RU2781978C1 - Наддолотный виброгаситель - Google Patents
Наддолотный виброгаситель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781978C1 RU2781978C1 RU2021136761A RU2021136761A RU2781978C1 RU 2781978 C1 RU2781978 C1 RU 2781978C1 RU 2021136761 A RU2021136761 A RU 2021136761A RU 2021136761 A RU2021136761 A RU 2021136761A RU 2781978 C1 RU2781978 C1 RU 2781978C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- damping
- bit
- damping insert
- coupling
- housing
- Prior art date
Links
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 210000002445 Nipples Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 210000002832 Shoulder Anatomy 0.000 claims description 7
- -1 nickel-titanium Chemical compound 0.000 claims description 5
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 13
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract description 7
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001902 propagating Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 7
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 4
- UIMGJWSPQNXYNK-UHFFFAOYSA-N azane;titanium Chemical compound N.[Ti] UIMGJWSPQNXYNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- CZBZUDVBLSSABA-UHFFFAOYSA-N Butylated hydroxyanisole Chemical compound COC1=CC=C(O)C(C(C)(C)C)=C1.COC1=CC=C(O)C=C1C(C)(C)C CZBZUDVBLSSABA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019282 butylated hydroxyanisole Nutrition 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 1
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области бурового оборудования, а именно к наддолотным амортизаторам, применяющихся для уменьшения динамической нагрузки на буровое долото и снижения вибраций, распространяющихся по бурильной колонне при бурении вертикальных, наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин. Технический результат - увеличение эффективности снижения вибраций на бурильную колонну, а также повышение надежности конструкции наддолотного виброгасителя. Наддолотный виброгаситель содержит цилиндрический полый корпус с ниппелем на одном конце и муфтой на другом конце и демпфирующую вставку, установленную на корпусе и выполненную в виде цилиндрической втулки из сплава высокого демпфирования, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру корпуса. Корпус и муфта содержат бурты, между которыми располагается демпфирующая вставка, а между демпфирующей вставкой и буртом муфты располагается промежуточное кольцо. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области бурового оборудования, а именно к наддолотным амортизаторам, применяющихся для уменьшения динамической нагрузки на буровое долото и снижения вибраций, распространяющихся по бурильной колонне при бурении вертикальных, наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.
Уровень техники
Известен патент (Патент 2255197 МПК E21B 17/07. Гидромеханический амортизатор / Яковлев И.Г. - № 2004107470/03, Заявл. 11.03.2004; Опубл. 27.06.2005), в котором амортизатор состоит из корпуса, в нижней части которого расположены ряды амортизирующих элементов в виде резиновых шаров, которые разделены металлическими кольцами. Вверху нижней части расположен поршень, образующий с верхней частью корпуса и валом герметичную гидравлическую камеру, для создания дополнительную амортизирующую способность.
Данная конструкция имеет недостаток: при работе с агрессивными средами и высокими температурами (выше 150 градусов Цельсия) необходимо заменить резиновые шары на тарельчатые пружины; при процессе работы надежность данной конструкции ограничивается надежностью резины и тарельчатых пружин; резина от ударных нагрузок может потерять целостность и потерять эластичность при длительном контакте с агрессивными средами.
Известен патент (Патент 2738196 МПК E21B 7/24, E21B 28/00. Система бурения горной породы с пассивным наведением вынужденных колебаний / Пельфран Жиль. - №2017120275, Заявл. 09.06.2017; Опубл. 09.12.2020), в котором переводник для подвешивания настроен относительно бурового долота следующим образом: для демпфирования колебаний бурового долота - КНБК вращается с первой угловой скоростью; для резонанса с колебаниями бурового долота - КНБК вращается со второй угловой скоростью, передавая при этом ударную энергию на буровое долото.
Данный патент имеет ряд недостатков, а именно ограниченный диапазон гашения и резонирования вибраций; применение тарельчатых пружин с низкой надежностью; использование большого числа компонентов, которые влияют на надежность конструкции.
