RU2722678C1 - Method for vibration damping of a drill string (versions), a vibration absorber (versions) and a micro-displacement drive (versions) for implementing a method of vibration damping - Google Patents
Method for vibration damping of a drill string (versions), a vibration absorber (versions) and a micro-displacement drive (versions) for implementing a method of vibration damping Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722678C1 RU2722678C1 RU2019142764A RU2019142764A RU2722678C1 RU 2722678 C1 RU2722678 C1 RU 2722678C1 RU 2019142764 A RU2019142764 A RU 2019142764A RU 2019142764 A RU2019142764 A RU 2019142764A RU 2722678 C1 RU2722678 C1 RU 2722678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bellows
- vibration damper
- drill string
- cavity
- drive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для гашения колебаний бурового оборудования и инструмента.The group of inventions relates to the field of drilling oil and gas wells, and in particular to devices for damping vibrations of drilling equipment and tools.
Известен способ уменьшения колебаний буровой колонны, включающий выбор и измерение вибрационных параметров бурильной колонны, а также их регулирование посредством изменения параметров бурения (патент РФ №2609038, дата приоритета 24.01.2012, дата публикации 30.01.2017, автор Кюллингстад О., NO).A known method of reducing vibrations of the drill string, including the selection and measurement of vibration parameters of the drill string, as well as their regulation by changing the drilling parameters (RF patent No. 2609038, priority date 01.24.2012, publication date 01.30.2017, author Kullingstad O., NO).
Недостатками данного способа, относящегося к активным методам гашения вибраций бурильной колонны, являются: малая надежность регистрирующих систем и их параметров измерения вибрации в тяжелых скважинных условиях, а также продолжительное время отклика подобных систем.The disadvantages of this method, which relates to active methods of damping the vibrations of the drill string, are: low reliability of the recording systems and their vibration measurement parameters in severe borehole conditions, as well as the long response time of such systems.
Наиболее близким из известных решений к заявленному способу виброгашения бурильной колонны является способ гашения крутильных колебаний бурильной колонны, включающий операцию установки виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор, а также операцию смещения долота в угловом направлении (авторское свидетельство СССР №1273493, дата приоритета 15.06.1983, дата публикации 30.11.1986, авторы: Янтурин А.Ш. и др., RU, прототип).The closest known solution to the claimed method of vibration damping of the drill string is a method of damping torsional vibrations of the drill string, including the operation of installing a vibration damper in the drill string through which the drilling fluid is pumped, as well as the operation of shifting the bit in the angular direction (USSR copyright certificate No. 1273493, priority date 06/15/1983,
К недостаткам прототипа способа относится его ограниченная функциональная возможность виброгашения, обусловленная тем, что происходит гашение колебаний, которые вызваны ухабами забоя скважины, образование которых свойственно только для шарошечных долот.The disadvantages of the prototype of the method include its limited functionality of vibration damping, due to the fact that there is damping of vibrations caused by bumps in the bottom of the well, the formation of which is characteristic only for roller cone bits.
Известен динамический виброгаситель крутильных колебаний, содержащий корпус с расположенным внутри него маховиком, в теле которого закреплены грузы, при этом 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 Д (патент РФ №2536302, дата приоритета 23.07.2013, дата публикации 20.12.2014, авторы: Башмур К.А., Петровский Э.А., RU).Known dynamic vibration dampener of torsional vibrations, comprising a housing with a flywheel located inside it, in the body of which loads are fixed, and the flywheel is made in the form of a two-link system consisting of articulated two-pipe shock absorbers, which are included in the mass joint from one end, and welded from the other end bracket and eyelets, in loads made in the form of cylindrical segment-strips, between which elastic elements are inserted, separated together with the loads from washers with a flywheel in the form of a hollow cylinder, to the clearance D (RF patent No. 2536302, priority date 23.07.2013, date publication December 20, 2014, authors: Bashmur K.A., Petrovsky E.A., RU).
Недостатком виброгасителя является его низкая надежность ввиду большого количества механических передаточных узлов, низкая эффективность, обусловленная недостаточным распределением осевой и вращательной вибронагрузок, а также высокие массогабаритные показатели в ограниченных условиях скважинной среды.The disadvantage of the vibration damper is its low reliability due to the large number of mechanical transmission units, low efficiency due to the insufficient distribution of axial and rotational vibration loads, as well as high weight and size indicators in limited conditions of the well environment.
