Буровое шарошечное долото (его варианты)

 

1. Буровое шарошечное долото, содержащее лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе н-ад зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы долота при бурении глубоких сквгжин за счет повышения достоверности информации об износе вооружения и опоры долота, преобразователь вращения шарошек снабжен установленными в немагнитном корпусе коаксиально относительно друг друга двумя цилиндрическими магнитопроводами , а постоянный магнит вы- j полней в виде полого цилиндра с ра (Л диальной намагниченностью и размещен в кольцевом пространстве, образованс ном между магнитопроводами. ел сд да :о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) Е 21 В 10 00!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ::ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Я ABTOPCROMY СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 3567300/22-03 (22) 25.03. 83 (46) 30.07.84. Бюл. Р 28 (72) Г.Ф, Перлов, И .И. Барабашкин, Я,В.Кунцяк и A.B.Êèòàåâ (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Энайени научно-исследовательский институт буровой техники (53) 622.24.051.55 (088.8) (56) 1. Максименко Б. П., Перлов Г,Ф. и др. Исследование характеристик бурильных головок к керноотборному снаряду Недра . — В кн.: Породоразрушающий инструмент, вып. XXXVI „

М., ВНИИБТ, 1976, с. 106-117.

2. Авторское свидетельство СССР

9 964102, кл. Е 21 В 10/00, 1982 (прототип). (54) БУРОВОЕ ШАРО())ЕЧНОЕ ДОЛОТО (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) 1. Буровое шарошечное долото, содержащее лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе над зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусЕ постоянный магнит и магниторезистор, о т л и чающее с ятем,что,сцелью повышения надежности работы долота при бурении глубоких скважин эа счет повышения достоверности информации об износе вооружения и опоры долота, преобразователь вращения шарошек. снабжен установленными в немагнитном корпусе коаксиально относительно друг друга двумя цилиндрическими магнитопроводами, а постоянный магнит вы- @ полнен в виде полого цилиндра с радиальной намагниченностью и размещен в кольцевом пространстве, образованном между магнитопроводами. С:

1 105599

2. Долото по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы установлены на -торцах внутреннего цилиндрического магнитопровода.

3, Долото по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом постоянного магнита с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов.

4. Буровое шарошечное долото, содержащее лапы, шарошки с зубчатым вен цом и установленный на лапе пад зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магнитореэистор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышечия надежности работы долота при буИзобретение относится к буровой технике, а именно к шарошечному породоразрушающему инструменту для бурения скважин.

Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус, шарошки и первичные индукционные преобразователи их вращения, которые при прохождении зубков шарошки около торца датчика преобразуют изменения магнитного поля в электрические сигналы (1 ).

Однако величина возникающей при этом ЭДС зависит не только от кратчайшего расстояния между зубком и торцом датчика, но и or скорбсти пе— ремещения зубка в магнитном поле. Это исключает использование таких преобразователей при малых скоростях вращения и искажает поступающую информацию при неравномерном вращении шарошек, Получаемые при этом методе измерений электрические сигналы не позволяют судить о состоянии износа вооружения и опоры долота.

Наиболее близким к предлагаемому является буровое шарошечное долото, содержащее лапы шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе .над зубчатым венцом преобразователь враще ния шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор (2).

ОдНако данное .долото характеризует ся недостаточной чувствительностью первичного преобразователя, позволяющей, проводить .качественные измерения

Еении глубоких скважин за счет повыения достоверности информации об износе вооружения и опоры долота, преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным постоянным магнитом и призматическим магнитопроводом, причем призматический магнитопровод установлен между постоянными магнитами, примыкающими к нему одноименными полюсами.

