RU2749705C1 - At-bit damping device - Google Patents

At-bit damping device Download PDF

Info

Publication number
RU2749705C1
RU2749705C1 RU2020139107A RU2020139107A RU2749705C1 RU 2749705 C1 RU2749705 C1 RU 2749705C1 RU 2020139107 A RU2020139107 A RU 2020139107A RU 2020139107 A RU2020139107 A RU 2020139107A RU 2749705 C1 RU2749705 C1 RU 2749705C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
shaft
bit
shock absorber
piston
Prior art date
Application number
RU2020139107A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Андреевич Куншин
Дмитрий Андреевич Сидоров
Георгий Викторович Буслаев
Михаил Владимирович Двойников
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет»
Priority to RU2020139107A priority Critical patent/RU2749705C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749705C1 publication Critical patent/RU2749705C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • E21B17/076Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers between rod or pipe and drill bit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: drilling equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of drilling equipment for absorbing harmful vibrations of a bit and drill string. The at-bit damping device includes housing, a piston mounted with the possibility of sliding inside the housing. At the same time, a shaft is installed inside the housing, which is sealed from above and below with sealing rings and is fixed relative to the initial position by a spring, which is mounted around the shaft and the inner surface of the lower part of the housing, and a dilatant fluid, which is located in the lower part of the housing. The piston is made in form of an enlarged diameter of the central part of the shaft.
EFFECT: invention increases efficiency of well drilling.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области бурового оборудования для поглощения вредных вибраций долота и бурильной колонны. Изобретение относится к наддолотным амортизаторам и может быть использовано в различных отраслях производства, в том числе для обеспечения безаварийного процесса бурения скважин.The invention relates to the field of drilling equipment for absorbing harmful vibrations of a bit and drill string. The invention relates to supra-bit shock absorbers and can be used in various industries, including to ensure a trouble-free well drilling process.

Известен амортизатор наддолотный (патент RU № 108087, опубл. 10.09.2011), включающий корпус, в котором размещен вал, контактирующий с ниппельной гайкой посредством шлицевого соединения, внутри корпуса размещены ряды амортизирующих элементов в виде колец прямоугольного профиля, которые разделены металлическими дисками, а весь пакет колец и дисков закреплен в корпусе верхним переводником и ниппельной гайкой.Known shock absorber above the bit (patent RU No. 108087, publ. 09/10/2011), including a housing in which a shaft is placed in contact with the nipple nut by means of a spline connection, inside the housing there are rows of shock-absorbing elements in the form of rectangular rings, which are separated by metal discs, and the entire package of rings and discs is secured in the body by an upper sub and a nipple nut.

Недостатком конструкции является то, что резиновые кольца при воздействии ударных нагрузок могут потерять целостность при плотном закреплении на вале. Вследствие чего, не будет обеспечена амортизирующая способность устройства и снизится жесткость конструкции амортизатора.The disadvantage of this design is that rubber rings, when exposed to shock loads, can lose their integrity when tightly fastened to the shaft. As a result, the shock-absorbing ability of the device will not be provided and the rigidity of the shock absorber structure will decrease.

Известен буровой наддолотный амортизатор (патент SU № 1816023, опубл. 20.10.1995), включающий корпус, расположенный в его полости ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость, а меньшей полость для размещения упругого элемента, и камеру гидравлической разгрузки, сообщающуюся с затрубным пространством.Known drilling supra-bit shock absorber (patent SU No. 1816023, publ. 20.10.1995), including a housing located in its cavity, a stepped shaft, forming a spline cavity with the housing with its larger step, and a smaller cavity for accommodating an elastic element, and a hydraulic unloading chamber communicating with annular space.

Недостатком данного амортизатора является гибкая стенка, выполненная из резиновой мембраны, которая снижает надежность конструкции амортизатора при его эксплуатации.The disadvantage of this shock absorber is a flexible wall made of a rubber membrane, which reduces the reliability of the shock absorber structure during its operation.

Известен буровой наддолотный амортизатор (патент RU № 2015294, опубл. 30.06.1994 г.), включающий корпус, расположенный в его полости ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость и меньшей ступенью - полость для размещения упругого элемента, содержащую установленные друг над другом ряды резиновых шаров, чередующиеся с металлическими дисками, закрепленными на валу и в корпусе, камеру гидравлической разгрузки и камеру с гибкой стенкой, гидравлически связанную с шлицевой камерой.Known drilling supra-bit shock absorber (patent RU No. 2015294, publ. 30.06.1994), including a housing located in its cavity, a stepped shaft, forming a spline cavity with the housing with its larger step and a smaller step - a cavity for accommodating an elastic element containing installed each above the other, rows of rubber balls, alternating with metal discs fixed on the shaft and in the housing, a hydraulic discharge chamber and a flexible wall chamber, hydraulically connected to the spline chamber.