За прототип виброгасителя выбран адаптивный виброгаситель крутильных колебаний, содержащий центробежный регулятор, включающий двухзвенники с верхним и нижним амортизаторами, между которыми встроен масса-шарнир, образующие маховик, установленный на бурильной трубе, при этом масса-шарнир выполнен в виде сборочного узла, который содержит цилиндрический шарнир, установленное на нем сборочное кольцо, снабженное резцом, установленным с возможностью контакта со стенкой скважины (патент РФ №2702284, дата приоритета 25.02.2019, дата публикации 07.10.2019, авторы: Башмур К.А. и др., RU, прототип).An adaptive torsional vibration damper containing a centrifugal regulator is selected for the vibration damper prototype. It contains a centrifugal regulator, including two links with upper and lower shock absorbers, between which there is a mass hinge forming a flywheel mounted on a drill pipe, while the mass hinge is made in the form of an assembly that contains a cylindrical hinge, an assembly ring mounted on it, equipped with a cutter installed with the possibility of contact with the well wall (RF patent No. 2702284, priority date 02.25.2019,
Недостатками прототипа виброгасителя являются: высокие массогабаритные параметры, низкая эффективность виброгашения ввиду недостаточной точности управления резцом, низкая надежность ввиду передачи перемещения резцу посредством большого количества механических частей, а также ограниченный функционал при наклонно-направленном и горизонтальном бурении скважин.The disadvantages of the prototype of the vibration damper are: high weight and size parameters, low vibration damping efficiency due to insufficient control accuracy of the cutter, low reliability due to the transfer of movement to the cutter through a large number of mechanical parts, as well as limited functionality for directional and horizontal drilling of wells.
Известно пневматическое устройство для измерения линейных размеров, содержащее сообщенный с источником сжатого газа сильфон с неподвижными и подвижными торцами, а также сопло с подпружиненным к нему шариком, жестко связанное с подвижным торцом сильфона (авторское свидетельство СССР №697812, дата публикации 15.11.1979, авторы: Дышель М.Ш., Чекин О.Н. и др., RU).A pneumatic device for measuring linear dimensions is known, containing a bellows in communication with a source of compressed gas with fixed and movable ends, as well as a nozzle with a ball spring-loaded to it, rigidly connected with a movable end of the bellows (USSR copyright certificate No. 697812,
Известен привод сильфонный прямоходный одностороннего действия, встроенный в термостатный конденсатоотводчик и содержащий сильфон, соосно соединенный с мембраной (Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л.: Машиностроение, 1987, с. 268, рисунок 3.45).Known linear actuator bellows single-acting, built into a thermostatic steam trap and containing a bellows coaxially connected to the membrane (Gurevich D.F., Shpakov O.N. Handbook of pipeline fittings designer. - L .: Engineering, 1987, p. 268, figure 3.45 )
Общий недостаток известных аналогов приводов микроперемещения заключается в том, что они ранее не были предназначены для функционирования в качестве привода рабочего органа внедрения в породу, используемого для гашения крутильных колебаний инструмента и оборудования в скважине.A common disadvantage of the known analogues of micromotion drives is that they were not previously intended to function as a drive of the working body of the introduction into the rock, used to damp the torsional vibrations of the tool and equipment in the well.
За прототип привода микроперемещения выбран компенсатор для сглаживания пульсаций жидкости, содержащий, по крайней мере, два сильфонных элемента, расположенных соосно и предназначенных для сообщения их внутренних полостей с полостью камеры, при этом сильфонные элементы расположены последовательно друг за другом вдоль их продольной оси и соединены втулками с отверстиями (патент РФ №2249151, дата публикации 27.03.2005, авторы: Захватов Е.М., Осетров Ю.Н., RU, прототип).For the prototype micromotion drive, a compensator for smoothing fluid pulsations was selected, containing at least two bellows elements aligned and designed to communicate their internal cavities with the chamber cavity, while the bellows elements are arranged sequentially one after another along their longitudinal axis and are connected by bushings with holes (RF patent No. 2249151, publication date 03/27/2005, authors: Zakhvatov EM, Osetrov Yu.N., RU, prototype).
Недостаток прототипа привода микроперемещений заключается в его функциональной ограниченности, не позволяющей выполнять линейное перемещение рабочего органа под действием внешней нагрузки среды без смещения всего привода.The disadvantage of the prototype drive microdisplacement is its functional limitation, not allowing linear movement of the working body under the action of an external load of the medium without displacement of the entire drive.
Технической проблемой, решаемой изобретениями, объединенными единым изобретательским замыслом, является расширение функциональных возможностей способа виброгашения бурильной колонны, виброгасителя и привода микроперемещений для внедрения рабочего органа в породу, а также повышение эксплуатационных качеств и надежности виброгасителя.The technical problem solved by the inventions, united by a single inventive concept, is to expand the functionality of the method of vibration damping of the drill string, vibration damper and drive of micro displacements for introducing the working body into the rock, as well as improving the performance and reliability of the vibration damper.
Для решения технической проблемы предложен способ виброгашения бурильной колонны по первому варианту, включающий установку виброгасителя в бурильной колонне, через которую прокачивается буровой раствор. Новым является то, что установку виброгасителя производят на уровне поверхности гидростатического столба бурового раствора в бурильной колонне, осуществляют, зависящую от частоты вращения бурильной колонны передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод органа внедрения, изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины.To solve the technical problem, a method of vibration damping of the drill string according to the first embodiment is proposed, including installing a vibration damper in the drill string through which the drilling fluid is pumped. What is new is that the installation of a vibration damper is carried out at the surface level of the hydrostatic column of the drilling fluid in the drill string, and the received force of the drilling fluid pressure is transmitted to the vibration damper depending on the rotational speed of the drill string, converting the pressure force of the drilling fluid by means of a micromotion drive of the penetration organ into the rock at the same time, increasing and decreasing the pressure on the drive of the insertion body, the strength of the resistance to rotation of the drill string is changed through the interaction of the insertion body with the rock of the well wall.
