RU2781681C1 - Oscillator for drill string - Google Patents
Oscillator for drill string Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781681C1 RU2781681C1 RU2022109158A RU2022109158A RU2781681C1 RU 2781681 C1 RU2781681 C1 RU 2781681C1 RU 2022109158 A RU2022109158 A RU 2022109158A RU 2022109158 A RU2022109158 A RU 2022109158A RU 2781681 C1 RU2781681 C1 RU 2781681C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mandrel
- oscillator
- flow channel
- module
- housing
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000000284 resting Effects 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 125000001145 hydrido group Chemical group *[H] 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 17
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 17
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 description 12
- 238000011068 load Methods 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, в частности к осцилляторам для бурильной колонны, предназначенным для создания гидромеханических импульсов, воздействующих на бурильную колонну [Е21В 2/02, Е21В 28/00, E21B 28/00, E21B 43/003].The invention relates to hydraulic drives for rotary drilling, placed in wells, in particular to oscillators for the drill string, designed to create hydromechanical pulses acting on the drill string [E21B 2/02, E21B 28/00, E21B 28/00, E21B 43/ 003].
Из уровня техники известен ОСЦИЛЛЯТОР ДЛЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ [RU 2645198 C1, опубл.: 16.02.2018], содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий трубчатый статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера в статоре смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий первый клапанный элемент и неподвижный второй клапанный элемент, первый клапанный элемент снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной, второй клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем второй клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет основную продольную ось, первый клапанный элемент скреплен с ротором и имеет возможность перемещения относительно второго клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащий плунжерный модуль, размещенный между первым клапанным элементом и клапанной парой, а также содержащий трансмиссионный вал, скрепленный с входной частью ротора, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в упомянутой радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения и скрепленный с трансмиссионным валом, и генератор гидромеханических импульсов, расположенный выше по потоку от радиально-упорной опоры вращения, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи крутящего момента между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом вращательный привод для передачи момента между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки, отличающийся тем, что первый клапанный элемент, скрепленный с ротором, снабжен трубчатым хвостовиком, направленным к клапану, внутренняя полость трубчатого хвостовика первого клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды на выходе из героторного винтового гидравлического двигателя и образования проточного канала через внутреннюю полость трубчатого хвостовика к клапану, а плунжерный модуль содержит закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установлен на трубчатом хвостовике первого клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно упомянутого трубчатого хвостовика первого клапанного элемента, при этом первая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен конфузорным вниз по потоку, максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала дроссельной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре равно удвоенной величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре, а максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала второй неподвижной втулки относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре равно величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре.An OSCILLATOR FOR A DRILL STRING is known from the prior art [RU 2645198 C1, publ.: 02/16/2018], containing a gerotor screw hydraulic motor, including a tubular stator with an elastomer lining fixed in it with internal helical teeth and a rotor with external helical teeth located inside the stator , the rotation of the rotor is carried out by pumping the fluid medium, the number of teeth of the rotor is one less than the number of teeth of the elastomer lining, the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their numbers of teeth, the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining in the stator are displaced from each other by the amount of eccentricity , and a valve comprising a first valve element and a stationary second valve element, the first valve element is provided with a first valve plate installed therein, the second valve element is provided with a second valve plate installed therein, and the second valve element with the second valve plate installed therein forms a valve hole and has a main longitudinal axis, the first valve element is fastened to the rotor and has the ability to move relative to the second valve element, and during operation, the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, and also containing a plunger module located between the first valve element and a valve pair, as well as containing a transmission shaft fastened to the input part of the rotor, an angular contact rotation bearing, including a hollow shaft mounted in the said radial contact rotation bearing with the possibility of rotation and fastened to the transmission shaft, and a generator of hydromechanical impulses , located upstream from the angular contact support of rotation, containing a body made of external tubular elements, a mandrel placed inside the body, made of internal tubular elements telescopically connected to each other, elements for transmitting torque tape between the body and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, as well as containing a spring module between the body and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the body and the spring module, these outer tubular elements having the upper and lower thrust ends on opposite edges of the spring module, the upper thrust end of the first tubular element and the lower end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module during longitudinal compression of the said tubular elements relative to each other, the upper thrust end of the second tubular element and the lower thrust end of the first tubular element , simultaneously engaging and loading the spring module when the specified tubular elements are stretched relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer p mandrel surface, responsive to fluid pressure, and also containing seals in the upper part between the body and the mandrel and a chamber for the working fluid - oil, limited by seals in the upper part of the body and seals of the annular piston between the body and the mandrel, and a thrust ring mounted on the inner a tubular element constituting the lower part of the mandrel, while the rotary drive for transmitting torque between the mandrel and the body during longitudinal movement relative to each other is provided with a shock ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel with a shock ring inside the thrust sleeve, characterized in that the first valve the element fastened to the rotor is provided with a tubular shank directed towards the valve, the inner cavity of the tubular shank of the first valve element is configured to communicate with the fluid flow at the outlet of the gerotor screw hydraulic motor and form a flow channel through the the inner cavity of the tubular shank to the valve, and the plunger module contains an elastomer lining fixed inside it and is mounted on the tubular shank of the first valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the mentioned tubular shank of the first valve element, while the first valve plate is made in the form of a fastened with a plunger by a throttle bushing module with a flow channel, the internal profile of which is made confusing downstream, the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the throttle bushing relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator is equal to twice the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in stator, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the second fixed bushing relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator is equal to eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator.
Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная способом реализации изменения переменного проходного сечения для бурового раствора путем планетарного вращения винтового ротора относительно винтовых зубьев обкладки из эластомера в статоре и одновременном вращении упомянутого ротора вокруг собственной продольной оси в направлении, противоположном направлению планетарного вращения. Очевидно, что такая конструкция обладает малыми возможностями для обеспечения дискретного изменения параметров осциллятора. Кроме того, аналог не предусматривает дистанционное управление осциллятором.The disadvantage of analogue is low reliability due to the method of implementing a change in the variable flow area for the drilling fluid by planetary rotation of the helical rotor relative to the helical teeth of the elastomer lining in the stator and simultaneous rotation of the said rotor around its own longitudinal axis in the direction opposite to the direction of planetary rotation. It is obvious that such a construction has little potential for providing a discrete change in the oscillator parameters. In addition, the analogue does not provide for remote control of the oscillator.
Наиболее близким по технической сущности является ОСЦИЛЛЯТОР ДЛЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ [RU 2732322 C1, опубл.: 15.09.2020], содержащий героторный винтовой гидравлический двигатель, включающий трубчатый статор с закрепленной в нем обкладкой из эластомера с внутренними винтовыми зубьями и расположенный внутри статора ротор с наружными винтовыми зубьями, вращение ротора осуществляется насосной подачей текучей среды, число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев обкладки из эластомера, ходы винтовых зубьев обкладки из эластомера и ротора пропорциональны их числам зубьев, а центральные продольные оси ротора и обкладки из эластомера в статоре смещены между собой на величину эксцентриситета, и клапан, включающий подвижный клапанный элемент и неподвижный клапанный элемент, подвижный клапанный элемент снабжен установленной в нем первой клапанной пластиной, неподвижный клапанный элемент снабжен установленной в нем второй клапанной пластиной, причем неподвижный клапанный элемент с установленной в нем второй клапанной пластиной образует клапанное отверстие и имеет продольную ось, подвижный клапанный элемент имеет возможность перемещения относительно неподвижного клапанного элемента, а при эксплуатации клапанные элементы взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для текучей среды через клапан, а также содержащий плунжерный модуль, в котором подвижный клапанный элемент снабжен трубчатым хвостовиком, внутренняя полость трубчатого хвостовика подвижного клапанного элемента выполнена с возможностью сообщения с потоком текучей среды и образования проточного канала через внутреннюю полость трубчатого хвостовика, а плунжерный модуль содержит закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установлен на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика подвижного клапанного элемента, при этом первая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с плунжерным модулем первой дроссельной втулки с проточным каналом, а вторая клапанная пластина выполнена в виде скрепленной с корпусом второй дроссельной втулки с проточным каналом, а также содержащий трансмиссионный вал, радиально-упорную опору вращения, включающую полый вал, установленный в радиально-упорной опоре вращения с возможностью вращения, и генератор гидромеханических импульсов, содержащий корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри корпуса оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи момента вращения между корпусом и оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, а также содержащий пружинный модуль между корпусом и оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях пружинного модуля, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью оправки, реагирующий на давление текучей среды, а также содержащий уплотнения в верхней части между корпусом и оправкой и камеру для рабочей жидкости - масла, ограниченную уплотнениями в верхней части корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между корпусом и оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть оправки, при этом привод для передачи момента вращения между оправкой и корпусом при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в оправке с возможностью продольного перемещения оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки, при этом скрепленная с корпусом дроссельная втулка неподвижного клапанного элемента размещена примыкающей ниже по потоку к генератору гидромеханических импульсов, внутренний профиль проточного канала скрепленной с корпусом дроссельной втулки неподвижного клапанного элемента выполнен конфузорным вниз по потоку, плунжерный модуль, включающий закрепленную внутри него обкладку из эластомера и установленный на трубчатом хвостовике подвижного клапанного элемента с возможностью вращения и продольного перемещения относительно трубчатого хвостовика клапанного элемента, размещен на входе в героторный винтовой гидравлический двигатель и скреплен с входной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, при этом подвижный клапанный элемент выполнен в виде скрепленной с плунжерным модулем дроссельной втулки с проточным каналом, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, а центральная продольная ось проточного канала установленной в упомянутом плунжерном модуле дроссельной втулки смещена относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, причем максимальное смещение центральной продольной оси проточного канала установленной в плунжерном модуле дроссельной втулки, внутренний профиль которого выполнен диффузорным вниз по потоку, относительно центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя, равно величине эксцентриситета центральной продольной оси ротора героторного винтового гидравлического двигателя относительно центральной продольной оси обкладки из эластомера в статоре, при этом радиально-упорная опора вращения размещена в выходной части осциллятора, а трансмиссионный вал размещен между выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя и входной частью полого вала радиально-упорной опоры вращения и скреплен одним краем