Колонковое долото стендовое

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин с отбором керна. Цель изобретения - повышение производительности долота путем совершенствования его конструктивных параметров. Долото содержит корпус с шарошками 4 и переводник 5 с преобразователем 6, измерительный узел, выполненный в виде закрепленного на переводнике наконечника 7, и установленное соосно к долоту кольцо 8, взаимодействующее с концом наконечника 7. Кольцо 8 выполнено в виде набора одинаковых ферромагнитных элементов. Площади поперечных сечений последних равномерно убывают по высоте. Преобразователь 6 выполнен магниторезистивным. Наконечник 7 выполнен полюсным с концом в виде усеченного конуса. Величина горизонтального участка записи электрического сигнала характеризует величину дуги окружности, образованной пересечением плоскости, в которой расположены центры наконечников 7. При увеличении этой дуги продолжительность сигнала возрастает, при уменьшении - снижается. Осциллограмма определяет пространственное положение наконечников 7, а следовательно и долота. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (SD 4 E 21 В 10/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4136595/ 3-03 (22) 20. 10.86 (46) 23.05.89. Бюл. К 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) И.И.Барабашкин, Г.Ф.Перлов и Я.С.Гаврилов (53) 622.24.051.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1089228, кл. Е 21 В 10/06, 1982. (54) КОЛОНКОВОЕ ДОЛОТО СТЕНДОВОЕ (57) Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин с отбором керна. Цель изобретения — повышение производительности долота путем совершенствования его конструктивных параметров. Долото содержит корпус с шарошками 4 и переводник 5 с преобразователем 6, измерительный узел, выпаененный в виде эакрепленного на переводнике наконечника 7, и установленное соосно к долоту кольцо 8, взаимодействующее с концом наконечника 7. Кольцо 8 выполнено в виде набора одинаковых ферромагнитных элементов. Площади поперечных сечений последних равномерно убывают по высоте. Преобразователь 6 выполнен магниторезистивным. Наконечник 7 выполнен полюсным с концом в ниде усеченного конуса. Величина горизонтального участка записи электрического сигнала характеризует величину дуги окружности, образованной пересечением плоскости, в которой расположены центры наконечников 7. При увеличении этой дуги продолжительность сигнала воз растает, при уменьшении — снижается, Осциллограмма определяет пространственное положение наконечников 7, а следовательно, и долота. 4 ил. раметров.

На фиг. 1 изображен колонковое долото стендовое, общий вид; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 — запись электрического сигнала на осциллограмме; на фиг. 4— схема определения положения в пространстве плоскости, в которой размеще- 1 ны центры полюсных наконечников магниторезистивных преобразователей.

Долото состоит из корпуса, образованного соединенными вместе накладками 1, наружными 2 и внутренней 3 секциями, на цапфах которого смонтированы шарошки 4, переводника 5 с магниторезистивными преобразователями 6 и полюсными наконечниками 7, 10 выполненными в виде усеченного кону- 25 са. Кольцо 8, состоящее из одинаковых ферромагнитных элементов, установлено на керне 9 так, что ось его симметрии совпадает с осью долота, а центры наконечников 7 размещены в одной плоскости, перпендикулярной к оси долота, и проходят через ферромагнитные элементы кольца 8.

Колонковое долото предназначено для исследований динамики работы колонковых долот на стенде при бурении

35 по недеформируемому или деформируемому забоям. При этом недеформируемый забой может быть как гладким, так и сформированным, поверхность которого имеет забойную рейку,, ухабы и т.д., "..е, максимально приближенным к реальному забою.

Работа колонковым долотом осуществляется путем его вращения вокруг оси с одновременным созданием осевой

45 нагрузки.

Шарошки 4 вращаются относительно цапф долота.

Магниторезистивные преобразователи б, жестко установленные в перевод-50 нике 5 (минимальное количество преобразователей 3 шт., угол между каждыми двумя 120 ), вращаются вокруг кольца 8, расположенного в корпусе долота и установленного на керне 9.

При этом каждый преобразователь посылает электрические сигналы на конт-. рольно-измерительную аппаратуру, где

1 14813

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для бурения скважин с отбором керна.

Цель изобретения — повышение производительности долота путем совершенствования его конструктивных па71 производится их запись на осциллограмму (фиг. 3).

При уменьшении расстояния между магниторезистивным преобразователем

6 и ферромагнитным элементом кольца

8 вследствие горизонтального или наклонного перемещения колонкового долота амплитуда электрического сигнала возрастает, а при уменьшении расстояния — убывает.