Для решения технической проблемы предложен способ виброгашения бурильной колонны по второму варианту, включающий установку виброгасителя в бурильную колонну, через которую прокачивается буровой раствор. Новым является то, что в виброгасителе производят закручивание потока бурового раствора, зависящее от частоты вращения буровой колонны, осуществляют передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений органа внедрения в породу, при этом, повышая и понижая давление на привод, изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны посредством взаимодействия органа внедрения с породой стенки скважины.To solve a technical problem, a method for vibration damping of a drill string according to the second embodiment is proposed, which includes installing a vibration damper in a drill string through which drilling fluid is pumped. What is new is that in the vibration damper, the drilling fluid flow is twisted, depending on the rotational speed of the drill string, the received force effect of the drilling fluid pressure is transmitted to the vibration damper, converting the pressure of the drilling fluid by means of a micromotion drive of the penetration organ into the rock, while increasing and By lowering the pressure on the actuator, the strength of the rotation resistance of the drill string is changed through the interaction of the interstitial organ with the rock of the borehole wall.
Для решения технической проблемы предложен виброгаситель для осуществления способа по первому варианту, содержащий полый цилиндрический корпус. В корпусе выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий, в каждом из которых установлен с помощью сварного или резьбового соединений патрубок с навинченой на него крышкой со сквозным центральным отверстием, а в полости патрубка и в отверстии его крышки расположен привод микроперемещений, на котором снаружи смонтирован рабочий орган внедрения в породу.To solve a technical problem, a vibration damper is proposed for implementing the method according to the first embodiment, comprising a hollow cylindrical body. At least a pair of symmetrical radial holes are made in the housing, in each of which a pipe is installed with a cap screwed onto it with a through hole through it through a welded or threaded connection, and a micromotor drive is located in the pipe cavity and in the hole of its cap, on which the working body of introduction into the rock is mounted outside.
Для решения технической проблемы предложен виброгаситель для осуществления способа по второму варианту, содержащий полый цилиндрический корпус. В корпусе выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий, перед которыми внутри корпуса установлено закручивающее устройство, а в каждом из отверстий установлен с помощью сварного или резьбового соединений патрубок с навинченной на него крышкой со сквозным центральным отверстием, при этом в полости патрубка и в отверстии его крышки расположен привод микроперемещений, на котором снаружи смонтирован рабочий орган внедрения в породу.To solve a technical problem, a vibration absorber is proposed for implementing the method according to the second embodiment, comprising a hollow cylindrical body. At least a pair of symmetrical radial holes are made in the housing, in front of which a twisting device is installed inside the housing, and in each of the holes a pipe with a cap screwed onto it with a through central hole is mounted with a welded or threaded connection, while in the cavity of the pipe and in the opening of its cover there is a microdisplacement drive, on which the working body of introduction into the rock is mounted on the outside.
Для обоих вариантов виброгасителя характерны общие частные случаи выполнения.For both versions of the vibration damper, common particular cases of execution are characteristic.
Согласно изобретению, со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка выполнен бурт.According to the invention, a collar is made on the side of the housing cavity in the inner cavity of the nozzle.
Согласно изобретению, на стыке патрубка и корпуса, сверху последнего выполнен криволинейный скос.According to the invention, at the junction of the pipe and the housing, a curved bevel is made on top of the latter.
Согласно изобретению, в полости корпуса перед криволинейным скосом выполнена канавка, в которую установлено пружинное кольцо.According to the invention, a groove is made in the cavity of the housing in front of the curved bevel, into which the spring ring is mounted.
Согласно изобретению, в крышке патрубка выполнены установочные глухие отверстия.According to the invention, installation blind holes are made in the nozzle cover.
Согласно изобретению, рабочий орган внедрения в породу соединен с приводом микроперемещений с помощью сварного или резьбового соединений.According to the invention, the working body of the introduction into the rock is connected to the drive of micro-movements using welded or threaded joints.
Согласно изобретению, в качестве цилиндрического корпуса использована бурильная колонна.According to the invention, a drill string is used as a cylindrical body.
Согласно изобретению, в радиальное отверстие цилиндрического корпуса установлен фильтр.According to the invention, a filter is installed in the radial hole of the cylindrical body.
Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по первому варианту сильфонный привод, заглушенный подвижными крышками и заполненный малосжимаемой средой, а также состоящий из сообщающихся соосных сильфонов, один из которых, установленный в полости патрубка, выполнен большим, а сообщающийся с ним сильфон выполнен малым, при этом сильфоны соединены с помощью полой перемычки, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки патрубка совместно с малым сильфоном.To solve a technical problem, a microdisplacement drive as part of a vibration damper for implementing the method is proposed, comprising, according to the first embodiment, a bellows drive damped by movable covers and filled with an incompressible medium, and also consisting of interconnected coaxial bellows, one of which is installed in the nozzle cavity and is made large, and the bellows in communication with it is made small, while the bellows are connected using a hollow bridge made in the form of a cylindrical body with a wall of a L-shaped longitudinal section, the larger end of which is supported by the end of the nozzle cover, and the smaller end is located in the cavity of the nozzle cover together with the small bellows .