с выходной частью ротора героторного винтового гидравлического двигателя, а другим краем - с входной частью вала радиально-упорной опоры вращения. The closest in technical essence is the OSCILLATOR FOR THE DRILL STRING [RU 2732322 C1, publ.: 09/15/2020], containing a gerotor screw hydraulic motor, including a tubular stator with an elastomer lining fixed in it with internal helical teeth and a rotor located inside the stator with external screw teeth, the rotation of the rotor is carried out by pumping fluid, the number of rotor teeth is one less than the number of teeth of the elastomer lining, the strokes of the helical teeth of the elastomer lining and the rotor are proportional to their numbers of teeth, and the central longitudinal axes of the rotor and the elastomer lining in the stator are offset from each other by the amount of eccentricity, and the valve, which includes a movable valve element and a fixed valve element, the movable valve element is equipped with a first valve plate installed in it, the fixed valve element is equipped with a second valve plate installed in it, and the fixed valve element with a in it the second valve plate forms a valve hole and has a longitudinal axis, the movable valve element has the ability to move relative to the fixed valve element, and during operation the valve elements interact, jointly forming a variable flow area for the fluid through the valve, and also containing a plunger module, in which the movable valve element is provided with a tubular shank, the inner cavity of the tubular shank of the movable valve element is configured to communicate with the fluid flow and form a flow channel through the internal cavity of the tubular shank, and the plunger module contains an elastomer lining fixed inside it and is mounted on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the movable valve element, while the first valve plate is made in the form of the first core fastened to the plunger module a ssel sleeve with a flow channel, and the second valve plate is made in the form of a second throttle sleeve fastened to the body with a flow channel, and also containing a transmission shaft, a radial-thrust rotation bearing, including a hollow shaft mounted in a radial-thrust rotation bearing with the possibility of rotation, and a generator of hydromechanical pulses, containing a housing made of external tubular elements, a mandrel placed inside the housing, made of internal tubular elements telescopically connected to each other, elements for transmitting torque between the housing and the mandrel during longitudinal movement relative to each other, these tubular elements are equipped with threads, as well as containing a spring module between the housing and the mandrel, a thrust sleeve between the upper thrust end of the housing and the spring module, said outer tubular elements having upper and lower thrust ends located along the upper and lower thrust ends on opposite edges of the spring module, the upper the thrust end of the first tubular element and the lower end of the second tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module when the said tubular elements are longitudinally compressed relative to each other, the upper thrust end of the second tubular element and the lower thrust end of the first tubular element, simultaneously engaging and loading the spring module in tension of the specified tubular elements relative to each other, an annular piston with seals on the outer and inner surfaces, installed between the inner surface of the housing and the outer surface of the mandrel, responsive to fluid pressure, and also containing seals in the upper part between the body and the mandrel and a chamber for working fluid - oil, limited by the seals in the upper part of the housing and the seals of the annular piston between the housing and the mandrel, and the thrust ring mounted on the inner tubular element constituting the lower part of the mandrel, while the drive for transmitting torque that rotation between the mandrel and the body during longitudinal movement relative to each other is provided with a shock ring installed in the mandrel with the possibility of longitudinal movement of the mandrel with the shock ring inside the thrust sleeve, while the throttle sleeve of the fixed valve element fastened to the body is located adjacent downstream to the generator of hydromechanical impulses , the internal profile of the flow channel of the throttle sleeve of the fixed valve element fastened to the body is confusing downstream, the plunger module, which includes an elastomer lining fixed inside it and mounted on the tubular shank of the movable valve element with the possibility of rotation and longitudinal movement relative to the tubular shank of the valve element, is placed at the inlet to the gerotor screw hydraulic motor and is fastened to the inlet part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, while the movable valve element is made in the form of fasteners throttle bushing with a plunger module with a flow channel, the inner profile of which is made diffuser downstream, and the central longitudinal axis of the flow channel installed in the plunger module of the throttle bushing is displaced relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, and the maximum displacement of the central longitudinal axis of the flow channel of the throttle bushing installed in the plunger module, the internal profile of which is made diffuser downstream relative to the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, is equal to the eccentricity of the central longitudinal axis of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor relative to the central longitudinal axis of the elastomer lining in the stator, while the angular contact support of rotation is placed in the output part of the oscillator, and the transmission shaft is placed between the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic th motor and the input part of the hollow shaft of the radial-thrust bearing of rotation and is fastened with one edge to the output part of the rotor of the gerotor screw hydraulic motor, and the other edge - with the input part of the shaft of the radial-thrust bearing of rotation.