Недостатками конструкции данного устройства является наличие камеры гидравлической 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. Наличие отверстий на меньшей ступени вала снижает надежность конструкции амортизатора при ударных нагрузках на сжатие и кручение.The disadvantages of the design of this device is the presence of a hydraulic unloading chamber, which is filled with drilling fluid, which negatively affects the rubber elements, and erodes the inner cavity of the shock absorber. The complexity of the design, in comparison with the proposed device, limits the field use and maintenance of the known shock absorber. The presence of holes in a smaller shaft step reduces the reliability of the shock absorber structure under shock loads in compression and torsion.

Известен гидромеханический амортизатор (патент RU № 2255197, опубл. 27.06.2005 г.), включающий корпус, в нижней части которого расположены ряды амортизирующих элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами. Вверху нижней части корпуса 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.Known hydromechanical shock absorber (patent RU No. 2255197, publ. 27.06.2005), including a housing, in the lower part of which are rows of shock-absorbing elements in the form of balls, which are separated by metal rings. A piston is located at the top of the lower part of the housing, which forms a sealed hydraulic chamber with the shaft and the upper part of the housing, designed to create additional shock-absorbing capacity and filled with diesel oil, which is supplied through hydraulic flows located in the upper part of the housing.

Недостатками конструкции данного устройства является то, что все амортизирующие элементы в связи с их идентичными жесткостными свойствами, работают параллельно, т.е. имеют возможность гасить вибрации узкого спектра частот.The disadvantages of the design of this device are that all shock-absorbing elements, due to their identical stiffness properties, operate in parallel, i.e. have the ability to dampen vibrations of a narrow frequency spectrum.

Известен наддолотный амортизатор (авторское свидетельство SU № 312038, опубл. 19.08.1971), принятый за прототип, включающий корпус с промывочным каналом, верхняя и нижняя части которого соединены резьбой, обратный клапан плавающего поршня, имеющий верхний уплотнительный элемент, разгрузочную втулку коробчатого сечения и образующую с внутренним цилиндром корпуса полость, соединенную с промывочным каналом отверстиями, и набор упругих и металлических колец, полого штока, снабженного внизу замковой резьбой под долото и вверху толкателем.Known supra-bit shock absorber (inventor's certificate SU No. 312038, publ. 08/19/1971), taken as a prototype, including a housing with a flushing channel, the upper and lower parts of which are connected by threads, a floating piston check valve having an upper sealing element, a box-section unloading sleeve and forming a cavity with the inner cylinder of the body, connected to the flushing channel by openings, and a set of elastic and metal rings, a hollow rod equipped at the bottom with a locking thread under the bit and at the top with a pusher.

Недостатком данного амортизатора является наличие в конструкции переходника с плоской поверхностью, при движении бурового раствора через патрубок в переходник возникает область гидравлических сопротивлений в камере между патрубком и переходником. Вследствие чего, образования гидравлических сопротивлений снижается амортизационная способность устройства. Вращение корпусу амортизатора от вала передается через радиальные выступы и упругие пластинчатые элементы, которые могут быстро износиться в процессе эксплуатации.The disadvantage of this shock absorber is the presence of an adapter with a flat surface in the design; when the drilling fluid moves through the pipe to the adapter, an area of hydraulic resistance arises in the chamber between the pipe and the adapter. As a result, the formation of hydraulic resistance decreases the amortization capacity of the device. Rotation of the shock absorber body from the shaft is transmitted through radial protrusions and elastic plate elements, which can quickly wear out during operation.

Техническим результатом является создание устройства, повышающего эффективность бурения скважин, в том числе в интервалах перемежающихся по прочности пропластков горных пород. The technical result is the creation of a device that increases the efficiency of drilling wells, including in intervals of rock layers alternating in strength.

Технический результат достигается тем, что внутри корпуса установлен вал, который сверху и снизу герметизирован уплотнительными кольцами и зафиксирован относительно исходного положения пружиной, которая смонтирована вокруг вала и внутренней поверхности нижней части корпуса, и дилатантной жидкостью, которая находится в нижней части корпуса, а поршень выполнен в виде увеличенного диаметра центральной части вала.The technical result is achieved by the fact that a shaft is installed inside the housing, which is sealed from above and below with sealing rings and is fixed relative to the initial position by a spring, which is mounted around the shaft and the inner surface of the lower part of the housing, and a dilatant fluid, which is located in the lower part of the housing, and the piston is made in the form of an increased diameter of the central part of the shaft.