Согласно изобретению, на внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек сильфонного привода установлены уплотнения.According to the invention, seals are mounted on the external mating surface of the movable covers of the bellows actuator.
Согласно изобретению, на внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек сильфонного привода размещено, по меньшей мере, одно направляющее кольцо.According to the invention, at least one guide ring is arranged on the outer mating surface of the movable covers of the bellows actuator.
Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по второму варианту сильфонный привод, заполненный малосжимаемой средой и состоящий из сообщающихся соосных сильфона и мембраны, а также их торцевых крышек, одна из которых, относящаяся к сильфону, подвижная, при этом сильфон установлен в полости патрубка, а неподвижная торцевая крышка сильфонного привода выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки патрубка, при этом на выходе из полости неподвижной торцевой крышки запрессована мембрана.To solve a technical problem, a microdisplacement drive as part of a vibration damper for implementing the method is proposed, comprising, according to the second embodiment, a bellows drive filled with a low-compressible medium and consisting of interconnected coaxial bellows and a membrane, as well as their end caps, one of which is mobile, when this bellows is installed in the cavity of the pipe, and the fixed end cover of the bellows drive is made in the form of a cylindrical body with a wall of a L-shaped longitudinal section, the larger end of which is supported by the end of the pipe cover, and the smaller end is located in the cavity of the pipe cover, while at the exit of the cavity the fixed end cover is fitted with a membrane.
Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по третьему варианту сильфонный привод, состоящий из внешнего сильфона установленного в полости патрубка и заполненного малосжимаемой средой, а также размещенного во внешнем сильфоне внутреннего сильфона, заполненного сжимаемой средой, внешний и внутренний сильфоны установлены соосно на общей полой перемычке, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в ее полости, при этом в полости перемычки установлен щток, закрепленный одним концом на крышке внутреннего сильфона.To solve a technical problem, a microdisplacement drive as part of a vibration damper for implementing the method is proposed, comprising, according to the third embodiment, a bellows drive consisting of an external bellows installed in the nozzle cavity and filled with a low compressible medium, as well as an internal and external bellows filled with a compressible medium and an external and internal bellows the bellows are mounted coaxially on a common hollow jumper made in the form of a cylindrical body with a wall of a L-shaped longitudinal section, the larger end of which is supported by the end of the nozzle cover, and the smaller end is located in its cavity, while a shield is mounted in the jumper cavity, fixed at one end to bellows cover.
Для решения технической проблемы предложен привод микроперемещений в составе виброгасителя для осуществления способа, содержащий по четвертому варианту сильфонный привод, состоящий из установленного в патрубке сильфона, заполненного сжимаемой средой, в котором установлен шток, при этом сильфон снабжен двумя крышками, на одной из которых, являющихся подвижной, закреплен установленный внутри сильфона шток, а вторая полая неподвижная крышка выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки патрубка, а меньший торец расположен в ее полости, при этом через полость неподвижной крышки направлен шток.To solve a technical problem, a microdisplacement drive as part of a vibration damper for implementing the method is proposed, comprising, according to the fourth embodiment, a bellows drive consisting of a bellows installed in the nozzle and filled with a compressible medium in which the rod is installed, while the bellows is equipped with two covers, one of which is movable, the rod installed inside the bellows is fixed, and the second hollow fixed cover is made in the form of a cylindrical body with a wall of a L-shaped longitudinal section, the larger end of which is supported by the end of the nozzle cover, and the smaller end is located in its cavity, while directed through the cavity of the fixed cover stock.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 - фиг. 4 представлен общий вид виброгасителя по 1 варианту исполнения, продольный разрез; на фиг. 5 представлен разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 6 представлен разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 7 представлен виброгаситель по 2 варианту исполнения, продольный разрез; на фиг. 8 представлен выносной элемент В на фиг. 1.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 - FIG. 4 shows a General view of the vibration damper according to 1 embodiment, a longitudinal section; in FIG. 5 shows a section aa in FIG. 1; in FIG. 6 shows a section BB in FIG. 1; in FIG. 7 shows a vibration damper according to 2 embodiment, a longitudinal section; in FIG. 8 shows a remote element B in FIG. 1.
Кроме того, на фиг. 1 и фиг. 5 также представлен привод микроперемещений по 1-му варианту исполнения; на фиг. 2 - то же, по 2-му варианту исполнения; на фиг. 3 - то же, по 3-му варианту исполнения; на фиг. 4 - то же, по 4-му варианту исполнения.In addition, in FIG. 1 and FIG. 5 also presents a micromotion drive according to the 1st embodiment; in FIG. 2 - the same, according to the 2nd embodiment; in FIG. 3 - the same, according to the 3rd embodiment; in FIG. 4 - the same, according to the 4th embodiment.