Известен патент (Патент 2015295 МПК E21B 17/00. Буровой амортизатор/ Величкович Семен Васильевич, Шопа Василий Михайлович, Величкович Андрей Семенович, Яремак Олег Федорович. - № 5018703/03, Заявл. 11.11.1991; Опубл. 30.06.1994), устройство содержит упругий элемент, выполненный в виде последовательно размещенных и закрепленных на валу и в корпусе блоков несущих звеньев, взаимодействующих между собой посредством наполнителя, при этом блоки несущих звеньев упругих элементов, закрепленные на валу, установлены с возможностью осевого перемещения относительно блоков несущих звеньев упругих элементов, закрепленных в корпусе.
Недостатком данной конструкции является низкая надежность упругих элементов и ограничение по температуре эксплуатации.
Известна конструкция бурового амортизатора (Авторское свидетельство SU 1775546 А1 МПК E21B 17/07. Буровой амортизатор / В.Н. Лившиц, А.Д. Шевченко, А.А. Шульженко - № 4848709/03, Заявл. 17.10.1989; Опубл. 15.11.1992), в которой предлагается установка вставок из никелида титана, пористостью от 5 до 40%. В конструкции, состоящей из цилиндрического корпуса с внутренней резьбой на одном конце и наружной резьбой на другом, закрепляются на примыкающей к наружной резьбе кольцевой опорной поверхности с углублениями демпфирующие элементы из интерметалида никелида титана с пористостью 5-40%.
Данный буровой амортизатор принят в качестве прототипа. Он имеет ряд недостатков: конструкция рассчитана для бурения скважин с отбором керна, что ограничивает область применения по осевым нагрузкам и глубинам бурения; вставки снижают конструкционную прочность устройства: элементы должны впаиваться в корпус, а нагрев никелида титана выше температуры 400 градусов Цельсия приводит к изменению демпфирующих свойств материала; выступающая часть никелида титана подвержена высоким деформациям и ограничивает долговечность конструкции.
Раскрытие изобретения
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении эффективности снижения вибраций на бурильную колонну, а также в повышении надежности конструкции наддолотного вибропреобразователя.
Указанный результат достигается тем, что наддолотный вибропреобразователь содержит цилиндрический полый корпус, на одном конце которого расположен ниппель, а на другом - муфта, и демпфирующую вставку, установленную на корпусе, при этом демпфирующая вставка выполнена в виде цилиндрической втулки из сплава высокого демпфирования, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру корпуса.
Применение демпфирующей вставки из сплава высокого демпфирования обеспечивает снижение виброускорения бурильной колонны, а ее выполнение в виде цилиндрической втулки увеличивает данный эффект, при этом установка на корпус не снижает ее демпфирующие свойства.
В одном из вариантов изобретения, на корпусе со стороны ниппеля выполнен бурт, в которой упирается демпфирующая вставка, с другой стороны она подпирается буртом, выполненным на муфте, при этом бурты и демпфирующая вставка имеют одинаковый наружный диаметр.
В одном из вариантов изобретения, между буртом муфты и демпфирующей вставкой располагается промежуточное кольцо, предотвращающее негативное влияние на демпфирующие свойства материала вставки в процессе сварки муфты к корпусу вибропреобразователя. На торцевых поверхностях бурта корпуса, демпфирующей вставки и промежуточного кольца могут быть выполнены шпоночные пазы и выступы, которые дополнительно повышают надежность фиксации вставки на корпусе.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображена схема одного из вариантов исполнения заявленного наддолотного вибропреобразователя.
На фиг. 2 показан график изменения виброускорения для разных материалов демпфирующей вставки наддолотного вибропреобразователя.
Осуществление изобретения
Наддолотный вибропреобразователь представляет собой цилиндрический полый корпус 1, один конец которого соединен с муфтой 2, а другой конец выполнен в виде ниппеля 8 (см. фиг. 1). На корпусе 1 установлена демпфирующая вставка 3 в виде цилиндрической втулки, выполненной из сплава высокого демпфирования. Внутренний диаметр вставки 3 соответствует наружному диаметру корпуса 1. Между цилиндрической вставкой 3 и муфтой 2 устанавливается промежуточное кольцо 6. Ниппель 8 предназначен для крепления наддолотного вибропреобразователя к колонне бурильных труб. Муфта 2 предназначена для соединения наддолотного вибропреобразователя с буровым долотом.
Предпочтительно, что корпус 1 наддолотного вибропреобразователя имеет внутреннее центральное отверстие, равное внутреннему диаметру присоединяемой бурильной трубы.
