06-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ виброгашения бурильной колонны (варианты), виброгаситель (варианты) и привод микроперемещений (варианты) для осуществления способа виброгашения |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6053245A (ja) * | 1983-09-02 | 1985-03-26 | Olympus Optical Co Ltd | フライホイ−ル装置 |
RU2157473C2 (ru) * | 1994-08-20 | 2000-10-10 | Отомоутив Продактс пи-эл-си | Маховик с парой масс |
JP2010071341A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Toyota Motor Corp | 振子式動吸振装置 |
RU2536302C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2014-12-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Динамический виброгаситель крутильных колебаний (варианты) |
-
2019
- 2019-02-25 RU RU2019105243A patent/RU2702284C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6053245A (ja) * | 1983-09-02 | 1985-03-26 | Olympus Optical Co Ltd | フライホイ−ル装置 |
RU2157473C2 (ru) * | 1994-08-20 | 2000-10-10 | Отомоутив Продактс пи-эл-си | Маховик с парой масс |
JP2010071341A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Toyota Motor Corp | 振子式動吸振装置 |
RU2536302C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2014-12-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Динамический виброгаситель крутильных колебаний (варианты) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722678C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2020-06-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ виброгашения бурильной колонны (варианты), виброгаситель (варианты) и привод микроперемещений (варианты) для осуществления способа виброгашения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4186569A (en) | Dual spring drill string shock absorber | |
US4162619A (en) | Drill string shock sub | |
CN110199083B (zh) | 调节装置以及在钻孔中使用该调节装置的方法 | |
US3947008A (en) | Drill string shock absorber | |
US3871193A (en) | Spring load system for drill string shock absorbers | |
US5372548A (en) | Longitudinal and rotary shock absorber for rotary and percussion drill bits | |
CN104499941A (zh) | 将钻柱纵向振动转化为钻头扭转冲击的装置 | |
RU2702284C1 (ru) | Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний | |
RU2536302C1 (ru) | Динамический виброгаситель крутильных колебаний (варианты) | |
US4394884A (en) | Shock sub | |
CN105909186A (zh) | 可泄压式钻柱减震器 | |
EP2578795A1 (en) | Damper unit and drill string system comprising such a damper unit | |
RU156925U1 (ru) | Амортизатор шпинделя забойного двигателя | |
RU2722678C1 (ru) | Способ виброгашения бурильной колонны (варианты), виброгаситель (варианты) и привод микроперемещений (варианты) для осуществления способа виброгашения | |
KR20200077585A (ko) | 비틀림 진동 댐퍼 또는 비틀림 진동 흡수기 | |
US11448288B2 (en) | Leaf spring rotational vibration absorber | |
US11384603B1 (en) | Rotational vibration absorber with tangential dampers cap | |
US20230142360A1 (en) | Inertia damping systems and methods | |
RU197940U1 (ru) | Амортизатор наддолотный | |
RU2765519C1 (ru) | Способ виброгашения крутильных колебаний вращающихся систем и вязкостный виброгаситель для осуществления способа виброгашения | |
US11993985B2 (en) | Downhole assembly to mitigate high frequency torsional oscillation, and oscillation mitigation tool suitable for use in a downhole assembly | |
RU227183U1 (ru) | Стабилизатор режима бурения | |
CN114482862B (zh) | 一种多维振动水力振荡器 | |
US20230124872A1 (en) | Oscillation reduction tool and method | |
CA1062240A (en) | Spring adjustment system for drill string tool |