Система активного виброгашения колебания бурильной колонны

 

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)я Е 21 В 17/06, 44/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Э

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4919046/03 (22) 07.02.91 (46) 07,03,93. Бюл. N. 9 (71) Научно-производственный кооператив

"ЕВК(ДКО" (72) Л. М, Замиковский, П. И. Огородников, Л. С, Сурнин и Я. P. Когуч (56) Авторское свидетельство СССР

N. 386122, кл. Е 21 В 17/06, 1973.

Патент ФРГ N 1259272, кл. Е 21 В

17/04, опубл. 1965. (54) СИСТЕМА АКТИВНОГО ВИБРОГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (57) Назначение: изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам и системам гашения колебаний бурильной колонны, Цель изобретения; повышение эффективности работы виброэащитной системы путем расширения границ гашения частотного

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам и системам гашения колеба-. ний бурильной колонны, Цель изобретения — повышение эффективности работы виброзащитной системы путем расширения границ гашения частотного спектра вибрационного воздействия.

Сущность предлагаемого. изобретения заключается в том, что гашение энергии возмущающего воздействия во всем ее частотном диапазоне происходит в три этапа.

На первом этапе происходит частичное преобразование энергии s электрический ток, используемый в дальнейшем для питания катушки соленоида вибратора, на втором— гасится основная часть энергии при помощи

„„. Ж„„1799987 А1 спектра вибрационного воздействия, Сущность изобретения: система содержит корпус, в который. входит корпус генератора с обмотками и ротор с постоянными магнитами, надетый на ствол и подпружиненный пружинами, одна из которых упирается в пробку, на которой установлен оболочечный амортизатор. Верхним концом амортизатор упирается в пустотелый переводник, Внутри переводника находится блок управления и вибродатчик, предназначенный для управления работой вибратора, Вибратор расположен на верхнем торце переводника и состоит из соленоида и подпружиненного сердечника, перемещающегося по стволу.

Блок управления управляет вибратором таким образом, что возбуждаемые вибрато- з ром колебания в противофазе сбивают пиковые напряжения возбуждающего воздействия. 1 з. и, ф-лы, 2 ил. оболочечного амортизатора, и на третьем этапе оставшаяся часть энергии гасится за счет воздействия вибратора на бурильную колонну в противофазе пиковым значениям возмущающего воздействия.

Поставленная цель достигается путем введения пассивного оболочечного амортизатора; вибратора, состоящего из катушки соленоида с подпружиненным сердечником,.перемещающимся вдоль ствола и полого переводника с размещенным внутри него блоком управления и вибродатчиком, предназначенным для управления работой вибратора.

Введение пассивного оболочечного амортизатора обеспечивает гашение основной части энергии частотного спектра виб1799987 рационного воздействия на бурильную колонну со стороны забоя скважины.

Введение вибратора. Выполнение вибратора в виде подпружиненного Т-образного сердечника, основание которого находится внутри катушки соленоида, и перемещающегося вдоль ствола, обеспечивает создание значительных ударных воздействий на бурильную колонну.

Введение блока управления с вибродатчиком позволяет осуществить управление работой вибратора, т.е. создавать ударные воздействия на бурильную колонну в противофазе измеряемым значениям вибрационных воздействий на бурильную колонну со стороны забоя скважины.

B результате поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружено технических решений, обладающих признаками, отличающими заявляемое уст- 20 ройство от прототипа.

На фиг, 1 показана предлагаемая система; на фиг. 2 — структурная схема блока управления вибратором.

Система виброгашения содержит кор- 25 пус 1, который заканчивается с одной стороны присоединительной резьбой, с другой— шлицевой муфтой, в которую входит шлицами корпус генератора 2, с обмотками 3, внутрь которого входит ротор 4 с постоян- 30 ными магнитами 5, одетый на ствол 6 и подпружиненный коническими пружинами 7, 8, пружина 7 упирается в герметизирующую пробку 9. На пробке 9 установлен амортизатор, состоящий из оболочки 10, поршней 11 и 12 и накопителя 13. Поршни и накопитель снабжены отверстием для кабеля 14.