В одном из вариантов исполнения изобретения, на корпусе 1 и муфте 2 имеются бурта 4 и 5 соответственно, которые подпирают демпфирующую вставку 3.
Сборка устройства осуществляется следующим образом: демпфирующая вставка 3 устанавливается на корпус 1 со стороны муфты 2 до упора в бурт 4. Далее на корпус 1 устанавливается промежуточное кольцо 6, которое также фиксирует демпфирующую вставку по шпоночному выступу. Муфта 5 приваривается к корпусу 1, при этом бурт 5 подпирает демпфирующую вставку 3, которая надежно фиксируется в установленном положении на корпусе 1 наддолотного вибропреобразователя. Предпочтительно, чтобы наружный диаметр демпфирующей вставки 3 соответствовал наружному диаметру буртов 4 и 5.
Между буртом 5 муфты и демпфирующей вставкой 3 может располагаться промежуточное кольцо 6 для предотвращения влияния процесса сварки на демпфирующие свойства материала втулки.
В одном из вариантов изобретения, на торцевых поверхностях бурта 4, промежуточного кольца 6 (или бурта 5 при отсутствии кольца 6) и демпфирующей вставки 3 могут быть выполнены соответствующие шпоночные пазы и выступы 7, которые предотвращают взаимные поперечные перекосы при сборке устройства и в процессе бурения и обеспечивают возможность проворота вокруг центральной оси, что позволяет уменьшить величину износа при протаскивании или расхаживании колонны. Также шпоночные соединения 7 способствуют более плотному контакту демпфирующей вставки с корпусом 1 наддолотного вибропреобразователя.
Принцип работы изобретения
Наддолотный вибропреобразователь с помощью муфты 2 соединяется с долотом, а другим концом крепится к бурильной колонне, например к калибратору и забойному двигателю и/или бурильной трубе. Как показано на фиг. 1, вибропреобразователь может соединяться с бурильной колонной с помощью ниппеля 8, выполненного монолитно с корпусом 1.
Продольные и поперечные вибрации, возникающие в процессе бурения, передаются через муфту 2 на демпфирующую вставку 3 и частично гасятся в ней благодаря использованию в ней сплава высокого демпфирования.
К сплавам высокого демпфирования относятся сплавы с высоким затуханием упругих колебаний. Они обеспечивают гашение вибраций за счет пассивного демпфирования, заключающегося в поглощении энергии вибрации метастабильными структурно-фазовыми составляющими сплава. К таким сплавам относятся: 1) материалы с высокой гетерогенностью структуры; 2) материалы с магнитными свойствами; 3) материалы с термоупругим мартенситом; 4) материалы с легкоподвижными дислокациями. Например, сплавы магний-цирконий, никель-титан, НИВКО сплав, марганец-медь.
Были приведены испытания по поглощению вибраций для разных материалов демпфирующей вставки. Образцами для испытаний служили:
1) наддолотный вибропреобразователь без демпфирующей вставки (базовый уровень);
2) с демпфирующей вставкой из стали 40ХН2МА толщиной 5 мм;
3) с демпфирующей вставкой из стали 40ХН2МА толщиной 20 мм;
4) с демпфирующей вставкой из соединения никеля и титана NiTi толщиной 20 мм.
В качестве комплексного параметра вибрации для оценки эффективности снижения вибрационных воздействий использовано виброускорение (а), обобщающее значения виброперемещения (D) и частоты вибрации (f) по следующей зависимости:
Полученные данные по виброускорению для каждого образца вибропреобразователя показаны на фиг. 2 в виде графиков.
Из фиг. 2 видно, что использование стали 40ХН2МА с высокой гетерогенностью структуры толщиной 20 мм снижет виброускорение до 40% по отношению к базовому уровню. А демпфирующая вставка из сплава никеля и титана со структурой термоупругого мартенсита обеспечивает снижение виброускорения до 95% по отношению к базовому уровню.
Эти результаты подтверждают эффективность снижения вибраций при использовании наддолотного вибропреобразователя с депфирующей вставкой из сплава высокого демпфирования. При этом была выявлена зависимость, что виброускорение бурильной колонны снижается, по меньшей мере, на 0,05 м/с2 на каждые 10 мм высоты демпфирующей вставки из сплава высокого демпфирования.
