Устройство для центрирования и защиты от поперечных и продольных вибраций и ударов

 

Изобретение относится к измерительной аппаратуре и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и геофизике для контроля пространственного положения ствола скважин при бурении. Техническим результатом является обеспечение центрирования и амортизации забойных скважинных приборов (СП) в продольном и поперечном направлениях. Для этого устройство выполнено в виде двух упругих элементов, размещенных в пространстве между внутренней поверхностью бурильной трубы и наружной поверхностью корпуса СП, обеспечивающих сохраняемость угловой ориентации СП и не препятствующих прохождению бурильной жидкости. Причем упругие элементы выполнены плоскими и кольцеобразными и вложены друг в друга. При этом внутренний упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится при помощи деталей к СП, а другой парой симметрично расположенных деталей крепится к упругому наружному элементу. Наружный упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится деталями к внутренней поверхности бурильной трубы. Причем на боковой поверхности плоского упругого наружного элемента выполнены прорези для обеспечения необходимой жесткости в продольном направлении. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной аппаратуре и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и геофизике для контроля пространственного положения ствола скважин в процессе бурения.

Сущность изобретения заключается в обеспечении защиты измерительного забойного скважинного прибора (СП) от воздействия ударных и вибрационных нагрузок, возникающих в процессе бурения, сохранении параллельности продольной оси симметрии СП продольной оси бурильной трубы и удержании угловой ориентации СП в бурильной трубе. Конструктивное решение предлагаемого устройства позволяет сохранять независимо от величины перемещения СП под воздействием ударов и вибраций параллельность продольной оси симметрии СП продольной оси бурильной трубы и его угловую ориентацию.

Известна пружина-рессора для центрирования приборов в нефтяных и газовых скважинах в процессе их исследования (RU 2185509, кл. Е 21 В 47/00, опубл. 20.07.2002, стр. 4) [1], выполняемая в виде гибкого пластинчатого упругого элемента и устанавливаемая вокруг скважинного прибора (СП).

Однако реализованные технические решения в [1] применимы для сохранения углового положения СП при перемещении относительно бурильной трубы и в отличие от заявляемого устройства не предназначены для эффективного гашения продольных вибраций и ударов ввиду высокой конструктивной жесткости скользящих элементов в продольном направлении (для повышения “плавности перемещения” дополнительно используются утяжелители).

Наиболее близким аналогом к предложенному является способ инклинометрии обсаженной скважины (RU 2066749, кл. 6 Е 21 В 47/022, опубл. 20.09.1996, стр. 9) [2], в котором азимутальная стабилизация корпуса СП достигается размещением на его поверхности подпружиненных элементов, скользящих по внутренней поверхности колонны труб и являющихся одновременно центраторами СП.

Однако в известном способе [2] центрирование и придание азимутальной направленности СП осуществляется дугообразными в плоскости параллельной продольной оси трубы элементами, позволяющими СП передвигаться вдоль оси трубы.

В отличие от [2] в предложенном изобретении амортизатор выполнен в виде двух кольцеобразных плоских, вложенных друг в друга упругих элементов, причем упругий наружный элемент жестко закреплен в трубе.

Известен децентратор забойной компоновки (RU 2106468, кл. Е 21 В 7/08, опубл. 10.03.1998, стр. 5) [3], содержащий элементы с упругими опорными планками.

Однако и в данном техническом решении в отличие от заявляемого элементы с упругими опорными планками, имеющими изгиб в плоскости параллельной продольной оси трубы, не предназначены для гашения вибраций, воздействующих на децентратор в процессе бурения. Опорные планки служат для фиксации плоскости действия децентратора и демпфирования продольных колебаний бурильной колонны силами сухого трения при отрыве долота от забоя за счет перемещения бурильной трубы относительно децентратора.

В предлагаемом техническом решении устройство содержит упругие элементы кольцеобразной формы в плоскости перпендикулярной продольной оси трубы, причем упругий наружный элемент жестко закреплен в трубе. Такая конструкция амортизатора позволяет перемещаться СП только в пределах его упругой деформации и предназначена для фиксации СП и защиты от продольных и поперечных вибраций и ударов, возникающих в процессе работы бурильного инструмента.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего центрирование, позиционирование в продольном направлении и амортизацию забойных (СП) в продольном и поперечном направлениях при сохранении угловой ориентации и позволяющего получить максимально возможный полезный объем СП при заданном диаметре бурильной трубы.