Виброгаситель во всех вариантах исполнения посредством резьбового соединения соединяют со скважинным буровым оборудованием или инструментом (условно не показано).The vibration damper in all versions is threadedly connected to downhole drilling equipment or tools (not shown conditionally).
Виброгаситель в первом варианте исполнения (фиг. 1 - фиг. 4) содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий 2. В каждом отверстии с помощью сварного или резьбового соединений установлен патрубок 3 с навинченным на него крышкой 4 со сквозным центральным отверстием 5. В полости патрубка 3 и в отверстии 5 его крышки расположен привод микроперемещений 6, на котором снаружи смонтирован рабочий орган 7 внедрения в породу. Рабочий орган может быть выполнен в виде индентора или резца, в частности ротационного резца 7 (фиг. 3), и установлен с помощью сварного или резьбового соединений. Крышка 4 имеет глухие монтажные отверстия 8 для ее установки в патрубке 3. Со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка 3 выполнен бурт 9. На стыке патрубка и корпуса, сверху последнего выполнен криволинейный скос 10. В полости корпуса перед криволинейным скосом выполнена канавка, в которую устанавливается пружинное кольцо 11 (фиг. 1, фиг. 6). В качестве корпуса 1 может быть использована бурильная колонна. В радиальное отверстие 2 цилиндрического корпуса с помощью шлицевого соединения может быть установлен фильтр 12 (фиг. 4).The vibration damper in the first embodiment (Fig. 1 - Fig. 4) contains a hollow
Виброгаситель во втором варианте исполнения (фиг. 7) содержит полый цилиндрический корпус 1, в котором выполнены, по меньшей мере, пара симметричных радиальных отверстий 2, перед которыми внутри корпуса установлено закручивающее устройство 13. В каждом из отверстий 2 с помощью сварного или резьбового соединений установлен патрубок 3 с навинченной на него крышкой 4 со сквозным центральным отверстием 5. При этом в полости патрубка 3 и в отверстии 5 его крышки 4 расположен привод микроперемещений 6. На приводе 6 со стороны породы смонтирован рабочий орган внедрения в породу 7, который может быть выполнен в виде индентора или резца и установлен с помощью сварного или резьбового соединений. Крышка 4 имеет глухие монтажные отверстия 8. Со стороны полости корпуса во внутренней полости патрубка может быть выполнен бурт 9. На стыке патрубка 3 и корпуса 1, сверху последнего выполнен криволинейный скос 10. В качестве корпуса 1 может служить бурильная колонна.The vibration damper in the second embodiment (Fig. 7) comprises a hollow
Привод микроперемещений в первом варианте исполнения (фиг. 1, фиг. 5) содержит сильфонный привод 6, заглушенный подвижными крышками 14, 15 соответственно большого и малого сильфонов и заполненный через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, малосжимаемой средой, а также состоящий из сообщающихся соосных сильфонов 17, 18, один из которых, установленный в полости патрубка, выполнен большим 17, а сообщающийся с ним сильфон выполнен малым 18. При этом сильфоны соединены с помощью полой перемычки 19, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки 4 патрубка совместно с малым сильфоном 18. На внешней сопрягаемой поверхности подвижных крышек 14, 15 сильфонов 17, 18 могут быть запрессованы сальниковые уплотнения 20 (фиг. 8). Также на подвижных крышках сильфонов может быть установлено, как минимум, одно направляющее кольцо 21 (фиг. 8).The micromotion actuator in the first embodiment (Fig. 1, Fig. 5) contains a
Привод микроперемещений во втором варианте исполнения (фиг. 2) содержит сильфонный привод 6, заполненный через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, малосжимаемой средой и состоящий из сообщающихся соосно расположенных сильфона 22 и мембраны 23, а также торцевых крышек 24, 25, одна из которых, относящаяся к сильфону 22, подвижная 24. При этом сильфон 22 установлен в полости патрубка 3. Неподвижная торцевая крышка 25 сильфонного привода 6 выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в полости крышки 4 патрубка. При этом на выходе из полости неподвижной торцевой крышки 25 запрессована мембрана 23.The micromotion actuator in the second embodiment (Fig. 2) contains a
Привод микроперемещений в третьем варианте исполнения (фиг. 3) содержит сильфонный привод 6, состоящий из внешнего сильфона 26, установленного в полости патрубка 3 и заполненного через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, малосжимаемой средой, а также размещенного во внешнем сильфоне 26 внутреннего сильфона 27, заполненного через обратный клапан 28, установленный с помощью резьбового соединения, сжимаемой средой, Внешний 26 и внутренний 27 сильфоны установлены соосно на общей полой перемычке 19, выполненной в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного продольного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в ее полости. При этом в полости перемычки 19 установлен закрепленный на крышке 29 внутреннего сильфона 27 с помощью разъемного соединения шток 30.The micro displacement actuator in the third embodiment (Fig. 3) contains a
Привод микроперемещений в четвертом варианте исполнения (фиг. 4) содержит сильфонный привод 6, состоящий из сильфона 22, заполненного через обратный клапан 16, установленный с помощью резьбового соединения, сжимаемой средой, в котором установлен шток 30. При этом сильфон 22 снабжен двумя крышками 24, 31. На крышке 24, которая является подвижной, закреплен с помощью разъемного соединения установленный внутри сильфона 22 шток 30. Вторая полая неподвижная крышка 31 выполнена в виде цилиндрического тела со стенкой Г-образного поперечного сечения, больший торец которого оперт на торец крышки 4 патрубка, а меньший торец расположен в ее полости. При этом через полость неподвижной крышки 31 направлен шток 30.The micromotion actuator in the fourth embodiment (Fig. 4) contains a
Виброгаситель в первом варианте исполнения, представленный на фиг. 1 - фиг. 4, используется для реализации способа виброгашения бурильной колонны по первому варианту следующим образом.The vibration damper in the first embodiment shown in FIG. 1 - FIG. 4, is used to implement the method of vibration damping of the drill string according to the first embodiment as follows.