Claims (3)
1. Наддолотный виброгаситель, содержащий цилиндрический полый корпус с ниппелем на одном конце и муфтой на другом конце и демпфирующую вставку, установленную на корпусе и выполненную в виде цилиндрической втулки из сплава высокого демпфирования, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру корпуса, при этом корпус и муфта содержат бурты, между которыми располагается демпфирующая вставка, а между демпфирующей вставкой и буртом муфты располагается промежуточное кольцо.
2. Наддолотный виброгаситель по п. 1, в котором демпфирующая вставка выполнена из соединения никеля и титана.
3. Наддолотный виброгаситель по п. 1, в котором на торцевых поверхностях бурта корпуса, демпфирующей вставки и промежуточного кольца выполнены шпоночные пазы и выступы.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781978C1 true RU2781978C1 (ru) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2232249C1 (ru) * | 2003-01-04 | 2004-07-10 | Лягов Александр Васильевич | Виброгаситель-калибратор |
| US7984771B2 (en) * | 2006-09-20 | 2011-07-26 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for attenuating drillstring vibrations |
| CN106050161A (zh) * | 2016-08-02 | 2016-10-26 | 周育康 | 一种钻井作业用重型减震器 |
| RU2625682C1 (ru) * | 2013-07-09 | 2017-07-18 | Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. | Способ снижения крутильной вибрации в скважине и соответствующее устройство |
| RU2749705C1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Амортизатор наддолотный |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2232249C1 (ru) * | 2003-01-04 | 2004-07-10 | Лягов Александр Васильевич | Виброгаситель-калибратор |
| US7984771B2 (en) * | 2006-09-20 | 2011-07-26 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for attenuating drillstring vibrations |
| RU2625682C1 (ru) * | 2013-07-09 | 2017-07-18 | Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. | Способ снижения крутильной вибрации в скважине и соответствующее устройство |
| CN106050161A (zh) * | 2016-08-02 | 2016-10-26 | 周育康 | 一种钻井作业用重型减震器 |
| RU2749705C1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Амортизатор наддолотный |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Энциклопедический словарь по металлургии, под ред. Н.П. Лякишева, М., "Интермет Инжиниринг", 2000, том 2, с.204. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1759228B (zh) | 钻进组件和方法 | |
| US4162619A (en) | Drill string shock sub | |
| US7748474B2 (en) | Active vibration control for subterranean drilling operations | |
| US7036612B1 (en) | Controllable magneto-rheological fluid-based dampers for drilling | |
| EP2069603B1 (en) | Methods and apparatus for attenuating drillstring vibrations | |
| US20210079976A1 (en) | Viscous vibration damping of torsional oscillation | |
| EA032405B1 (ru) | Устройство изоляции и передачи колебаний, установка роторного бурения (варианты), способ бурения, блок изоляции колебаний, блок передачи колебаний и применение системы пружин | |
| US6364039B1 (en) | Vibration damping tool | |
| RU2781978C1 (ru) | Наддолотный виброгаситель | |
| CN116624107A (zh) | 一种随钻机械式可变刚度减振器 | |
| RU2364698C1 (ru) | Устройство и способ для роторно-шпиндельного бурения скважин | |
| CN106837198B (zh) | 复合减震工具 | |
| NO343669B1 (en) | A torsional shock absorber and a method of using same | |
| CN102061908B (zh) | 适用于随钻测量仪器的轴向减振器 | |
| RU2702284C1 (ru) | Адаптивный виброгаситель крутильных колебаний | |
| WO2013050231A2 (en) | Damper unit and drill string system comprising such a damper unit | |
| CN113638729B (zh) | 一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法 | |
| RU84441U1 (ru) | Демпфер наддолотный | |
| RU95022U1 (ru) | Демпфер наддолотный | |
| RU2515822C2 (ru) | Устройство для демпфирования продольных и крутильных колебаний | |
| RU102225U1 (ru) | Демпфер наддолотный | |
| RU156925U1 (ru) | Амортизатор шпинделя забойного двигателя | |
| Yang | A New Design of Vibration Damping Structure for Positive Displacement Motor | |
| SU274028A1 (ru) | Амортизатор осевых колебаний, возбуждаемых долотом при работе на забое | |
| RU2158345C2 (ru) | Демпфер продольных колебаний |