Основной технической проблемой прототипа является низкая эффективность работы осциллятора из-за невозможности изменения (регулировки) амплитуды и частоты создаваемых осциллятором колебаний.The main technical problem of the prototype is the low efficiency of the oscillator due to the impossibility of changing (adjusting) the amplitude and frequency of the oscillations generated by the oscillator.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы осциллятора, уменьшении трения бурильной колонны о стенки скважины и увеличении скорости бурения. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the oscillator, reduce the friction of the drill string against the borehole walls and increase the drilling speed.
Указанный технический результат достигается за счет того, что осциллятор для бурильной колонны, включающий в себя генератор гидромеханических импульсов, содержащий оправку, состоящую из верхней и нижней частей, соосно расположенных между собой, причем верхняя часть выполнена в виде четырехсекционной цилиндрической трубы с уменьшающимися сверху вниз наружными диаметрами, а нижняя часть оправки имеет постоянный диаметр и соединена вплотную с верхней частью оправки с упором в торец ее секции с наименьшим диаметром, корпус в виде трубы с выемкой с внутренней стороны для размещения пружинного модуля и упорной втулки, элементы для передачи момента вращения между корпусом генератора и оправкой, расположенные между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью оправки, с возможностью продольного перемещения относительно друг друга, упорную втулку между верхним упорным торцом корпуса и пружинным модулем, пружинный модуль в виде тарельчатых пружин, расположенных между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью оправки и опирающихся одной своей стороной на упорную втулку, а другой стороной на нижний упорный торец корпуса и верхний упорный торец нижней части оправки, кольцевой поршень с уплотнениями, расположенный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью нижней части оправки, упорное кольцо, установленное на внешней стороне нижней части оправки, проточный канал со средством регулирования перепускного канала, отличающийся тем что дополнительно содержит последовательно присоединенные к генератору гидромеханических импульсов управляемый клапанный блок, модуль связи, гидрогенератор и электронный модуль, при этом средство регулирования сечения перепускного канала, расположенное в корпусе клапанного блока представляет собой взаимодействующие друг с другом подвижный клапанный элемент и седло, содержащие сообщающиеся между собой и с проточным каналом эксцентрично расположенные отверстия, выполненные с возможностью изменения проходного сечения проточного канала при смещении упомянутых отверстий их друг относительно друга и поперек вертикальной оси симметрии осциллятора путем управляемого углового перемещения подвижного клапанного элемента и седла с помощью отдельных сервоприводов с изменяемой частотой перемещений внутри клапанного блока с возможностью изменения частоты и амплитуды создаваемых осциллятором колебаний, при этом сервоприводы подключены к электронному блоку, состоящему из закрытого корпуса электронного модуля, внутри которого установлен электронный блок, отдающий сервоприводам команды на исполнение, осуществляющий обработку данных о работе осциллятора и передачу данных модулю связи, причем внутри одной из стенок корпуса электронного модуля выполнен проточный канал для бурового раствора, сообщенный через отверстие в корпусе генератора с проточным каналом модуля связи, при этом модуль связи осуществляет управление электронным модулем через блок связи, а питание сервоприводов, электронного блока и модуля связи выполнено от гидрогенератора, соединенного с ними электрическими каналами питания, и преобразующего энергию потока бурового раствора, проходящего через проточный канал путем выработки электроэнергии от вращения ротора гидротурбины и взаимодействия обмоток возбуждения ротора с постоянными магнитами, расположенными внутри корпуса гидрогенератора.The specified technical result is achieved due to the fact that the oscillator for the drill string, which includes a generator of hydromechanical pulses, containing a mandrel consisting of the upper and lower parts, coaxially located between them, and the upper part is made in the form of a four-section cylindrical pipe with outer tubes decreasing from top to bottom. diameters, and the lower part of the mandrel has a constant diameter and is connected closely to the upper part of the mandrel with an emphasis on the end of its section with the smallest diameter, the body is in the form of a pipe with a recess on the inside to accommodate the spring module and thrust sleeve, elements for transmitting torque between the body of the generator and the mandrel, located between the inner surface of the housing and the outer surface of the mandrel, with the possibility of longitudinal movement relative to each other, the thrust sleeve between the upper thrust end of the housing and the spring module, the spring module in the form of Belleville springs located between the inner surface body axle and the outer surface of the mandrel and resting with one side on the thrust sleeve, and with the other side on the lower thrust end of the