Устройство наддолотного амортизатора поясняется следующими фигурами:The structure of the above-bit shock absorber is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - структурная схема устройства наддолотного амортизатора;fig. 1 is a block diagram of a supra-bit shock absorber device;

фиг. 2 - вид по сечению наддолотного амортизатора, где:fig. 2 is a cross-sectional view of the shock absorber above the bit, where:

1 - бурильная труба;1 - drill pipe;

2 - верхняя часть корпуса;2 - the upper part of the body;

3 - уплотнительное кольцо;3 - a sealing ring;

4 - пружина;4 - spring;

5 - нижняя часть корпуса;5 - the lower part of the body;

6 - поршень,6 - piston,

7 - вал;7 - shaft;

8 - дилатантная жидкость;8 - dilatant liquid;

9 - калибратор;9 - calibrator;

10 - долото.10 - chisel.

Устройство наддолотного амортизатора (фиг. 1) включает корпус, состоящий из двух частей - верхней части корпуса 2 и нижней части корпуса 5, герметично соединенных конической резьбой. На верхней части корпуса 2 закреплена при помощи конического резьбового соединения бурильная колонна 1, выполненная, например, из стали. Внутри корпуса установлен вал 7, с возможностью перемещения по шлицевым пазам (фиг. 2). Центральная часть вала 7 (фиг. 1) выполнена с увеличенным диаметром - поршень 6. Вал 7 сверху и снизу герметизирован уплотнительными кольцами 3 и зафиксирован относительно исходного положения в корпусе пружиной 4, смонтированной вокруг вала 7 и внутренней поверхности нижней части корпуса 5, и дилатантной жидкостью 8, находящейся в нижней части корпуса 5. Под нижней частью корпуса 5 на валу 7 при помощи резьбового соединения закреплен калибратор 9, к которому, с возможностью съема через переводник (на фигуре не показан), закреплено долото 10.The device nadbolotnogo shock absorber (Fig. 1) includes a housing consisting of two parts - the upper part of the housing 2 and the lower part of the housing 5, hermetically connected by a tapered thread. On the upper part of the housing 2, a drill string 1, made, for example, of steel, is fixed by means of a conical threaded connection. A shaft 7 is installed inside the housing, with the ability to move along the spline grooves (Fig. 2). The central part of the shaft 7 (Fig. 1) is made with an increased diameter - the piston 6. The shaft 7 is sealed from above and below by sealing rings 3 and is fixed relative to the initial position in the housing by a spring 4 mounted around the shaft 7 and the inner surface of the lower part of the housing 5, and by a dilatant liquid 8 located in the lower part of the body 5. Under the lower part of the body 5, a calibrator 9 is fixed to the shaft 7 by means of a threaded connection, to which, with the possibility of being removed through a sub (not shown in the figure), the chisel 10 is fixed.

Устройство работает следующим образом. При нагружении бурильной трубы 1, под действием ударных осевых нагрузок и вибраций на долото 10 и боковых вибраций на калибратор 9, передающихся на вал 7, производится движение поршня 6 и вала 7 со скольжением в верхнюю часть корпуса 2 по уплотнительным кольцам 3 с одновременным сжатием пружины 4, приводящим к перетеканию дилатантную жидкость 8 в нижнюю часть корпуса 5 через шлицевую полость вала 7.The device works as follows. When loading the drill pipe 1, under the action of axial shock loads and vibrations on the bit 10 and lateral vibrations on the calibrator 9, transmitted to the shaft 7, the piston 6 and shaft 7 move with sliding into the upper part of the body 2 along the sealing rings 3 with simultaneous compression of the spring 4, leading to the overflow of dilatant fluid 8 into the lower part of the housing 5 through the spline cavity of the shaft 7.

Устройство повышает эффективность бурения скважин за счет снижения вибраций бурильной колонны, путем деформации пружины, затухания упругих волн в среде дилатантной жидкости, преодоления сил внутреннего трения рабочей жидкости, вовлекаемой в колебательное движение при перемещениях вала относительно корпуса, а также гидравлических сопротивлений, проявляющихся при перетекании рабочей жидкости между полостями амортизатора.The device increases the efficiency of well drilling by reducing vibrations of the drill string by deforming the spring, damping elastic waves in the dilatant fluid medium, overcoming the forces of internal friction of the working fluid involved in oscillatory motion when the shaft moves relative to the body, as well as hydraulic resistances that appear when the working fluid flows. fluid between the cavities of the shock absorber.