5 ° Долото по и, 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что преобразователь вращения шарашек снабжен дополнитель— ным магниторезистором, причем магниторезисторы размещены на торцах призматического магнитопровода. б,Долотопопп.4и5,отли ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом одного из постоянных магнитов с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов. только при прохождении зубков шарошек в непосредственной близости от торца преобразователя, что является причиной недостаточной точности определе5 ния износа нагруженных элементов долота. Кроме того, недостатками извест— ной конструкции долота являются значительная температурная погрешность, возникающая при изменении температу10 ры окружающей среды в процессе бурения, и отсутствие достаточной термокомпенсации, что позволяет использовать укаэанную конструкцию только при бурении скважин малой глубины.

Целью изобретения является повышение надежности работы долота при буреI нии глубоких скважин за счет ïoâûщения достоверности информации о частоте вращения шарошек и износе вооружения и опоры долота.

2 указанная цель достигается тем/ что в буровом шарошечном долоте, содержащем лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе над

25 зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе гГостоянный магнит и магнито йззистор, преобразователь вращения шарошек

30 снабжен установленными в немагнитном корпусе коаксиально относительно друг друга двумя цилиндрическими магнитопроводами, а. постоянный магниТ выполнен в виде полого цилиндра с

З5 радиальной намагниченностью и разме1105599 щен в кольцевом. пространстве, образованном между магнитопроводами.

Преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезистором, причем магниторезисторы установлены на торцах внутреннего цилинд- 5 рического магнитопровода °

Кроме того, преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над тор- 10 цом постоянного магнита с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов.

Возможно также другое конструктивное выполнение долота, согласно кото-15 рому в буровом шарошечном долоте, содержащем лапы, шарошки с зубчатым венцом и установленный на лапе над зубчатым венцом преобразователь вращения шарошек, включающий размещенные в немагнитном корпусе постоянный магнит и магниторезистор, преобразователь вращения шарошек снабжен допол нительным постоянным магнитом и призматическим магнитопроводом, причем призматический магнитопровод установ- лен между постоянными магнитами, примыкающими к нему одноименными полюсами.

Преобразователь вращения шарошек снабжен дополнительным магниторезис- 30 тором, причем магниторезисторы размещены на торцах призматического магнитопровода.

Кроме того, преобразователь вращения шарошек снабжен ферромагнитным g5 корректирующим элементом, установленным на немагнитном корпусе над торцом одного из постоянных магнитов с возможностью перемещения относительно одного из магниторезисторов.

На фиг. 1 изображен фронтальный вид предлагаемого шарошечного долота; на фиг 2 и 3 — долото по первому варианту исполнения; на фиг. 4 и 5 то же, по второму. 45

Долото, изображенное на фиг. 1, состоит из корпуса с лапами 1 и шарошек 2, на которых установлены зубки 3. На корпусе долота с помощью крепежного приспособления 4 соосно с зубком одного из венцов шарошки, на расстоянии до 10-12 мм от его вершины, крепится первичный преобразователь

5. Преобразователь 5 (фиг. 2 и 3) состоит из постоянного магнита б, цилиндрических центрального 7 и наружного 8 магнитопроводов, немагнитного корпуса 9, магниторезистив-, ных элементов 10 и 11, соединенных. по мостовой схеме и установленных 60 попарно на торцах центрального магнитorrpoâîäà 7, и ферромагнитного корректирующего элемента 12, предназначенного для первоначальной балансировки измерительного моста. 65

Преобразователь 5 по второму варианту исполнения (фиг. 4 и 5) состоит из двух постоянных магнитов б и 7, центрального магнитопровода 8 в виде призмы, немагнитного корпуса 9, магниторезистивных элементов 10 и 11, установленных на торцах магнитопровода 8, и ферромагнитного корректирующего элемента 12, установленного с возможностью изменения его положения относительно одного из магниторезисторов ° Оптимальное расстояние между вершиной зубка и первичным преобразователем устанавливается с помощью крепежного приспособления 4.

Работа предлагаемого долота аналогична работе обычного шарошечного долота и осуществляется путем приложения к нему осевой нагрузки и вращения его и шарошек вокруг своих осей.