body and the upper thrust end of the lower part of the mandrel, an annular piston with seals located between the inner surface of the body and the outer surface of the lower part of the mandrel, a thrust ring , installed on the outer side of the lower part of the mandrel, a flow channel with a means for regulating the bypass channel, characterized in that it additionally contains a controlled valve block, a communication module, a hydrogenerator and an electronic module connected in series to the generator of hydromechanical impulses, while the means for regulating the cross section of the bypass channel located in The body of the valve block is a movable valve element and a seat interacting with each other, containing eccentrically located holes communicating with each other and with the flow channel, made with the possibility of changing the flow area of the mouth channel when the said holes are displaced relative to each other and across the vertical axis of symmetry of the oscillator by controlled angular movement of the movable valve element and the seat using separate servo drives with a variable frequency of movement inside the valve block with the possibility of changing the frequency and amplitude of the oscillations generated by the oscillator, while the servo drives are connected to the electronic unit, consisting of a closed housing of the electronic module, inside which an electronic unit is installed, which gives commands to the servo drives for execution, processes data on the operation of the oscillator and transmits data to the communication module, and inside one of the walls of the housing of the electronic module there is a flow channel for drilling fluid, communicated through a hole in the generator housing with a flow channel of the communication module, while the communication module controls the electronic module through the communication unit, and the power supply of the servos, the electronic unit and the communication module is performed It is fed from a hydrogenerator connected to them by electric power channels, and converts the energy of the drilling fluid flow passing through the flow channel by generating electricity from the rotation of the hydroturbine rotor and the interaction of the rotor excitation windings with permanent magnets located inside the hydrogenerator housing.
На чертеже показан осциллятор для бурильной колонны в продольном разрезе, на которой обозначено: 1 - генератор гидромеханических импульсов, 2 - корпус, 3 - оправка, 4 - элементы передачи момента вращения (шлицы), 5 - пружинный модуль, 6 - упорная втулка, 7 - верхний упорный торец корпуса, 8 - верхний упорный торец оправки, 9 - нижний упорный торец корпуса, 10 - нижний упорный торец оправки, 11 - кольцевой поршень, 12 - уплотнения поршня, 13 - внутренняя поверхность корпуса, 14 - наружная поверхность оправки, 15 - упорное кольцо, 16 - клапанный блок, 17 - корпус клапана, 18 - проточный канал, 19 - подвижный клапанный элемент, 20 - седло, 21 - сервопривод подвижного клапанного элемента, 22 - сервопривод седла, 23 - генератор, 24 - корпус генератора, 25 - электрический канал, 26 - ротор с гидротурбиной, 27 - постоянный магнит, 28 - обмотка возбуждения, 29 - электронный модуль, 30 - корпус электронного модуля, 31 - проточный канал электронного модуля, 32 - электронный блок, 33 - модуль связи, 34 - корпус модуля связи, 35 - проточный канал модуля связи, 36 - блок связи.The drawing shows an oscillator for a drill string in a longitudinal section, which indicates: 1 - generator of hydromechanical impulses, 2 - housing, 3 - mandrel, 4 - torque transmission elements (splines), 5 - spring module, 6 - thrust sleeve, 7 - upper thrust end of the body, 8 - upper thrust end of the mandrel, 9 - lower thrust end of the body, 10 - lower thrust end of the mandrel, 11 - annular piston, 12 - piston seals, 13 - inner surface of the body, 14 - outer surface of the mandrel, 15 - thrust ring, 16 - valve block, 17 - valve body, 18 - flow channel, 19 - movable valve element, 20 - seat, 21 - servo drive of the movable valve element, 22 - seat servo drive, 23 - generator, 24 - generator housing, 25 - electrical channel, 26 - rotor with a hydroturbine, 27 - permanent magnet, 28 - field winding, 29 - electronic module, 30 - electronic module housing, 31 - flow channel of the electronic module, 32 - electronic unit, 33 - communication module zi, 34 - housing of the communication module, 35 - flow channel of the communication module, 36 - communication unit.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Осцилляторы бурильной колонны предназначены для создания малоамплитудных осевых колебаний в бурильной колонне за счет пульсаций давления промывочной жидкости (бурового раствора) внутри осциллятора. Основной функцией осцилляторов является улучшение передачи нагрузки на долото путем снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины при наклонно-направленном бурении.Drill string oscillators are designed to create low-amplitude axial oscillations in the drill string due to pressure pulsations of the drilling fluid (drilling mud) inside the oscillator. The main function of oscillators is to improve WOB transfer by reducing the friction forces of the drill string against the borehole walls during directional drilling.