Claims (1)

Амортизатор наддолотный, включающий корпус, поршень, установленный с возможностью скольжения внутри корпуса, отличающийся тем, что внутри корпуса установлен вал, который сверху и снизу герметизирован уплотнительными кольцами и зафиксирован относительно исходного положения пружиной, которая смонтирована вокруг вала и внутренней поверхности нижней части корпуса, и дилатантной жидкостью, которая находится в нижней части корпуса, а поршень выполнен в виде увеличенного диаметра центральной части вала.A shock absorber above the bit, including a housing, a piston mounted with the ability to slide inside the housing, characterized in that a shaft is installed inside the housing, which is sealed from above and below with O-rings and is fixed relative to the initial position by a spring that is mounted around the shaft and the inner surface of the lower part of the housing, and dilatant liquid, which is located in the lower part of the housing, and the piston is made in the form of an increased diameter of the central part of the shaft.
RU2020139107A 2020-11-30 2020-11-30 At-bit damping device RU2749705C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139107A RU2749705C1 (en) 2020-11-30 2020-11-30 At-bit damping device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139107A RU2749705C1 (en) 2020-11-30 2020-11-30 At-bit damping device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749705C1 true RU2749705C1 (en) 2021-06-16

Family

ID=76377466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020139107A RU2749705C1 (en) 2020-11-30 2020-11-30 At-bit damping device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749705C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781978C1 (en) * 2021-12-13 2022-10-21 Михаил Иванович Сердюк Near-bit vibration dampener

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU312038A1 (en) * В. А. Вареник, А. Л. Буцкий , В. П. Мациевский ADDITIONAL ALI-RESISTANT UNION nLATLHiHe-YCXiu; "n, h LIBRARY
RU2255197C1 (en) * 2004-03-11 2005-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет Hydromechanical shock-absorber
RU65097U1 (en) * 2007-01-25 2007-07-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина MECHANICAL SHOCK ABSORBER
CN102146773A (en) * 2011-04-22 2011-08-10 湖南山河智能机械股份有限公司 Drilling machine shock absorber and using method thereof
CN201963216U (en) * 2011-02-10 2011-09-07 天合石油集团汇丰石油装备股份有限公司 High-temperature resistant hydraulic two-way shock absorber
US20200018377A1 (en) * 2018-03-15 2020-01-16 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Bit support assembly incorporating damper for high frequency torsional oscillation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU312038A1 (en) * В. А. Вареник, А. Л. Буцкий , В. П. Мациевский ADDITIONAL ALI-RESISTANT UNION nLATLHiHe-YCXiu; "n, h LIBRARY
RU2255197C1 (en) * 2004-03-11 2005-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет Hydromechanical shock-absorber
RU65097U1 (en) * 2007-01-25 2007-07-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина MECHANICAL SHOCK ABSORBER
CN201963216U (en) * 2011-02-10 2011-09-07 天合石油集团汇丰石油装备股份有限公司 High-temperature resistant hydraulic two-way shock absorber
CN102146773A (en) * 2011-04-22 2011-08-10 湖南山河智能机械股份有限公司 Drilling machine shock absorber and using method thereof
US20200018377A1 (en) * 2018-03-15 2020-01-16 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Bit support assembly incorporating damper for high frequency torsional oscillation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781978C1 (en) * 2021-12-13 2022-10-21 Михаил Иванович Сердюк Near-bit vibration dampener

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4133516A (en) Shock absorber for well drilling pipe
US3949150A (en) Drilling string shock-absorbing tool
AU2010207008B2 (en) Downhole vibration dampener
US3998443A (en) Multidirectional shock absorbing device
US4246765A (en) Shock absorbing subassembly
US3225566A (en) Drill string shock absorber
US3383126A (en) Drill string shock absorbers
RU2645198C1 (en) Oscillator for drilling string
US3230740A (en) Drill string shock absorber and vibration dampener
US4211290A (en) Drilling string shock-absorbing tool
CN109555492B (en) Device and method for reducing pressure of well bottom annular drilling fluid based on drill column vibration
RU2749705C1 (en) At-bit damping device
RU2010108168A (en) BILATERAL HYDRAULIC DRILLING DRILL
CN102031938A (en) Shock absorber for drilling tool in oil-gas drilling
RU97162U1 (en) SHOCK ABSORBER
US4394884A (en) Shock sub
RU2018118736A (en) Drill string oscillator
RU2467150C2 (en) Drill string damper
US4130000A (en) Drill string shock absorber
RU197940U1 (en) Anti-bit shock absorber
US3381780A (en) Well tool shock absorber
RU65097U1 (en) MECHANICAL SHOCK ABSORBER
RU65549U1 (en) MECHANICAL SHOCK ABSORBER
RU2255197C1 (en) Hydromechanical shock-absorber
CN110805398B (en) Downhole multi-dimensional vibration self-suppression device and method