Стенд для испытания бурильногоинструмента

 

4З з4тоиом авт

T аатвитно-; е„-„„ блд ен

Оп -яч4в

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1794165

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.07.75 (21) 2159602/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) М. Кл.

Е 21В 17/00

Государственный комитет (53) УДК 620.16 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Н. Д. Деркач, Н. Ф. Лебедев и И. А. Малеев (71) Заявители Пермский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А. М. Горького и Пермский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ БУРИЛЬНОГО

ИНСТРУМЕНТА

q.— = p.ñ S, а

S-r — = p с,.Ið, а ть мате нала б

15

25

Изобретение касается буровой техники и относится к стендам для динамических испытаний бурильного инструмента.

Известен стенд для испытания бурильного инструмента, включающий бурильные трубы, забойный двигатель, долото, имитатор колебаний, выполненный в виде инертных масс и пружины, и неподвижные опоры (1).

Путем подбора масс и жесткостей пружин можно достичь хорошего соотношения с реакцией бурильной колонны только при вполне определенных частотах продольных и крутильных колебаний. В действительности в процессе бурения продольные и крутильные колебания имеют весьма широкий диапазон частот. Более того, колебательный процесс носит стохастический характер. Поэтому и этот способ дает значительное искажение динамической реакции колонны бурильных труб.

Цель изобретения — повышение точности моделирования динамической реакции дли,ной (свыше 1000 м) колонны бурильных труб во всем диапазоне частот продольных и крутильных колебаний.

Указанная цель достигается тем, что имитатор колебаний выполнен в виде тонкостенных цилиндров, установленных с зазором концентрично относительно друг друга, причем один цилиндр жестко связан с бурильной трубой, а второй с неподвижными опорами, зазор между цилиндрами заполнен вязкой жидкостью, и параметры цилиндров, бурильной трубы и вязкой жидкости связаны соотношением р — плотнос р урильнои трубы, кг/мз с — скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с; а — толщина слоя вязкой жидкости между цилиндрами, м;

q — коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс;

c> — скорость распространения волны сдвига, м/с;

I„— полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, м4;

r — радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м;

S — площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м ;

S0 — площадь поперечного сечения бурильной трубы, мз, 794165

На чертеже схематично показан стенд для испытания бурильного инструмента.

Стенд для испытания бурильного инструмента включает забойный двигатель 1 с долотом 2, установленным вертикально под буровой вышкой 3 на блок породы 4. Над забойным двигателем устанавливается бурильная труба 5, на которой размещен имитатор колебаний, выполненный в виде двух тонкостенных цилиндров 6 и 7, причем, цилиндр 6 жестко связан с колонной бурильных труб 5, а цилиндр 7 снеподвижной опорой 8. Цилиндры 6 и 7 установлены концентрично относительно друга друга с зазором 9, заполненным вязкой жидкостью.

На верхнем конце бурильной трубы установлена пружина 10, которая создает постоянную составляющую осевой силы и воспринимает постоянную составляющую реактивного крутящего момента.

Для обеспечения одновременного моделирования динамической реакции колонны бурильных труб при продольных и крутильных колебаниях параметры цилиндров, бурильной трубы и вязкой жидкости должны быть связаны соотношением

q — =pc S, а

S.r2

= р с,!, а где р — плотность материала бурильной трубы, кг/м ; с — скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с; а — толщина слоя вязкой жидкости между цилиндрами, м; т1 — коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс; с — скорость распространения волны сдвига, м/с;

l — полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, м4; г — радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м;

S — площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м ;

$0 — площадь поперечного сечения бурильной трубы, м .

Для уменьшения длины цилиндров вместо одного подвижного и одного неподвижного цилиндров возможно изготовить систему соосных подвижных и неподвижных цилиндров.

Стенд работает следующим образом.

Цилиндр 6, связанный с бурильной трубой в процессе работы забойного двигателя будет совершать продольные и крутильные колебания вместе с бурильной трубой.

При этих перемещениях за счет сил вязкого трения на цилиндре 6 будут возникать переменные продольная сила и крутящий момент, соответствующие переменным составляющим реакции колонны бурильных труб.

Использование предложенного способа стендовых испытаний бурильного инструмента позволит создать буровой стенд для испытания забойных двигателей, долот и компоновок инструмента, в котором достаточно достоверно будет имитироваться динамическая реакция колонны бурильных труб, что в свою очередь, обеспечит возможность проведения широких исследовательских и опытно-конструкторских работ в области забойного инструмента со значительно меньшими затратами средств и времени.

15 Формула изобретения

q.— = р.с S, а

S. r — рс !. а

40 где р — плотность материала бурильной трубы, кг/мз; с — скорость распространения продольной волны в бурильной трубе, м/с; а — толщина слоя вязкой жидкости меж45 ду цилиндрами, м; и — коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс; с — скорость распространения волны сдвига, м/с;

50 !р — полярный момент инерции поперечного сечения бурильной трубы, м4;

r — радиус цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м;

S — площадь боковой поверхности цилиндра, жестко связанного с бурильной трубой, м ;

S< — площадь поперечного сечения бурильной трубы, м2.

60 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Владиславлев В. С. Разрушение пород при бурении скважин «Гостоптехиздат», М,, 65 1958, с. 42 — 45 (прототип).

1. Стенд для испытания бурильного инструмента, включающий бурильную трубу, забойный двигатель, долото, имитатор колебаний и неподвижные опоры, отличаюшийся тем, что, с целью повышения точности моделирования динамической реакции колонны бурильных труб при продольных и крутильных колебаниях имитатор колебаний выполнен в виде двух тонкостенных цилиндров, установленных с зазором концентрично относительно друг друга, причем один цилиндр жестко связан с колонной бурильных труб, а второй с неподвиж60 ными опорами, зазор между цилиндрами заполнен вязкой жидкостью, и параметры цилиндров бурильной трубы и вязкой жидкости связаны соотношением

794165

Редактор В. Большакова

Корректор О. Тюрина

Заказ 202/4 Изд. М 144 Тираж 634 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Родина

Техред Л. Куклина

Про мыВочкая жидкаааю