Осциллятор выполнен в виде цилиндрического составного по длине устройства и содержит последовательно соединенные друг к другу торцами генератор гидромеханических импульсов 1, управляемый клапанный блок 16, модуль связи 33, генератор 23 и электронный модуль 29.The oscillator is made in the form of a cylindrical device that is composite along the length and contains a generator of
Генератор гидромеханических импульсов 1 включает корпус 2, размещенную внутри корпуса 2 с одного из его торцов оправку 3, а также элементы для передачи вращающего момента бурильной колонны (шлицы) 4 от корпуса 2, выполненные на внутренней поверхности корпуса 2 оправке 3, для чего на ее наружной поверхности выполнены ответные шлицы 4. Оправка 3 выполнена в виде цилиндрической трубы с уменьшающимся сверху вниз наружным диаметром.The generator of
Внутри корпуса 2 генератора гидромеханических импульсов 1 смонтирован пружинный модуль 5, выполненный в виде тарельчатых пружин, опирающихся одной своей стороной на упорную втулку 6, смонтированную между верхним упорным торцом корпуса 7, а с другой на упорный торец корпуса 9.Inside the housing 2 of the
Генератор гидромеханических импульсов 1 содержит верхний упорный торец оправки 8 и нижний упорный торец корпуса 9, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль 5 при продольном сжатии корпуса 2 и оправки 3 относительно друг друга.The generator of
Генератор гидромеханических импульсов 1 содержит верхний упорный торец корпуса 7 и нижний упорный торец оправки 10, одновременно зацепляющие и нагружающие пружинный модуль 5 через упорную втулку 6 при растяжении корпуса 2 и оправки 3 относительно друг друга.The generator of
Генератор гидромеханических импульсов 1 содержит кольцевой поршень 11 с уплотнениями 12, установленный между внутренней поверхностью корпуса 2 и наружной поверхностью оправки 3.The
Генератор гидромеханических импульсов 1 содержит упорное кольцо 15, установленное при помощи резьбы на оправке 3.The generator of
Как было описано выше, к генератору гидромеханических импульсов 1 с торца, противоположного размещению оправки 3, смонтирован управляемый клапанный блок 16, включающий корпус клапана 17, внутри которого выполнен проточный канал 18 для бурового раствора, подвижный клапанный элемент 19 и седло 20 с эксцентрично расположенными отверстиями проточного канала 18, при этом подвижный клапанный элемент 19 выполнен с возможностью поперечного относительно вертикальной оси симметрии перемещения внутри корпуса клапана 17 сервоприводом подвижного клапанного 21 с изменяемой частотой перемещений относительно седла 20 и корпуса клапана 17, при этом само седло 20 выполнено также с возможностью поперечного относительно вертикальной оси симметрии перемещения внутри подвижного клапанного элемента 19 сервоприводом седла 21 и смещения выполненного в нем отверстия проточного канала 18 относительно отверстия проточного канала 18 в подвижном клапанном элементе 19, аналогичное отверстие в котором также смещается относительно проточного канала 18 внутри корпуса клапана 17. Такое смещение подвижного клапанного элемента 19 и седла 20 обеспечивает изменение проходного сечения проточного канала 18 в максимально перекрытом состоянии клапанного блока 16, изменяя, таким образом, амплитуду колебаний осциллятора.As described above, to the generator of
С торца клапанного блока 16 смонтирован модуль связи 33, состоящий из закрытого сверху и снизу корпуса модуля связи 34. Вдоль одной боковых стенок корпуса модуля связи 24 выполнен сквозной проточный канал модуля связи 35 для бурового раствора, а в закрытой части смонтирован блок связи 36.A
С торца корпуса модуля связи 34 смонтирован генератор 23, состоящий из корпуса генератора 24 с электрическим каналом 25, выполненным внутри корпуса генератора 24 внутри него и сообщенным с закрытой частью корпуса модуля связи 34 в котором смонтирован блок связи 36, ротор с гидротурбиной 26 и постоянными магнитами 27, обмотка возбуждения 28.At the end of the body of the
С торца корпуса генератора 24 смонтирован электронный модуль 29, состоящий из закрытого корпуса электронного модуля 30, внутри одной из стенок которого вдоль выполнен проточный канал электронного модуля 31 для бурового раствора, сообщенный через отверстие в корпусе генератора 24 с проточным каналом корпуса модуля связи 35. Внутри закрытой части корпуса электронного модуля 30 смонтирован электронный блок 32.From the end of the
Осциллятор для бурильной колонны работает следующим образом.The oscillator for the drill string works as follows.