Установку виброгасителя производят на уровне поверхности гидростатического столба бурового раствора в бурильной колонне, Буровой раствор подают по бурильной колонне. Осуществляют зависящую от частоты вращения бурильной колонны передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений 6 для внедрения рабочего органа 7 в породу. Изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны, повышая и понижая давление на привод микроперемещений 6 рабочего органа 7 посредством его взаимодействия с породой стенки скважины. При этом объем бурового раствора может быть сформирован пружинным кольцом 11 и очищаться посредством фильтра 12.The vibration damper is installed at the surface level of the hydrostatic column of the drilling fluid in the drill string. The drilling fluid is fed through the drill string. Carry out the transmission of the received force influence of the drilling fluid pressure to the vibration damper, depending on the rotational speed of the drill string, converting the drilling fluid pressure force by means of a
При увеличении частоты вращения бурильной колонны увеличивается давление на привод микроперемещений 6, при этом привод 6 перемещается к периферии цилиндрической выработки на глубину, зависящую от давления на привод 6, а, следовательно, от количества оборотов бурильной колонны, и происходит внедрение рабочего органа 7 в выработку. При этом увеличивается момент сопротивления вращению бурильной колонны. При уменьшении частоты вращения бурильной колонны уменьшается давление на привод микроперемещений 6, при этом привод 6 перемещается к центру бурильной колонны, тем самым, уменьшая углубление рабочего органа 7 в породе и снижая момент сопротивления вращению бурильной колонны. Таким способом рабочий орган 7 внедрения в породу образует и изменяет силы сопротивления, которые влияют на момент вращения, тем самым контролируют вибрационные нагрузки, то есть амплитуду и частоту вынужденных крутильных колебаний, передаваемых на элементы бурильной колонны.With an increase in the rotational speed of the drill string, the pressure on the
Виброгаситель во втором варианте исполнения, представленный на фиг. 7, используется для реализации способа виброгашения бурильной колонны по второму варианту следующим образом.The vibration damper in the second embodiment shown in FIG. 7 is used to implement the method of vibration damping of the drill string according to the second embodiment as follows.
Установку виброгасителя с закручивающим устройством 13 производят в компоновке низа бурильной колонны, либо на любом необходимом расчетном расстоянии от долота, зависящим от условий бурения. Буровой раствор подают по бурильной колонне. В установленном виброгасителе производят закручивание потока бурового раствора, зависящее от частоты вращения буровой колонны. Осуществляют передачу полученного силового воздействия давления бурового раствора на виброгаситель, преобразуя силу давления бурового раствора с помощью привода микроперемещений 6 рабочего органа 7 внедрения в породу. Изменяют силу сопротивления вращению бурильной колонны, повышая и понижая давление на привод микроперемещений 6 рабочего органа 7 посредством его взаимодействия с породой стенки скважины.The installation of a vibration damper with a twisting
Попадание потока на вращающиеся части с рельефом приводит к перераспределению осевой скорости бурового раствора потока в сторону увеличения его угловой скорости, следствием чего является более глубокое и последовательное вовлечение слоев текучей среды, начиная с граничного слоя, приводящее к более высокому градиенту давлений в периферийной (пристенной) области в полости цилиндрического корпуса 1. Таким образом, при увеличении частоты вращения бурильной колонны увеличивается давление на привод микроперемещений 6. При этом привод 6 перемещается к периферии цилиндрической выработки на глубину, зависящую от давления на привод 6, а, следовательно, от количества оборотов бурильной колонны, и происходит внедрение рабочего органа 7 в породу. При этом увеличивается момент сопротивления вращению бурильной колонны. При уменьшении частоты вращения бурильной колонны уменьшается давление на привод микроперемещений 6, при этом привод 6 перемещается к центру бурильной колонны, тем самым, уменьшая углубление рабочего органа 7 в породе и уменьшая момент сопротивления вращению бурильной колонны. Таким способом рабочий орган 7 образует и изменяет силы сопротивления, которые влияют на момент вращения, тем самым контролируют вибрационные нагрузки, то есть амплитуду и частоту вынужденных крутильных колебаний, передаваемых на элементы бурильной колонны.Hit of the flow on rotating parts with a relief leads to a redistribution of the axial velocity of the drilling fluid flow in the direction of increasing its angular velocity, which results in a deeper and more consistent involvement of the fluid layers, starting from the boundary layer, leading to a higher pressure gradient in the peripheral (wall) areas in the cavity of the
Принцип работы приводов микроперемещений 6 для работы виброгасителей, заявленных в двух вариантах исполнения, одинаков.The principle of operation of micromotion drives 6 for the operation of vibration dampers, declared in two versions, is the same.