Величина горизонтального участка записи электрического сигнала характеризует величину дуги окружности, образованной пересечением плоскости, в которой расположены центры полюсных наконечников преобразователей с ферромагнитным элементом кольца. При увеличении этой дуги продолжительность сигнала возрастает, при уменьшении — снижается °

Осциллограмма определяет положение в пространстве плоскости, в которой расположены центры полюсных наконечников преобразователей, а следовательно, и положение долота относительно керна в любой момент времени,. т.е. осциллографическая запись определяет всю динамику работы долота на забое, его вертикальные, горизонтальные и наклонные перемещения (перекосы), характер процесса углубления в горную породу в зависимости от технических свойств породоразрушающего инструмента и физико-механических свойств материала забоя.

На фиг. 4 нанесены центры полюсных наконечников магниторезистивных преобразователей точками А, В и С. Через оси симметрии каждого из преобразователей проведены вертикальные плоскости L M N расположенные под углом о

120 одна к другой, которые помещены в прямоугольную неподвижную систему координат ХОУК так, что линия их пересечения совпадает с осью Z а плоскость Ь вЂ” с плоскостью ZOY.

В свою очередь, система координат

X0YZ расположена так, что ось Z совпадает с осью симметрии кольца, а точка Π— с точкой, пересечения оси симметрии керна и плоскостью его основания (точка 0< на фиг. 1).

Положение точек А, В и С в пространстве в любой момент времени характеризуется координатами Z; Y;, определяющими их местонахождение в соответствующих вертикальных плоскостях

М, N и углом поворота этих плос1481371

Y.

1 где Z, Y

М = 21п—

t1 у в

h с, Ы = 2ьп—

11

2нп - - +—

V, 3

2н

3 (4) П1

50 костей относительно плоскости ZOY (угол о1. ).

Координаты Е;, У; для каждой точки могут быть определены из соотношений

Z + (t„ — г„)т k (1)

Y + (а — А 1 m (21 о О 1 > текущая координата Z 10 текущая координата Y — расстояние от точки пересечения оси симметрии керна с плоскостью его основания (тОчка 01) до плОскОсти, 15 проходящей через центры полюсных наконечников магниторезистивных преобразователей в начальный момент времени, мм; 20 — величина горизонтального участка записи электрического сигнала при Z; = Z ; — величина горизонтального участка записи электричес- 25 кого сигнала при Z, г Z — масштабный коэффициент; коэффициент пропорциональности приращения координаты изменению величины дуги окружности, образованной пересечением плоскости, в которой расположены центры полюсных наконечников преобразователей с ферромагнитным элементом кольца, зави35 сящий от геометрической формы ферромагнитного элемента; — расстояние от оси дс полюс40 ного наконечника преобразователя в начальный момент времени, мм;

A — амплитуда электрического сигнала при расстоянии от полюсного наконечника преобразова45 теля до кольца Y; = Ya, мм;

А — текущее значение амплитуды электрического сигнала, мм;

m — масштабный коэффициент.

При этом в формуле (1)

2Ыл

111

Z. 11 (i — t,1m -k = bZ (3)

rpe R — расстояние от оси долота до полюсного наконечника преобразователя, мм;

n — частота вращения долота, с

V — скорость протяжки ленты och циллографа, мм/с;

hZ — величина вертикального перемещения точки вследствие динамических колебаний долота, мм.

Углый„, Ы „и o(> определяются из выражений где Ы „, М м, М вЂ” соответственно углы поворота плоскостей

L, И, N относительно плоскости ZOY г — текущая координата

t мм.

При этом высота кольца и место его установки на столбике керна определяются из выражений

V>Tg + 6 2макс + (ммнк) 1 (5) где h — высота кольца, мм;

Н вЂ” расстояние от точки пересечения оси симметрии керна с плоскостью его основания до плоскости, в которой расположена нижняя кромка кольца, мм;

Т вЂ” продолжительность экспериэ мента, с;

V — механическая скорость бурем ния, мм/с.

Так детально исследуется величина и характер пространственных перемещений долота в процессе бурения в зависимости от кинематики работы шарошек, стойкости их вооружения и опор, физико-механических свойств материала забоя, устанавливаются основные закономерности этого процесса и используются при конструировании породоразрушающего инструмента для повышения выноса керна.

Формула изобретения

Колонковое долото стендовое, содержащее корпус с шарошками и переводником, измерительный узел в виде закрепленного на переводнике наконечника с преобразователем и установленного соосно долоту кольца, взаимодействующего с концом наконечника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 5 1481371 6 с целью повышения производительности речных сечений которых равномерно долота путем совершенствования его убывают по высоте, преобразователь конструктивных параметров, кольцо вы- выполнен магниторезистивным, а накополнено в виде набора одинаковых фер- нечник выполнен полюсным а концом в ромагнитных элементов, площади попе- виде усеченного конуса.

Составитель А,Скалунов

Техред А. Кравчук Корректор М.Васильева

Редактор Н.Тупица

Заказ 2647/ЗО

Тираж 515

Подписное

BIIHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР I13О35, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101