Поток бурового раствора прокачивают насосом буровой установки через колонну бурильных труб, оправку 3, проточный канал 18 клапанного блока 16, проточный канал модуля связи 33, генератор 23, проточный канал электронного модуля 31. The flow of drilling fluid is pumped by the pump of the drilling rig through the drill string,
Изменение сечения проточного канала 18 в клапанном блоке 16 осуществляется вращением подвижного клапанного элемента 19 сервоприводом подвижного клапанного элемента 21 с изменяемой частотой вращения, изменяя таким образом частоту создаваемых осциллятором колебаний, причем седло 20 перемещается сервоприводом седла 22 и изменяет сечение проточного канала 18 для бурового раствора в максимально перекрытом состоянии проточного канала 18, изменяя, таким образом, амплитуду колебаний осциллятора. Пульсация давлений бурового раствора, создаваемых в клапанном блоке 16 передается через кольцевой поршень 11 на оправку 3 и создает осевые колебания оправки 3 относительно корпуса 2, которые далее передаются колонне бурильных труб и уменьшают их трение относительно стенок скважины.The change in the cross section of the flow channel 18 in the
Буровой раствор, проходя через гидротурбину 26 генератора 23, вращает ротор гидротурбины 26. Генератор вырабатывает электроэнергию для питания сервоприводов 21 и 22, электронного блока 32 и блока связи 36.The drilling fluid, passing through the
Блок связи 36 осуществляет передачу закодированных импульсов по каналу связи на наземную станцию оператора и принимает команды от наземной станции оператора.The
Электронный блок 32 обрабатывает сигналы, полученные по каналу связи, и выдает сервоприводам 21 и 22 команды на исполнение, обрабатывает данные о работе осциллятора и передает данные блоку связи 36.The
В предлагаемом устройстве управляемый клапанный блок 16 имеет подвижный клапанный элемент 19 и седло 20, при этом подвижный клапанный элемент 19 перемещается относительно седла 20 с помощью сервопривода подвижного клапанного элемента 21 с изменяемой частотой перемещений, а седло 20 перемещается с помощью сервопривода седла 22 и изменяет проходное сечение проточного канала 18 в максимально перекрытом состоянии, изменяя таким образом амплитуду колебаний осциллятора, а при эксплуатации подвижный клапанный элемент 19 и седло 20 взаимодействуют, совместно образуя переменное проходное сечение для бурового раствора, проходящего через устройство. Генератор 23 обеспечивает электропитание для упомянутых сервоприводов 21 и 22, электронного модуля 29 и блока связи 36. Блок связи 36 выполнен с возможностью передачи данных о работе устройства на поверхность и приема с поверхности команд оператора.In the proposed device, the controlled
Оператор, находящийся на поверхности и получающий данные от телеметрии о скорости бурения и нагрузке на долото, анализирует эффективность работы осциллятора и прохождение нагрузки до бурового долота и при необходимости изменяет режим работы осциллятора путем увеличения/уменьшения частоты, амплитуды колебаний. После изменения режима работы оператор вновь анализирует данные телеметрии о скорости бурения и нагрузке на долото и при необходимости корректирует режим работы. Таким образом, управляя режимами работы осциллятора, повышается эффективность работы осциллятора, уменьшается трение бурильной колонны о стенки скважины, нагрузка доходит до долота, увеличивается скорость бурения.The operator, who is on the surface and receives data from telemetry on drilling speed and WOB, analyzes the efficiency of the oscillator and the passage of the load to the drill bit and, if necessary, changes the mode of operation of the oscillator by increasing/decreasing the frequency and amplitude of oscillations. After changing the operating mode, the operator again analyzes the telemetry data on drilling speed and weight on bit and, if necessary, corrects the operating mode. Thus, by controlling the operating modes of the oscillator, the efficiency of the oscillator increases, the friction of the drill string against the borehole walls decreases, the load reaches the bit, and the drilling speed increases.