Привод микроперемещений 6 в первом варианте исполнения (фиг. 1, фиг. 8) работает следующим образом.The
При возрастании давления в бурильной колонне буровой раствор с внешней стороны воздействует на крышку 14 большого сильфона 17, заполненного малосжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение большого сильфона 17 в осевом направлении ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается полая перемычка 19, соединяющая сильфоны 17 и 18. При этом сила давления малосжимаемой среды воздействует с внутренней стороны на крышку 15 малого сильфона 18, перемещая ее совместно с рабочим органом 7, внедряемым в породу. После уменьшения давления на привод 6 происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфонов 17 и 18, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 17, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.With increasing pressure in the drill string, the drilling fluid externally acts on the
Привод микроперемещений 6 во втором варианте исполнения (фиг. 2) работает следующим образом.The
При возрастании давления в бурильной колонне, буровой раствор с внешней стороны воздействует на подвижную крышку 24 сильфона 22, заполненного малосжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение сильфона 22 в осевом направлении ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается неподвижная торцевая крышка 25. При этом сила давления малосжимаемой среды воздействует с внутренней стороны на мембрану 23, перемещая ее совместно с рабочим органом 7, внедряемым в породу. После уменьшения давления происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфона 22 и мембраны 23, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 22, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.With increasing pressure in the drill string, the drilling fluid externally acts on the
Привод микроперемещений 6 в третьем варианте исполнения (фиг. 3) работает следующим образом.The
При возрастании давления в бурильной колонне, буровой раствор с внешней стороны воздействует на крышку внешнего сильфона 26, заполненного малосжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение внешнего сильфона 26 в осевом направлении ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается полая перемычка 19. Сила давления малосжимаемой среды воздействует с внутренней стороны на крышку 29 внутреннего сильфона 27, перемещая заполненный сжимаемой средой внутренний сильфон 27 совместно с закрепленным внутри него на крышке 29 штоком 30 и рабочим органом 7 внедрения в породу. После уменьшения давления происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфонов 26 и 27 и газа в сильфоне 27, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 26, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.With increasing pressure in the drill string, the drilling fluid externally acts on the cover of the outer bellows 26, filled with low compressibility medium, compressing it. The movement of the outer bellows 26 in the axial direction is limited by the
Привод микроперемещений 6 в четвертом варианте исполнения (фиг. 4) работает следующим образом.The
При возрастании давления в бурильной колонне буровой раствор с внешней стороны воздействует на подвижную крышку 24 сильфона 22, заполненного сжимаемой средой, сжимая его. При этом перемещение сильфона 22 в осевом направление ограничено крышкой 4 патрубка 3, в которую упирается полая неподвижная крышка 31. Сильфон 22 перемещается совместно с закрепленным внутри него на подвижной крышке 24 штоком 30 и рабочим органом 7 внедрения в породу. После уменьшения давления происходит обратный процесс. Когда давление бурового раствора в бурильной колонне понижается, под действием сил упругости сильфона 22 и газа в нем, превышающих силу давления бурового раствора с внешней стороны сильфона 22, привод 6 перемещается в обратном направлении. Обратное перемещение привода 6 ограничено буртом 9.With increasing pressure in the drill string, the drilling fluid externally acts on the
Таким образом, результатом использования предлагаемых изобретений является расширение функциональных возможностей способа виброгашения бурильной колонны, виброгасителя и привода микроперемещений внедрения рабочего органа в породу, в частности за счет: гашения любых видов крутильных колебаний при независимости системы от источника колебаний и автономности при отсутствии дополнительной измерительной аппаратуры, снижения массогабаритных показателей виброгасителя в условиях скважинной среды и его меньшей зависимости от угла наклона скважины, наложения гидромеханических связей движения привода микроперемещений и ограничения его линейных перемещений, обеспечивающих его функционал в качестве привода рабочего органа внедрения в породу; а также повышение эксплуатационных качеств и надежности виброгасителя за счет уменьшения механических связей в устройстве, снижения его массогабаритных показателей в условиях скважинной среды, его более эффективным управлением при использовании в виброгасителе точного привода микроперемещений.Thus, the result of the use of the proposed inventions is the expansion of the functionality of the method of vibration damping of the drill string, vibration damper and drive of micro displacements of the introduction of the working body into the rock, in particular due to: damping any types of torsional vibrations with the independence of the system from the vibration source and autonomy in the absence of additional measuring equipment, reducing the overall dimensions of the vibration damper in the conditions of the borehole environment and its less dependence on the angle of inclination of the well, imposing hydromechanical constraints on the movement of the drive of micro displacements and limiting its linear movements, ensuring its functionality as a drive of the working body of introduction into the rock; as well as improving the performance and reliability of the vibration damper by reducing the mechanical connections in the device, reducing its weight and size indicators in the conditions of the borehole environment, its more efficient control when using an accurate micromotion drive in the vibration damper.