Корпус 1 соединен с пустотелым пере. водником 15, в котором размещены акселерометр 16 и блок управления 17. 40

Переводник 15 соединен резьбой с верхним корпусом 18, к которому при помощи резьбы крепится подсоединительный переводник 19. Верхний корпус 18, переводник

19 и переводник 15 образуют камеру, в ко- 45 торой расположен вибратор, состоящий из соленоида 20 и сердечника 21, свободно перемещающегося вдоль ствола и подпружиненного пружиной 22, Система работает следующим образом. 50

Вибрационное воздействие от долота передается на корпус генератора и приводит в возвратно-поступательное движение ротор 4, в результате чего в обмотках 3 генератора 2 наводится э.д.с„т.е. происходит ча- 55 стичное преобразование энергии колебаний в электрический ток. Корпус генератора 2, благодаря шлицевой паре. свободно перемещается в продольном направлении, что исключает передачу продольных колебаний на корпус 1. Вибрационное воздействие через корпус оболочечного амортизатора, состоящего из элементов 10, 11, 12 и 13, где происходит гашение его основной энергии, передается на переводник 15 и воспринимается акселерометром 16, который через блок управления 17 управляет работой вибратора (элементы 20, 21, 22) таким образом, что при отсутствии возмущающего воздействия или минимальном его значении сердечник 21 притянут к катушке соленоида 20 и пружина 22 находится в сжатом состоянии. При увеличении уровня возмущающего воздействия выше заданной величины, катушка соленоида обесточивается и сердечник вибратора 21 под действием пружины

22 ударяет в торец переводника 19 в противофазе пиковым значениям возмущающего воздействия со стороны забоя нэ бурильную колонну, в результате чего численные значения параметра вибрации в точке измерений вибрационного воздействия уменьшаются.

Питание вибратора осуществляется от генератора 2 посредством кабеля 14, Блок управления работает следующим образом.

Информационный аналоговый сигнал от вибродатчика ВД (фиг. 2), усиленный усилителем УС!, поступает на устройство управления УУ. Сюда же поступает сигнал уставки, т,е, заданные значения величины напряжения, соответствующие допустимому уровню вибрации. Сигнал уставки получают путем усиления в УС2 напряжения с генератора à — напряжения с обмоток 3 (фиг.

1), с последующим его нормированием в устройстве нормирования Н, С усилителя УС2 напряжение питания через пускатель П подается на катушку соленоида 20 вибратора

В в результате чего притягивается сердечник 21 и сжимается пружина 22. В случае, если значение величины информационного сигнала с ВД, усиленного УС1, превышает значение сигнала уставки с нормирователя

Н, усиленного в УС2, устройство управления

УУ вырабатывает сигнал управления, который поступает на пускатель П и отключает напряжение питания соленоида 20 вибратора В. В результате обесточивания вибратора В его сердечник 21 освобождается и под действием пружины 22 ударяет в торец переводника 19 в противофазе пиковым значениям вибрации.

Экономический эффект системы активного виброгашения колебаний бурильной колонны заключается в повышении надежности и эффективности работы бурильной колонны и снижении аварийных ситуаций за счет заклинивания шарашек долота и оставлении их на забое скважины.

1799987

Предложенная система активного виброгашения колебаний бурильной колонны дает возможность проводить процесс бурения при заранее выбранных рациональных параметрах работы бурильной колонны.

Это приводит к уменьшению стоимости проходки одного метра скважины и повышению долговечности работы шарошечных долот и бурильной колонны.

Формула изобретения

1. Система активного виброгашения колебаний бурильной колонны, содержащая корпус, подвижную подпружиненную трубу и электрогенератор, статорная обмотка которого закреплена на внутренней стенке корпуса, а ротор с IlocToslHHblMvl магнитами — на подвижной трубе, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности ее применения за счет расширения границ гашения частотного спектра вибрационного воздействия, она снабжена герметизирующей пробкой, установленным на ней.оболочечным амортизатором с поршнем и накопителем, пустотелым переводником с размещенным внутри него блоком управления и подключенным к его первому входу вибродатчиком и установленным на верхней площадке пустотелого переводника вибратором, состоящим из катушки соленоида и подпружиненного сердечника, свободно перемещающегося вдоль подпружиненной подвижной трубы, при этом верхняя пружина, подпружинивающая подвижную

5 трубу, опирается на герметизирующую пробку. а амортизатор верхним концом упи рается в пустотелый переводник, причем в переводнике, в поршне и накопителе амортизатора выполнены отверстия, через кото10 рые пропущен кабель, посредством которого соленоид и блок управления вторым входом соединены с обмоткой электрогенератора.

2.,Система по и, 1, отличающаяся t5 тем, что блок управления выполнен в виде двух усилителей, нормирователя, элемента сравнения и пускателя, причем выход первого усилителя подключен к первому входу элемента сравнения, к второму входу кото20 рого подключен выход нормирователя через второй усилитель, а выход элемента сравнения и второй выход второго элемента сравнения подключены к входам пускателя, выход которого является выходом блока уп25 равления и подключен к катушке соленоида вибратора, вход первого усилителя является первым входом блока управления, а вход нормирователя является его вторым входом.

1799987

9ие. 1

Составитель Л. Эамиковский

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор И. Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 1142 Тйраж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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