В процессе бурения зубки 3 одного из венцов шарошки 2 поочередно приближаются к торцу преобразователя на минимальное расстояние — прск:транство в котором проявляется магнитное поле преобразователя. Каждый зубок, попавший в магнитное поле, изменяет его величину на торцах центрального магнитопровода 7 и соответственно величину магнитных потоков, пронизывающих магниторезистивные элементы

10 и 11. При этом величина магнитного потока, проходящего через торец магнитопровода, расположенный ближе к зубку, увеличивается, а через более отдаленный торец — уменьшается, соответственно сопротивление магниторезисторов 10 и 11, наклеенных на ближ- ний торец, увеличивается, а на дальний — уменьшается. Так как магниторезистивные элементы 10 и 11 соединены по мостовой схеме, все плечи моста являются активными, что позволяет получить максимальную величину измеряемого сигнала.

При прохождении зубка 3 под первичным преобразователем 5 изменяющиеся величины сопротивлений магниторезистивных элементов 10 и 11 преобразуются в пропорциональный электрический сигнал, который можно передавать на любое, забойное регистрирующее устройство или по линии связи на поверхность и т.д.

Первичный преобразователь можно многократно использовать — он легко переставляется с отработанного долота на новое.

Радиальная намагниченность постоянного магнита обеспечивает создание мощного магнитного потока одноименной полярности, проходящего через центральный магнитопровод в сторону движущегося объекта измерения.

Как по первому, так и по второму вариантам исполнения преобразователя магниторезистивные элементы до наклейки подбираются по одинаковой вел

1105599 чине сопротивлений, после размещения их на торцах центрального магнитопровода величины их сопротивлений могут отличаться между собой до нескольких .процентов. Для выравнивания величины их сопротивлений каждая половина моста снабжена ферромагнитным корректирующим элементом, расположенным на торце преобразователя с возможностью изменения его положения относительно одного из магниторезис- 10 тивных элементов.

Ферромагнитный корректирующий элемент 12 позволяет сделать одинаковыми сопротивления магниторезистивных элементов и тем самым во много раз 5 уменьшить температурную нестабильность мостовой схемы.

При размещении на одинаковом расстоянии от зубков с первичного преобраэ Ов ат ел я цилиндрической формы 2О (первый вариант) благодаря более мощному постоянному магниту и конфигурации ферромагнитных магнитопроводов при равенстве прочих условий получают больший по величине электрический сигнал, чем с преобразователя прямоугольной формы. Однако в тех случаях, когда расстояние просвета между корпусом долота и его наибольшим диаМетром (диаметром забоя скважины) недос таточно для установки преобразователя цилиндрической формы, устанавливают преобразователь прямоугольной форьж (по второму варианту), который более компактен и, кроме того, вместо прямоугольных постоянных магнитов у него по бокам центрального магнитопровода можно установить сплошные дисковые магниты.

Необходимо отметить, что минимальные размеры магниторезистивных преобразователей двух пред ставленных вариантов позволяют выполнять предлагаемое устройство на базе любого существующего долота и проводить исследовательские работы независимо от величины углубления долота в породу при бурении.

Таким образом, предлагаемое доло то по сравнению с известным позволяет получать более достоверную и качественную информацию о часто",е вращения шарошек и износе нагружениых элементов долота при бурении скважин значительно большей глубины. Это ведет к повышению технико-экономических показателей работы шарошечных долот, позволяет оперативно управлять технологией бурения, своевременно прекращать процесс бурения, подымая отработанное долото на поверхность, В конечном итоге это позволяет усовершенствовать существующие доло- . та и приводит к уменьшению количества шарошечных долот на проводку скважины и времени на спуско-подъемные операции.

1105599

12 фМГ. д-А

Сост авит ель A . Н а э аретов а

Редактор М.Петрова ТехредЛ.Мартяшова Корректор В.Гирняк

Заказ 5562/24 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4