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019142764A RU2722678C1 (en) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Method for vibration damping of a drill string (versions), a vibration absorber (versions) and a micro-displacement drive (versions) for implementing a method of vibration damping |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019142764A RU2722678C1 (en) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Method for vibration damping of a drill string (versions), a vibration absorber (versions) and a micro-displacement drive (versions) for implementing a method of vibration damping |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2722678C1 true RU2722678C1 (en) | 2020-06-03 |
Family
ID=71067449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019142764A RU2722678C1 (en) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | Method for vibration damping of a drill string (versions), a vibration absorber (versions) and a micro-displacement drive (versions) for implementing a method of vibration damping |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2722678C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2765519C1 (en) * | 2021-04-19 | 2022-01-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for vibration damping of torsional oscillations of rotating systems and a viscosity vibration damper for implementing a method for vibration damping |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2106469C1 (en) * | 1996-05-12 | 1998-03-10 | Уфимский государственный нефтяной технический университет | Vibration damper-centralizer of drilling tool |
| RU2249151C1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Торговый дом "Тульский патронный завод" | Compensator for smoothing-out pulsations of liquid |
| RU2329376C2 (en) * | 2003-05-30 | 2008-07-20 | СТРАТЭЛОК ТЕКНОЛОДЖИ ПРОДАКТС Эл Эл Си | Assembly point and method to control drill string twirling energy |
| GB2492663A (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-09 | Bruce Arnold Tunget | Deformed of blocked passage access |
| RU2695442C1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Vibration damper-calibrator |
| RU2702284C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-10-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Adaptive vibration damper of torsional oscillations |
-
2019
- 2019-12-17 RU RU2019142764A patent/RU2722678C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2106469C1 (en) * | 1996-05-12 | 1998-03-10 | Уфимский государственный нефтяной технический университет | Vibration damper-centralizer of drilling tool |
| RU2329376C2 (en) * | 2003-05-30 | 2008-07-20 | СТРАТЭЛОК ТЕКНОЛОДЖИ ПРОДАКТС Эл Эл Си | Assembly point and method to control drill string twirling energy |
| RU2249151C1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Торговый дом "Тульский патронный завод" | Compensator for smoothing-out pulsations of liquid |
| GB2492663A (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-09 | Bruce Arnold Tunget | Deformed of blocked passage access |
| RU2695442C1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Vibration damper-calibrator |
| RU2702284C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-10-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Adaptive vibration damper of torsional oscillations |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2765519C1 (en) * | 2021-04-19 | 2022-01-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for vibration damping of torsional oscillations of rotating systems and a viscosity vibration damper for implementing a method for vibration damping |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10533376B2 (en) | Regulating device and a method of using same in a borehole | |
| CA2755416C (en) | A torsional bearing assembly for transmitting torque to a drill bit | |
| US6412614B1 (en) | Downhole shock absorber | |
| Tian et al. | Vibration analysis of new drill string system with hydro-oscillator in horizontal well | |
| EP2379907B1 (en) | Downhole vibration dampener | |
| US6308940B1 (en) | Rotary and longitudinal shock absorber for drilling | |
| RU2626096C1 (en) | Vibration damper | |
| NO301557B1 (en) | Device arranged to engage in a drill string for controlled damping of axial and torsional forces | |
| US3998443A (en) | Multidirectional shock absorbing device | |
| Tian et al. | Mathematical modeling and analysis of drill string longitudinal vibration with lateral inertia effect | |
| RU2722678C1 (en) | Method for vibration damping of a drill string (versions), a vibration absorber (versions) and a micro-displacement drive (versions) for implementing a method of vibration damping | |
| RU2682393C2 (en) | Damping system for downhole tool | |
| CN115324538B (en) | Perforating string dynamics system and analysis method for oil and gas exploration | |
| SU917704A3 (en) | Upper drill bit shock-absorber | |
| CN107246238B (en) | Integrated impact downhole power drilling tool | |
| RU2702284C1 (en) | Adaptive vibration damper of torsional oscillations | |
| RU2364698C1 (en) | Device and method rotary-pressure drilling of wells | |
| CN113029545A (en) | Deep well drill string stick-slip vibration simulation device | |
| SU796382A1 (en) | Drilling column shock absorber | |
| RU2158345C2 (en) | Lengthwise oscillation damper | |
| RU2765519C1 (en) | Method for vibration damping of torsional oscillations of rotating systems and a viscosity vibration damper for implementing a method for vibration damping | |
| CN105134081B (en) | Drilling vibration generating tool | |
| CN215632827U (en) | All-metal vibration antifriction tool | |
| Omojuwa et al. | Mathematical Modeling of Axial Oscillation Tools in High-Angle Wells | |
| RU84441U1 (en) | SUSPENSION DAMPER |