Поставленная задача достигается тем, что в пространство между внутренней поверхностью бурильной трубы и корпусом СП помещают устройство для центрирования, позиционирования в продольном направлении и защиты от поперечных и продольных вибраций и ударов (в дальнейшем - амортизатор), состоящее из двух кольцеобразных плоских вложенных друг в друга упругих элементов, при этом упругий внутренний элемент в двух симметрично расположенных точках крепится при помощи деталей крепления к СП, а другой парой симметрично расположенных деталей крепления - к упругому наружному элементу, а оси, проходящие через первую и вторую пары точек крепления, взаимно перпендикулярны.

Упругий наружный пружинный элемент, в свою очередь, в двух симметрично расположенных точках крепится деталями крепления к внутренней поверхности бурильной трубы, при этом ось, проходящая через эти две точки крепления, перпендикулярна оси упругого внутреннего элемента, проходящей через точки его крепления с упругим наружным элементом.

Для обеспечения необходимой жесткости амортизатора в продольном направлении на боковой поверхности упругого наружного элемента выполнены прорези, количество которых определяется массой и требуемым коэффициентом ослабления вибраций СП. Обеспечение необходимой жесткости амортизатора в поперечных направлениях достигается за счет подбора геометрических параметров и материала упругого внутреннего элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где

1 - упругий наружный элемент, изготовленный из упругой металлической ленты;

2 - забойный скважинный прибор (2);

3 - упругий внутренний элемент, изготовленный из свернутой в несколько слоев упругой металлической ленты. Выбором толщины ленты обеспечивается необходимый ход упругого элемента, количество слоев ленты определяется в соответствии с требуемой нагрузкой;

4 - детали крепления;

5 - прорези, выполненные на боковой поверхности упругого наружного элемента для обеспечения необходимой жесткости амортизатора в продольном направлении.

Амортизатор представленной конструкции функционирует следующим образом.

При нагрузках в поперечном направления упругий внутренний элемент 3 деформируется в направлении вектора действующей нагрузки в плоскости, перпендикулярной продольной оси СП, обеспечивая поперечную амортизацию. Демпфирование свободных колебаний происходит за счет наличия бурильной жидкости в пространстве между СП и бурильной трубой, а также за счет трения между слоями упругой металлической ленты упругого внутреннего элемента.

При продольных нагрузках на амортизатор деформируются плоские элементы упругого наружного элемента 1, образованные прорезями 5, обеспечивая перемещение СП вместе с упругим внутренним элементом 3 вдоль продольной оси.

Требуемая жесткость на кручение обеспечивается выбором соотношения продольных и диаметральных размеров упругих элементов.

Изобретение позволяет осуществить центрирование, позиционирование в продольном направлении и амортизацию СП в процессе бурения в продольном и поперечном направлениях с сохранением угловой ориентации при оптимальном расположении амортизатора в пространстве между внутренней поверхностью бурильной трубы и корпусом СП. Такое расположение амортизатора не препятствует прохождению бурильной жидкости, которая одновременно со своим основным назначением обеспечивает демпфирование свободных колебаний корпуса СП.

Существенное значение имеет и расположение амортизатора за пределами СП, если принять во внимание, что в настоящее время скважинным приборам преимущественно приходится работать в скважинах малого диаметра, где к их массогабаритным параметрам предъявляются жесткие требования.

Формула изобретения

Устройство для центрирования и защиты от поперечных и продольных вибраций и ударов, выполненное в виде двух упругих элементов, размещенных в пространстве между внутренней поверхностью бурильной трубы и наружной поверхностью корпуса скважинного прибора (СП), обеспечивающих сохраняемость угловой ориентации СП и не препятствующих прохождению бурильной жидкости, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены плоскими и кольцеобразными и вложены друг в друга, при этом внутренний упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится при помощи деталей к СП, а другой парой симметрично расположенных деталей крепится к упругому наружному элементу, причем оси, проходящие через первую и вторую пары точек крепления, взаимно перпендикулярны, наружный упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится деталями к внутренней поверхности бурильной трубы, а ось, проходящая через эти две точки крепления, перпендикулярна оси внутреннего упругого элемента, проходящей через точки его крепления с наружным упругим элементом, причем на боковой поверхности плоского упругого наружного элемента выполнены прорези для обеспечения необходимой жесткости в продольном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1