Также в случае отсутствия потребности в работе осциллятора, например, при промывке скважины, оператор отключает осциллятор. Таким образом, увеличивается ресурс работы осциллятора и уменьшаются гидравлические потери.Also, if there is no need for the oscillator to work, for example, when flushing a well, the operator turns off the oscillator. Thus, the service life of the oscillator is increased and hydraulic losses are reduced.
Изобретение повышает эффективность работы осциллятора, расширяет диапазон энергетических характеристик пульсирующего давления бурового раствора, обеспечивает снижение сил трения бурильной колонны о стенки скважины, снижение вероятности прихвата бурильной колонны, повышает скорость бурения скважин.The invention improves the efficiency of the oscillator, expands the range of energy characteristics of the pulsating pressure of the drilling fluid, reduces the friction forces of the drill string against the borehole walls, reduces the likelihood of sticking the drill string, and increases the speed of drilling wells.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781681C1 true RU2781681C1 (en) | 2022-10-17 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117722149A (en) * | 2023-10-19 | 2024-03-19 | 山东石油化工学院 | Hydraulic sliding resistance-changing device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016090209A2 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | AOI (Advanced Oilfield Innovations, Inc.) | Down-hole vibrational oscillator |
| RU2645198C1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for drilling string |
| CN111197463A (en) * | 2018-11-19 | 2020-05-26 | 中国石油化工股份有限公司 | Oscillator |
| RU2732322C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for a drill string |
| RU2750144C1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Drill string oscillator |
| RU2768784C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Drill string oscillator |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016090209A2 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | AOI (Advanced Oilfield Innovations, Inc.) | Down-hole vibrational oscillator |
| RU2645198C1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for drilling string |
| CN111197463A (en) * | 2018-11-19 | 2020-05-26 | 中国石油化工股份有限公司 | Oscillator |
| RU2732322C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Oscillator for a drill string |
| RU2750144C1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Drill string oscillator |
| RU2768784C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Радиус-Сервис" | Drill string oscillator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117722149A (en) * | 2023-10-19 | 2024-03-19 | 山东石油化工学院 | Hydraulic sliding resistance-changing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2726805C1 (en) | Downhole vibrating device | |
| CN107701107B (en) | It is a kind of static state in the high build angle rate rotary steerable tool of backup radial type and control method | |
| RU2617759C2 (en) | Control system based on screw coal-face mechanism | |
| CA2680895C (en) | Flow pulsing device for a drilling motor | |
| EA009968B1 (en) | System and method using a continuously variable transmission to control one or more system components | |
| CA2935828C (en) | Hydraulically actuated apparatus for generating pressure pulses in a drilling fluid | |
| WO2008024881A1 (en) | Downhole tool with closed loop power systems | |
| US20020105858A1 (en) | Borehole logging apparatus for deep well drilling | |
| RU2781681C1 (en) | Oscillator for drill string | |
| RU172421U1 (en) | Drill string rotator | |
| CN111197463A (en) | Oscillator | |
| CN114961568A (en) | Multidirectional oscillation impact screw drill | |
| WO2005056970A1 (en) | Apparatus for facilitating formation of a borehole and pile driving | |
| MX2015006634A (en) | Downhole power system. | |
| RU2791761C1 (en) | Drill string oscillator | |
| CN210460502U (en) | Negative pressure pulse oscillation tool | |
| US20200248680A1 (en) | Double hydraulic activated receptacle pump | |
| CN114135230A (en) | Remote control turbine type pulse generator and application thereof | |
| EP4004328A1 (en) | On demand flow pulsing system | |
| RU2055140C1 (en) | Controlled deflecting tool | |
| RU55025U1 (en) | DRIVE PERFORATION DEVICES INTENDED FOR PUNCHING WELLS | |
| US20230407704A1 (en) | Drilling device with fluid column resonator | |
| WO2024007955A1 (en) | Mechanics-electronics-hydraulics integrated directional tool for continuous tubing drilling | |
| CN115807622A (en) | Spiral vibration hydraulic oscillator | |
| CN117072062A (en) | Rotary directional drilling tool, drilling tubular column and drilling regulation and control method |